考点:复合材料
(一)复合材料组成、分类和特点
复合材料中至少包括基体相和增强相两大类。基体相可以由树脂、金属和陶瓷等构成。基体相起粘结、保护增强相并把外加荷载造成的应力传递到增强相上去的作用,增强相是主要承载相,并起着提高强度(或韧性)的作用。工程上开发应用较多的是纤维增强复合材料。
复合材料的分类
(1)按基体材料类型可分为树脂基、无机非金属材料基和金属基复合材料三大类
(2)按增强体类型可分为颗粒增强型、纤维增强型和板状增强型复合材料三大类。
(4)按增强纤维类型分为碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料、有机纤维复合材料、
复合纤维复合材料和混杂纤维复合材料等。
复合材料特性具体表现在:
(1)高比强度和高比模量。
(2)耐疲劳性高。
(3)抗断裂能力强。
(4)减振性能好。
(5)高温性能好,抗蠕变能力强。碳化硅纤维、氧化铝纤维与陶瓷复合,在空气中能耐1200~1400℃高温,要比所有超高温合金的耐热性高出100℃以上。
(6)耐腐蚀性好。如玻璃纤维增强酚醛树脂复合材料,在含氯离子的酸性介质中能长期使用,可用来制造耐强酸、盐、酯和某些溶剂的化工管道、泵、阀、容器和搅拌器等设备。
(7)较优良的减摩性、耐磨性、自润滑性和耐蚀性。
(二)复合材料基体
常用的热塑性树脂主要有通用型和工程型树脂两类。
通用型主要品种有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯等。工程型则可作为结构材料使用,通常在特殊的环境中使用。一般具有优良的机械性能、耐磨性能、尺寸稳定性、耐热性能和耐腐蚀性能。主要品种有聚酰胺、聚甲醛和聚苯醚等。
(三)复合材料增强体
在纤维增强体中,玻璃纤维是应用最为广泛的增强体。
(四)复合材料应用
(1)玻璃纤维增强聚酰胺复合材料可制造轴承、轴承架和齿轮等精密机械零件,还可以制造电工部件等。玻璃纤维增强聚丙烯复合材料可用来制造干燥器壳体等。
(2)碳纤维增强酚醛树脂-聚四氟乙烯复合材料,常用作各种机器中的齿轮、轴承等受载磨损零件,活塞、密封圈等受摩擦件,也用作化工零件和容器等。碳纤维复合材料用于热核反应装置中。
(3)石墨纤维增强铝基复合材料,制作涡轮发动机压气叶片。
(4)合金纤维增强的镍基合金,用于制造涡轮叶片。
(5)颗粒增强的铝基复合材料,制造的发动机活塞。
(6)塑料-钢复合材料。主要是由聚氯乙烯塑料膜与低碳钢板复合而成,其性能如下:
1)化学稳定性好,耐酸、碱、油及醇类侵蚀,耐水性好;
2)塑料与钢材间的剥离强度≥20MPa;
3)深冲加工时不剥离,冷弯120°不分离开裂(d=0);
4)绝缘性能和耐磨性能良好;
5)具有低碳钢的冷加工性能;
6)在-10~60℃之间可长期使用,短时间使用可耐120℃。
(7)塑料-青铜-钢材三层复合材料。低碳钢为基体,青铜为中间层,塑料为表层。适用于尺寸精度要求高、无油或少油润滑的轴承、垫片、球座、涡轮叶片轴承、各种机车车辆和矿山机械轴承等。
(8)塑料-铝合金。耐压、抗破裂性能好、质量轻,具有一定的弹性、耐温性能好、防紫外线、抗热老化能力强、耐腐蚀性优异,常温下不溶于任何溶剂,且隔氧、隔磁、抗静电、抗音频干扰。
经典习题
【单项选择题】复合材料与普通材料相比,不符合其表现的是( )。
A. 耐疲劳性差
B.抗断裂能力强
C.减振性能好
D. 高温性能好