复合材料论文模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇复合材料论文，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

篇1

2木塑复合材料的设计属性

2.1外观属性

材料的外观属性通常包括形态、色彩、肌理等方面。木塑复合材料大部分是挤出成型的，因此可以制造出凹凸的肌理，使其富有特殊的装饰效果（图4），但大多数情况下只能呈现直线状态[4]。木塑型材的通孔设计（图5）一方面可以丰富木塑复合材料的形态特征，使其呈现多变的断面形态，同时可以减轻重量，从而节约成本。在木塑复合材料中加入着色剂[5]，不仅能使木塑制品显示出各种各样的色彩外观（图6），而且也可以改善其耐候性。随着对木塑复合材料的深入探究以及技术的突破，木塑产品表面还可以制成类似木材的纹理和色泽，营造温暖亲近的感觉。此外，木塑复合材料还可以覆盖塑料表层[6]，增加材料颜色的多样性和耐潮湿性。

2.2加工性能

目前，木塑复合材料的成型工艺主要有三种：挤出、热压和模压。挤出成型凭着工艺简单，而且加工周期短、效率高，与其他加工方法相比，更广泛地应用于工业化生产中。木塑复合材料采用的主要连接方式有以下三种：胶接、焊接和机械连接。机械连接有连接件连接、钢钉连接和复合材料专用螺钉连接，相关实验表明，螺钉连接的木塑构件可以进行多达十次的拆装[7]。

2.3其它性能

木塑复合材料同时具有耐磨、耐腐蚀、防水和尺寸稳定性好等优点。在制造过程中加入阻燃剂，可使木塑复合材料具有一定的阻燃性，因此，可将其应用在具防火要求的公共家具设计中。此外，木塑制品本身同时具有可回收性、良好的经济性和环保性。比如在北京奥运会的工程建设中[8]，就大量利用了这种环保的木塑复合材料（图7）。

3木塑公共家具设计实践

3.1木塑露天桌椅

在加工过程中添加了阻燃剂的木塑复合材料具有优良的阻燃性能，适用于公共场所。这里把木塑复合材料设计成长短不一的条状板，以点、线、面的概念，构成木塑露天桌椅（图8）。整套桌椅统一采用金属作为底架，条状木塑板作为面板材料，营造出空间环境的整体感。在材料上，木塑复合材料的凹凸肌理与金属的精致肌理形成对比，木塑复合材料的温暖感与金属的冷峻感形成视觉感受上的对比。同时，不同色彩的金属与木塑复合材料的组合也可呈现出不同的视觉效果（图9），为人们的公共场所营造出温暖、清新、自然的现代感。在结构上，零件之间采用可拆装的螺钉连接，既方便安装，又可以降低运输成本。另外，玻璃下层可置菜单或广告单（图10），便于现代商业化宣传。

3.2木塑书架

这款供图书馆使用的六层双柱双面木塑书架（图11），在外观造型上，立柱部分处理成深色，旁板和层板处理成浅色，进行深浅色彩搭配，以塑造书架的平衡感。立柱设计成四面均带凹槽的结构，用于旁板的嵌入，既方便使用时的安装，同时使凹凸肌理成为一种装饰。立柱顶部的装饰件采用模压技术制成，可标准化批量生产。在加工工艺上，书架的立柱、旁板和层板均采用挤出成型工艺进行生产，利用木塑复合材料的凹凸肌理完成立柱与旁板、旁板与搁板的搭接（图12），减少了五金连接件的使用。在功能上，结合人体工效学原理，考虑到旁板横向凹凸肌理的需要和挤出成型工艺中幅面的限制，将旁板设计成多段拼搭结构，根据书籍的尺寸大小，其凹凸肌理按照比例进行合理设计，利于层板的高度调节，方便图书馆中不同尺寸大小的图书摆放。此外，旁板的双面凹凸肌理设计，使相邻两书柜柜体共用同一块旁板，一方面可根据室内空间的大小对书架数量进行调整，满足其在功能上的延伸，同时可充分利用空间资源，有效降低生产成本。

3.3等候椅与花坛

据调查，生活中等候场所（如火车站候车厅）的候车椅大部分为金属材质，这种材质虽强度较高，但因候车场所一般人流量比较大，对家具的耐久性自然要求比较高，金属表面掉漆以及生锈等后期维护工作并不易进行。并且金属制等候椅常给人冰冷的视觉感受，其舒适性也有待提高。相比较而言，木塑复合材料继承了木材和塑料的双重性质，具有温和自然的视觉和触觉感受，且它的强度并不逊于金属。因此可将其运用于人流量比较大的公共场所，进行如下设计。这款木塑休息椅（图13）删繁就简，没有多余的装饰，造型简洁。等候椅底部为金属支架，椅面为木塑材料组成的等腰梯形。等腰梯形的座面设计是为了便于使用者根据空间大小来调节休息椅的长度（图14），利用等腰梯形的特性，休息椅的长度延伸可以更显自然。在色彩上，木塑复合材料在生产过程中通过增加着色剂可以造出各种色彩的产品，这款公共场所的休息椅正是运用这一特性，设计出彩虹般色彩的椅子，为等候场所增添几分色彩和乐趣。结构上采用螺钉连接。此外，设计的配套花坛（图15），既可以给等候场所带来几分自然的气息，还保护了座椅的端面。花坛的数量可根据场所需要自由调整（图16）。

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2高职复合材料工程技术专业课程体系的构建

高职复合材料工程技术专业应该依据产业背景调研和人才需求调研，按照职业岗位和培养规格的要求构建课程体系和课程标准。根据复合材料企业调研结论，首先对工作岗位的典型任务进行分析，提炼出岗位职业能力，结合行业标准，构建出复合材料工程技术专业的课程体系，课程体系应该围绕着三大职业岗位构建：复合材料成型操作岗位：以复合材料结构设计、成型工艺、成型设备为基础，具备复合材料制造技术操作能力。复合材料胶接操作能力：以复合材料树脂基体、胶接工艺为基础，具备复合材料连接操作能力。复合材料检测与修补技术能力：以复合材料检测技术、修补技术为基础，具有复合材料检测与修补的能力。

3高职复合材料工程技术专业建设的实施与保障条件

3.1专任教师应具备条件专任专业教师一方面具备本专业或相近专业大学本科以上学历（含本科）；另一方面必须有一定的企业经历，具有“双师”素质；专任实训教师要具备专业高级工以上的资格证书（含高级工）或工程师及其以上职称。专业带头人必须是双师型教师，职称应在副高职称以上，接受过职业教育教学方法论的培训，具有开发职业课程的能力；校外兼职教师应具备高级工或工程师以上职称，具备丰富的实践经验和较强的专业技能；其中企业兼职教师占教师总数的比例不低于50%。

3.2实践教学条件高职复合材料工程技术专业实训基地必须满足复合材料成型技术、复合材料模具设计与制造、热压罐操作及复合材料成品检测的基本实践教学条件，让学生在一个真实的职业环境下按照未来专业岗位（群）对基本技能的要求，得到实际操作训练和综合素质的培养。复合材料成型技术是教学研究的重点，也是培养学生的主要途径。实训基地应该包括小型热压罐、烘箱、清洁操作间、复合材料加工设备、复合材料检测仪器等基本实践教学设备，一方面能满足生产的要求，又能完全满足教学任务，而且能够开展材料性能试验、制作试验件。同时高职院校发展复合材料工程技术专业，还必须加强校企合作，加大校外实训基地合作的深度和广度。通过校外实训基地的建设，安排学生在企业进行专业对口顶岗实习，以利于学生掌握岗位技能，提高实践能力，缩短他们的工作适应期，提高学生的社会竞争力。

篇3

2模具设计要求

复合材料成型模具直接影响着产品的质量，在设计时应满足:①模具要有足够的刚度、强度，以保证模具型面基准不变;②热容量小，热膨胀小，热稳定性好;③加工精度高，表面光度高，模具自身协调性好;④施工便捷，操作安全可靠;重量轻，运输方便;⑤可维护性好，制造成本低;⑥具有良好气密性。根据复合材料U形梁的结构特点，在设计中需要解决以下技术难点:成型模具的结构形式如何保证构件的型面公差，如何满足脱模要求并解决U形梁的回弹问题。

3模具选材

3.1模具材料

复合材料成型模具用料要求热变形小、热膨胀系数小以及导热系数高，大多采用普通钢、INVAR钢、碳/环氧复合材料和铝合金。普通碳钢适用于型面曲率不大的模具，当产品批量生产、尺寸精度要求较高时，选择钢制模具最为经济、实用;铝合金适用于平板类、尺寸精度要求不高的模具;INVAR钢适用于结构复杂、曲率大、尺寸大的模具。不同模具材料对复合材料构件变形的影响主要体现在两个方面，一方面是不同的材料热导率会影响与其直接接触的复合材料构件固化温度场的分布，从而影响最终构件内残余应力的大小及分布，引起不同的构件变形;另一方面就是不同材料的热膨胀系数不同，模具与构件之间的相互作用程度不一样，因此导致构件的变形不同。在固化过程中，模具与复合材料构件之间的热膨胀系数不匹配会引起模具与构件接触处的层间应力，包括层间剪切应力和沿构件厚度方向的力，这主要是由于模具与构件在固化压力的作用下始终粘贴在一起，随着模具受热膨胀，靠近模具的构件层比远离模具的构件层受到的约束张力要大，因此沿构件厚度方向形成一定的应力梯度，在固化过程中这部分应力被“冻结”在构件中，在脱模以前都没有得到释放，固化完成后冷却至室温脱模，这部分应力将被释放，脱模后的复合材料构件必须通过变形来维持应力的平衡。

3.2模具型面补偿修正

模具设计时要考虑复合材料与模具热膨胀系数的差异，INVAR钢和复合材料模具受热膨胀的影响很小，可忽略不计;但对于普通碳钢和铝合金模具影响比较大，对于大尺寸的复合材料构件需要采取补偿措施，根据计算公式和生产经验。考虑到制造成本和构件精度要求，本文设计的模具选用Q235钢制造，根据上述公式计算缩尺KS为－0.65‰，结合生产经验和复合材料梁的结构形式，提取整个构件的理论型面并按适当缩尺进行缩小，模具设计时按照缩小后构件提取的型面作为模具的设计型面，以减小构件的变形或抵消变形的影响作用。

4模具结构设计

4.1模具回弹角的补偿

复合材料在热固化成型过程中由于材料本身的各向异性、铺层方向引起的力学性能差异、结构的不对称性和基体的固化收缩效应等因素，在构件内经应力梯度和温度梯度耦合作用导致固化时的内应力积聚，一部分应力在构件中以残余应力的形式长久存在，另一部分应力在构件脱模后释放，这两部分应力存在的形式共同导致回弹变形。对于梁、长桁类有大夹角的构件，固化成型过程中在拐角处的回弹变形会导致夹角变化，即构件在固化脱模后，夹角因收缩而小于模具角度，此差值为回弹角。这将给制件间的装配带来容差、超差等问题，翼梁缘条回弹使其外形偏离了设计要求而导致蒙皮与翼梁间螺栓连接装配孔错位，若对装配件进行强制装配将会引起残余应力、密封不好等问题，这样会降低结构的强度和疲劳寿命，甚至造成制件报废。在模具设计时，通过调整模具型面来补偿构件回弹，即构件夹角加上回弹角等于模具夹角，使构件在脱模回弹后符合工程数模要求。国内外专家学者都在积极研究复合材料结构固化变形的预测及控制方法。GFG公司在复合材料工形梁的成型模具设计时，考虑工形梁缘条的回弹，采用经验的方法在模具的缘条型面上加入修正值(约1°)以抵消构件回弹。国内贾丽杰等人针对复合材料典型C形结构的回弹变形进行研究，通过对回弹角的预测结果进行修正，确定C形梁回弹角度在1°左右。本文涉及的复合材料U形梁为闭角结构，成型模具设计时需要进行回弹补偿，结合以往生产经验和国内外学者的研究结果，在两侧缘条各设置1°回弹补偿角，提取补偿后的两侧缘条型面为模具的型面。

4.2模具结构形式

复合材料梁一般为细长结构，常用模具结构形式为阴模、阳模和阴阳模组合，分析构件是否有气动面、装配面、胶接面等，一般情况下可确定这些面为贴膜面。根据U形梁的结构特点，采用CATIAV5R18建模，模具为框架式阳模结构，采用Q235钢焊接制造，模具包括模胎、支撑框架(支板组件和框架)、盖板、工具球套。根据产品设计部门所提供的产品零件数模提取成型曲面作为模胎的理论型面，将该曲面偏移10mm切割实体，获得“Ω”型模胎;创建支板组件，输入单个支板尺寸创建实体并设计散热孔，通过阵列命令创建其他支板;框架为长方体结构，采用的方钢管为标准型材，根据彼此之间的位置约束关系通过阵列偏移命令进行设置。这种框架式模具结构厚度均匀，通风好，升温快，有利于模具各点温度均匀，可以减少模具在升温和降温过程中因各部位温度不一样而引起的模具变形。(1)模胎模胎是“Ω”型一体式结构，采用10mm等厚的钢板，在保证气密性前提下允许拼接焊接。在模胎上需要留有一定距离用于打真空袋，通常手工铺贴模具的余量区在100～200mm。模胎的型面轮廓度公差小于0.2mm，数控加工后按数模中模胎线数据集划线，深0.5mm、宽0.3mm，并在余量线外打出标记，所有划线位置的偏差不大于0.2mm。构件轮廓线用于非数控切边时使用，决定构件外形尺寸的精度，设计时应考虑模具材料的膨胀因素作适当缩放处理。铺贴线用于无激光投影时手工铺贴定位，以控制铺贴余量，防止由于铺贴不完全齐整、流胶、挡胶条等因素导致固化后产品边缘质量不高，通常铺贴线到产品轮廓线可留20mm余量。(2)支撑框架框架与支板组件主要起支撑作用，保证整个模具的强度和刚度。框架取消了传统的薄板格栅结构，采用方钢管焊接，具有成本低、加工周期短的优点，有效实现模具减重，又使得空气流在模具体上下表面任意流动，加热更均匀。在支板组件上设计散热孔，尽量在同一直线上保证成型过程中空气的流通性，有利于整个成型的复合材料构件温度均匀，保证成型产品的质量。同时在支板两端设计80×50×10mm的加强块，防止模具在吊装时沿长度方向产生变形。(3)盖板和工具球梁腹板平面处采用2mm铝盖板与阳模配套使用，使构件表面加热均匀，同时在抽真空的过程中传力均匀，保证构件外表面的平面度。工具球用于定位找正，在设计时要覆盖构件的最高点和最低点，长度方向间隔不超过1m。各工具球孔按数模制造，并在模胎上打出所有工具球实际坐标值及孔位序号，用于手动铺贴时放置激光投影的靶标，以定位铺层区域。(4)后续处理模具焊接完成后进行2～3次退火，消除焊接和机加应力，减少模具的变形;对模具型面进行激光测量，型面精度符合图纸要求;加工完毕做气密试验，保证模具气密性。

4.3工艺验证

在复合材料U形梁的热压罐成型工艺中，采用本文设计的成型模具进行铺叠成型，生产的复合材料构件易于脱模，表面光滑平整，型面公差符合要求，U形梁两侧缘条的角度变形控制在技术要求范围以内，满足了后续与壁板及其他组件的装配要求。

篇4

随着科技的发展，树脂与玻璃纤维在技术上不断进步，生产厂家的制造能力普遍提高，使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行业接受，但玻纤增强复合材料的强度尚不足以和金属匹敌。因此，碳纤维、硼纤维等增强复合材料相继问世，使高分子复合材料家族更加完备，已经成为众多产业的必备材料。目前全世界复合材料的年产量已达550多万吨，年产值达1300亿美元以上，若将欧、美的军事航空航天的高价值产品计入，其产值将更为惊人。从全球范围看，世界复合材料的生产主要集中在欧美和东亚地区。近几年欧美复合材料产需均持续增长，而亚洲的日本则因经济不景气，发展较为缓慢，但中国尤其是中国内地的市场发展迅速。据世界主要复合材料生产商PPG公司统计，2000年欧洲的复合材料全球占有率约为32%，年产量约200万吨。与此同时，美国复合材料在20世纪90年代年均增长率约为美国GDP增长率的2倍，达到4%~6%。2000年，美国复合材料的年产量达170万吨左右。特别是汽车用复合材料的迅速增加使得美国汽车在全球市场上重新崛起。亚洲近几年复合材料的发展情况与政治经济的整体变化密切相关，各国的占有率变化很大。总体而言，亚洲的复合材料仍将继续增长，2000年的总产量约为145万吨，预计2005年总产量将达180万吨。

从应用上看，复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。2000年美国汽车零件的复合材料用量达14.8万吨，欧洲汽车复合材料用量到2003年估计可达10.5万吨。而在日本，复合材料主要用于住宅建设，如卫浴设备等，此类产品在2000年的用量达7.5万吨，汽车等领域的用量仅为2.4万吨。不过从全球范围看，汽车工业是复合材料最大的用户，今后发展潜力仍十分巨大，目前还有许多新技术正在开发中。例如，为降低发动机噪声，增加轿车的舒适性，正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板；为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求，发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求，必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车制造业中。与此同时，随着近年来人们对环保问题的日益重视，高分子复合材料取代木材方面的应用也得到了进一步推广。例如，用植物纤维与废塑料加工而成的复合材料，在北美已被大量用作托盘和包装箱，用以替代木制产品；而可降解复合材料也成为国内外开发研究的重点。

另外，纳米技术逐渐引起人们的关注，纳米复合材料的研究开发也成为新的热点。以纳米改性塑料，可使塑料的聚集态及结晶形态发生改变，从而使之具有新的性能，在克服传统材料刚性与韧性难以相容的矛盾的同时，大大提高了材料的综合性能。

树脂基复合材料的增强材料

树脂基复合材料采用的增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。

1、玻璃纤维

目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等。由于高强度玻璃纤维性价比较高，因此增长率也比较快，年增长率达到10%以上。高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面，近年来民用产品也有广泛应用，如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、体育用品、各类耐高温制品以及近期报道的性能优异的轮胎帘子线等。石英玻璃纤维及高硅氧玻璃纤维属于耐高温的玻璃纤维，是比较理想的耐热防火材料，用其增强酚醛树脂可制成各种结构的耐高温、耐烧蚀的复合材料部件，大量应用于火箭、导弹的防热材料。迄今为止，我国已经实用化的高性能树脂基复合材料用的碳纤维、芳纶纤维、高强度玻璃纤维三大增强纤维中，只有高强度玻璃纤维已达到国际先进水平，且拥有自主知识产权，形成了小规模的产业，现阶段年产可达500吨。

2、碳纤维

碳纤维具有强度高、模量高、耐高温、导电等一系列性能，首先在航空航天领域得到广泛应用，近年来在运动器具和体育用品方面也广泛采用。据预测，土木建筑、交通运输、汽车、能源等领域将会大规模采用工业级碳纤维。1997~2000年间，宇航用碳纤维的年增长率估计为31%，而工业用碳纤维的年增长率估计会达到130%。我国的碳纤维总体水平还比较低，相当于国外七十年代中、末期水平，与国外差距达20年左右。国产碳纤维的主要问题是性能不太稳定且离散系数大、无高性能碳纤维、品种单一、规格不全、连续长度不够、未经表面处理、价格偏高等。

3、芳纶纤维

20世纪80年代以来，荷兰、日本、前苏联也先后开展了芳纶纤维的研制开发工作。日本及俄罗斯的芳纶纤维已投入市场，年增长速度也达到20%左右。芳纶纤维比强度、比模量较高，因此被广泛应用于航空航天领域的高性能复合材料零部件（如火箭发动机壳体、飞机发动机舱、整流罩、方向舵等）、舰船（如航空母舰、核潜艇、游艇、救生艇等）、汽车（如轮胎帘子线、高压软管、摩擦材料、高压气瓶等）以及耐热运输带、体育运动器材等。

4、超高分子量聚乙烯纤维

超高分子量聚乙烯纤维的比强度在各种纤维中位居第一，尤其是它的抗化学试剂侵蚀性能和抗老化性能优良。它还具有优良的高频声纳透过性和耐海水腐蚀性，许多国家已用它来制造舰艇的高频声纳导流罩，大大提高了舰艇的探雷、扫雷能力。除在军事领域，在汽车制造、船舶制造、医疗器械、体育运动器材等领域超高分子量聚乙烯纤维也有广阔的应用前景。该纤维一经问世就引起了世界发达国家的极大兴趣和重视。

5、热固性树脂基复合材料

热固性树脂基复合材料是指以热固性树脂如不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂等为基体，以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等为增强材料制成的复合材料。环氧树脂的特点是具有优良的化学稳定性、电绝缘性、耐腐蚀性、良好的粘接性能和较高的机械强度，广泛应用于化工、轻工、机械、电子、水利、交通、汽车、家电和宇航等各个领域。1993年世界环氧树脂生产能力为130万吨，1996年递增到143万吨，1997年为148万吨，1999年150万吨，2003年达到180万吨左右。我国从1975年开始研究环氧树脂，据不完全统计，目前我国环氧树脂生产企业约有170多家，总生产能力为50多万吨，设备利用率为80%左右。酚醛树脂具有耐热性、耐磨擦性、机械强度高、电绝缘性优异、低发烟性和耐酸性优异等特点，因而在复合材料产业的各个领域得到广泛的应用。1997年全球酚醛树脂的产量为300万吨，其中美国为164万吨。我国的产量为18万吨，进口4万吨。乙烯基酯树脂是20世纪60年展起来的一类新型热固性树脂，其特点是耐腐蚀性好，耐溶剂性好，机械强度高，延伸率大，与金属、塑料、混凝土等材料的粘结性能好，耐疲劳性能好，电性能佳，耐热老化，固化收缩率低，可常温固化也可加热固化。南京金陵帝斯曼树脂有限公司引进荷兰Atlac系列强耐腐蚀性乙烯基酯树脂，已广泛用于贮罐、容器、管道等，有的品种还能用于防水和热压成型。南京聚隆复合材料有限公司、上海新华树脂厂、南通明佳聚合物有限公司等厂家也生产乙烯基酯树脂。

1971年以前我国的热固性树脂基复合材料工业主要是军工产品，70年代后开始转向民用。从1987年起，各地大量引进国外先进技术如池窑拉丝、短切毡、表面毡生产线及各种牌号的聚酯树脂（美、德、荷、英、意、日）和环氧树脂（日、德）生产技术；在成型工艺方面，引进了缠绕管、罐生产线、拉挤工艺生产线、SMC生产线、连续制板机组、树脂传递模塑(RTM)成型机、喷射成型技术、树脂注射成型技术及渔竿生产线等，形成了从研究、设计、生产及原材料配套的完整的工业体系，截止2000年底，我国热固性树脂基复合材料生产企业达3000多家，已有51家通过ISO9000质量体系认证，产品品种3000多种，总产量达73万吨/年，居世界第二位。产品主要用于建筑、防腐、轻工、交通运输、造船等工业领域。在建筑方面，有内外墙板、透明瓦、冷却塔、空调罩、风机、玻璃钢水箱、卫生洁具、净化槽等；在石油化工方面，主要用于管道及贮罐；在交通运输方面，汽车上主要有车身、引擎盖、保险杠等配件，火车上有车厢板、门窗、座椅等，船艇方面主要有气垫船、救生艇、侦察艇、渔船等；在机械及电器领域如屋顶风机、轴流风机、电缆桥架、绝缘棒、集成电路板等产品都具有相当的规模；在航空航天及军事领域，轻型飞机、尾翼、卫星天线、火箭喷管、防弹板、防弹衣、鱼雷等都取得了重大突破。

热塑性树脂基复合材料

热塑性树脂基复合材料是20世纪80年展起来的，主要有长纤维增强粒料(LFP)、连续纤维增强预浸带(MITT)和玻璃纤维毡增强型热塑性复合材料(GMT)。根据使用要求不同，树脂基体主要有PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PES、PEEK、PI、PAI等热塑性工程塑料，纤维种类包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和硼纤维等一切可能的纤维品种。随着热塑性树脂基复合材料技术的不断成熟以及可回收利用的优势，该品种的复合材料发展较快，欧美发达国家热塑性树脂基复合材料已经占到树脂基复合材料总量的30%以上。

高性能热塑性树脂基复合材料以注射件居多，基体以PP、PA为主。产品有管件（弯头、三通、法兰）、阀门、叶轮、轴承、电器及汽车零件、挤出成型管道、GMT模压制品（如吉普车座椅支架）、汽车踏板、座椅等。玻璃纤维增强聚丙烯在汽车中的应用包括通风和供暖系统、空气过滤器外壳、变速箱盖、座椅架、挡泥板垫片、传动皮带保护罩等。

滑石粉填充的PP具有高刚性、高强度、极好的耐热老化性能及耐寒性。滑石粉增强PP在车内装饰方面有着重要的应用，如用作通风系统零部件，仪表盘和自动刹车控制杠等，例如美国HPM公司用20%滑石粉填充PP制成的蜂窝状结构的吸音天花板和轿车的摇窗升降器卷绳筒外壳。

云母复合材料具有高刚性、高热变形温度、低收缩率、低挠曲性、尺寸稳定以及低密度、低价格等特点，利用云母/聚丙烯复合材料可制作汽车仪表盘、前灯保护圈、挡板罩、车门护栏、电机风扇、百叶窗等部件，利用该材料的阻尼性可制作音响零件，利用其屏蔽性可制作蓄电池箱等。

我国的热塑性树脂基复合材料的研究开始于20世纪80年代末期，近十年来取得了快速发展，2000年产量达到12万吨，约占树脂基复合材料总产量的17%，，所用的基体材料仍以PP、PA为主，增强材料以玻璃纤维为主，少量为碳纤维，在热塑性复合材料方面未能有重大突破，与发达国家尚有差距。

我国复合材料的发展潜力和热点

我国复合材料发展潜力很大，但须处理好以下热点问题。

1、复合材料创新

复合材料创新包括复合材料的技术发展、复合材料的工艺发展、复合材料的产品发展和复合材料的应用，具体要抓住树脂基体发展创新、增强材料发展创新、生产工艺发展创新和产品应用发展创新。到2007年，亚洲占世界复合材料总销售量的比例将从18%增加到25%，目前亚洲人均消费量仅为0.29kg，而美国为6.8kg，亚洲地区具有极大的增长潜力。

2、聚丙烯腈基纤维发展

我国碳纤维工业发展缓慢，从CF发展回顾、特点、国内碳纤维发展过程、中国PAN基CF市场概况、特点、“十五”科技攻关情况看，发展聚丙烯腈基纤维既有需要也有可能。

3、玻璃纤维结构调整

我国玻璃纤维70%以上用于增强基材，在国际市场上具有成本优势，但在品种规格和质量上与先进国家尚有差距，必须改进和发展纱类、机织物、无纺毡、编织物、缝编织物、复合毡，推进玻纤与玻钢两行业密切合作，促进玻璃纤维增强材料的新发展。

4、开发能源、交通用复合材料市场

一是清洁、可再生能源用复合材料，包括风力发电用复合材料、烟气脱硫装置用复合材料、输变电设备用复合材料和天然气、氢气高压容器；二是汽车、城市轨道交通用复合材料，包括汽车车身、构架和车体外覆盖件，轨道交通车体、车门、座椅、电缆槽、电缆架、格栅、电器箱等；三是民航客机用复合材料，主要为碳纤维复合材料。热塑性复合材料约占10%，主要产品为机翼部件、垂直尾翼、机头罩等。我国未来20年间需新增支线飞机661架，将形成民航客机的大产业，复合材料可建成新产业与之相配套；四是船艇用复合材料，主要为游艇和渔船，游艇作为高级娱乐耐用消费品在欧美有很大市场，由于我国鱼类资源的减少、渔船虽发展缓慢，但复合材料特有的优点仍有发展的空间。

5、纤维复合材料基础设施应用

国内外复合材料在桥梁、房屋、道路中的基础应用广泛，与传统材料相比有很多优点，特别是在桥梁上和在房屋补强、隧道工程以及大型储仓修补和加固中市场广阔。

篇5

针对金属基复合材料发展应用中的关键问题??成本和性能，本文开发设计了新型的钛基复合材料的制备工艺，可以低成本高效制备性能优异的钛基复合材料。即可利用钛与碳化硼、硼及石墨之间的自蔓燃高温合成反应，采用普通的钛合金冶炼工艺制备出单纯TiB晶须、单纯TiC颗粒增强或TiB晶须和TiC粒子混杂增强的钛基复合材料。为了拓展钛基复合材料的应用领域，为制备高性能的钛基复合材料打下坚实的基础，本文的研究主要包括以下几个方面工作：

1、研究了利用钛与石墨、硼及碳化硼之间的反应制备TiB和TiC增强钛基复合材料的原位合成机理。利用热力学理论计算了钛与石墨、硼、碳化硼反应的Gi自由能DG和反应生成焓DH，结果表明：各个反应的Gi自由能DG值都为负值，说明在热力学上上述反应是可行的。虽然在热力学上可以利用钛与碳化硼之间的化学反应合成TiB2和TiC增强体，但从化学平衡考虑，TiB2不能稳定存在于过量钛中，因此能够稳定存在于普通钛合金中的增强体为TiB和TiC。上述反应都为高放热的反应，从理论上讲绝热温度都大于自蔓燃高温合成的判据，表明反应能自发维持。

2、利用非自耗电弧炉和自耗电弧炉经普通的钛合金铸造工艺制备出单纯TiB晶须、单纯TiC颗粒增强或TiB晶须和TiC粒子混杂增强的钛基复合材料。X射线衍射分析结果表明：原位合成的增强体为TiB、TiC。这些增强体分布非常均匀，主要呈现为短纤维状、树枝晶状和等轴或近似等轴状。电子探针和带能谱的扫描电镜分析结果表明：短纤维状增强体为TiB，而树枝晶状和等轴或近似等轴状增强体为TiC。实验结果与理论分析一致，这为原位自生钛基复合材料的工业化生产提供了依据。

3、研究了原位合成钛基复合材料增强体的生长机制，结果表明：增强体的生长机制与凝固过程及增强体的晶体结构密切相关。原位合成的增强体以形核与长大的方式从熔体中析出而长大。对于原位合成TiB和TiC混杂增强的钛基复合材料，经历了析出初晶、二元共晶和三元共晶三个阶段。由于不同的晶体结构，增强体TiB与TiC形成不同的生长形态。TiB具有B27晶体结构，易于沿[010]方向生长长成短纤维状，而且TiB横截面的形状呈多边形，其晶面主要由(100)、(10)和(101)组成。同时，在TiB的(100)面上容易形成层错。而TiC具有NaCl型对称结构，容易长成树枝晶状、等轴状和近似等轴状。发现原位合成的增强体TiB容易在（100）面上形成高密度的层错，层错的形成与增强体的晶体结构、生长机制有关，同时也有利于降低增强体与基体合金界面的晶格畸变。而原位合成增强体TiC的晶格比较完整，偶尔在(111)面上形成孪晶，该孪晶结构在增强体形核与长大的过程中形成。

4、研究了合金元素铝的加入对原位合成钛基复合材料微结构及力学性能的影响。合金元素铝的加入，并不改变复合材料的物相组成，也不改变复合材料的凝固过程，但由于合金元素的存在，阻碍了增强体的形核与长大过程，导致形成的TiB和TiC初晶更为细小，尤其是使TiC增强体易于形成等轴状。合金元素铝不仅固溶强化了基体合金，而且细化增强体也有利于提高复合材料的力学性能。

5、利用透射电镜、高分辨透射电镜对原位合成(TiB TiC)/Ti复合材料界面微结构进行研究和分析，发现两种增强体与基体的界面均为清洁界面，为直接的原子结合、界面结合状况良好。TiC增强体与基体合金没有确定的位相关系，而TiB增强体与基体合金存在以下位相关系：、、(0002)Ti//(001)TiB和以及、(0002)Ti//(200)TiB和。该位相关系在凝固过程中形成，与增强体的晶体结构及基体合金的晶体结构密切相关，形成该位相关系有利于降低增强体与基体合金界面的晶格畸变能。

6、研究了铸态钛基复合材料和热锻后高温钛基复合材料的力学性能。由于原位合成增强体的加入，钛基复合材料的力学性能与相应基体合金比较有了明显的提高，在增强体含量为8％时，其弹性模量E、屈服强度s0.2和抗拉强度分别达到131.2GPa，1243.7MPa和1329.8MPa，与基体合金Ti6242比较分别提高了19.3，47.4和45.5。其强化机理主要来源于增强体承载、晶粒细化及高密度位错的形成。石墨的加入，形成更多等轴状、近似等轴状TiC粒子有利于提高复合材料的室温性能，这与短纤维状TiB的存在导致复合材料低应力断裂有关。

7、研究了原位合成钛基复合材料的高温瞬时拉伸性能。在600oC、650oC和700oC的抗拉强度分别超过800MPa，750MPa和650MPa，与高温性能较好的IMI834合金比较，在600oC的抗拉强度提高幅度超过25。随着温度的提高，其屈服强度、抗拉强度降低，塑性提高，但与基体合金比较高温强度有了明显的提高。断口分析表明：低温时，裂纹由增强体断裂引起，而在高温时裂纹最先在短纤维晶须TiB的端面上形核，然后裂纹扩展到基体合金中，最后导致材料失效。说明低温时，增强体承载对提高复合材料的力学性能非常有利，而在高温时，其强化作用主要由增强体与位错的交互作用引起。位错容易在短纤维状晶须TiB的端面处塞积，形成裂纹源导致材料失效。因此与等轴状及近似等轴状增强体TiC比较，短纤维状增强体TiB对复合材料高温力学性能的强化效果要低一些。这也是石墨的加入形成等摩尔的TiB和TiC增强体有利于提高复合材料高温性能的主要原因。

8、研究了原位合成钛基复合材料的高温蠕变性能和持久断裂性能。原位合成钛基复合材料的高温蠕变经历了典型的蠕变变形的三个阶段。蠕变持久强度与基体合金比较有了明显的提高。持久强度与温度及载荷密切相关，温度和载荷的提高都降低复合材料的高温蠕变和高温持久性能。石墨的加入形成更多的TiC粒子，同样有利于提高钛基材料的持久强度。在高温、持久载荷作用下，材料的失效仍然主要由短纤维端面处形成裂纹而导致材料失效引起。

本研究首先从理论上分析了原位合成TiB、TiC及TiB和TiC混杂增强钛基复合材料的原位合成机制，并以此为基础开发出了一种新型钛基复合材料加工工艺。利用该工艺钛合金生产厂家可以在不改变设备和工艺的条件下，低成本高效制备高性能的钛基复合材料。而采用该原位合成工艺制备复合材料的性能是可设计和可控制的，针对不同的应用条件，可以设计不同成分的基体合金及不同含量、不同配比增强体的复合材料以满足不同的需求。从合金相图、增强体晶体结构及凝固理论相结合分析了原位合成增强体的生长机制、生长形态、分布状态以及界面微区特征。研究了钛基复合材料的微观组织对钛基复合材料力学性能的影响规律。这些研究为以后制备高性能的钛基复合材料和拓展 钛基复合材料的应用领域打下了坚实的理论基础和为批量生成提供了实用途径。近两年来，研究成果引起了国家航空航天部门的关注，国家“十五”军工重点课题和航天支撑基金、航天创新基金课题获得了批准。并将用于我国的先进战略导弹XX－2改，战术导弹XX－19及新一代洲际导弹和潜地导弹的构件。鉴于该技术在国防军工方面具有的战略意义以及在民用领域的潜在应用前景，与国内大型钛合金加工企业—宝钢集团五钢有限公司开展产业化研究，完成了该材料的中试过程，实现了新型钛基复合材料的工业化生产。研制开发的材料近期将在国家战略、战术武器、宇宙飞船等方面得到验证和应用。并将逐渐推广应用于民用领域，为国民经济的发展作出贡献。

关键词非连续增强钛基复合材料，原位合成，生长机制，凝固，晶体结构，微观结构，力学性能，位向关系，界面结构

Fabrication,MicrostructureandMechanicalPropertiesofinsituSynthesizedTitaniumMatrixComposites

ATRACT

Duetoincreasingrequirementfortitaniumalloywithhighpropertiesinhightechnologyera,discontinuouslyreinforcedtitaniummatrixcompositesownthefollowingadvantages:highecificstrength,highecificmodulus,highelevatedtemperatureproperty,wearresistanceandlowfabricatingcost,sotheyhavebecometheresearchhotot.Theproceingtechnique,microstructureandmechanicalpropertieshavebeenexteivelystudied.However,themainaimisdiscontinuouslyreinforcedtitaniummatrixcompositepreparedbytraditionaltechniquesuchaspowdertechnologyandliquidmetallurgy,wheretheceramicparticlesaredirectlyincorporatedintosolidorliquidmatricesreectively.Inthispaper,paredwithtraditionaltechnique,insitutechniqueownthefollowingadvantages:thetechniqueisverysimpleandthepropertiesareexcellent,soitiseasiertofabricatetitaniummatrixcompositesintechnologyandeconomic.Theinsitusynthesisofceramicparticleavoidsthepollutionofreinforcementsandwettabilityexistingincastingtechnique,soitisvaluabletofabricatetitaniummatrixcompositeswithbetterproperties.However,therearestillquitealotofproblemstoberesolvedinordertofabricatetitaniummatrixcompositeswithhighpropertiessimplyandatlowfabricationcost.Therefore,theresearchontheseproblemsintheoryandexperimentisveryimportant.

Itiswellknownthatthekeyproblemindevelopmentandalicationofmetalmatrixcompositesiscostandproperty.Anewtechniquehasbeendesignedtoproducetitaniummatrixcomposites,inwhichitispoibletofabricatetitaniummatrixcompositeswithhighpropertiessimplyandatlowfabricationcost.TitaniummatrixcompositesreinforcedwithTiBwhisker,TiCparticleorTiBwhiskerandTiCparticle,wereproducedbycommontitaniumalloycastingtechniqueutilizingtheself-propagationhigh-temperaturesynthesisreactiobetweentitaniumandboron,graphite,B4C.Inordertodeveloptheutilizationareaoftitaniummatrixcompositesandmakebasisforproducingtitaniummatrixcompositeswithhighproperties,thefollowingworkshavebeendeveloped.

1.InsitusynthesismechanismoftitaniummatrixcompositesreinforcedwithTiB,TiCorTiBandTiCutilizingthereactiobetweentitaniumandboron,graphite,B4Chavebeeninvestigated.GifreeenergyDGandformationenthalpyDHofreactiobetweentitaniumandboron,graphite,B4Cwerecalculatedbythermodynamictheory.TheGifreeenergyDGofabovereactioisnegative,whichindicatesthattheabovereactioallcantakeplace.ItispoibletosynthesizeTiB2andTiCutilizingthereactionbetweentitaniumandB4C.However,coideringfromchemicalbalance,TiB2cannotexistintitaniummatrixalloystably.Theabovereactioreleasequitealotofheat.Moreover,theadiabatictemperatureisgreaterthanthetheoreticalcriterion,whichindicatesthatthereactioncanbesustainedbyitself,namelyself-propagationhigh-temperaturesynthesisreactioncanoccur.

2.TitaniummatrixcompositesreinforcedwithTiBwhisker,TiCparticleorTiBwhiskerandTiCpart iclehavebeenproducedbynon-coumablevacuumarcremeltingfurnaceandcoumablevacuumarcremeltingfurnace.TheresultsofX-raydiffractionshowthattheinsitusynthesizedreinforcementsareTiBandTiC.Thereinforcementsweredistributeduniformlyinmatrixalloy.Theshapesofreinforcementsareshort-fibreshape,dendriticshapeandequiaxedshapeornear-equiaxedshape.Thereinforcementwithshort-fibreshapeisTiB,thereinforcementwithdendriticshapeandequiaxedshapeornear-equiaxedshapeisTiC.Theexperimentalresultisingoodagreementwiththeoreticalresult,whichprovidesgistforcommercialproductionofinsitusynthesizedtitaniummatrixcomposites.

3.Thegrowthmechanismsofreinforcementsininsitusynthesizedtitaniummatrixcompositeshavebeeninvestigated.Thegrowthmechanismsarecloselyrelatedtosolidificationpathsandcrystalstructures.Thereinforcementsdiersefrommeltandgrowinthewayofnucleationandgrowth.FortheinsitusynthesizedTiBwhiskerandTiCparticlereinforcedtitaniummatrixcomposites,thereinforcementsundertakethefollowingthreestages:primarycrystal,binaryeutecticandternaryeutectic.Duetothedifferentcrystalstructures,TiBandTiCgrowindifferentshapes.TiBisliabletogrowalong[010]directionandformshort-fibreshapeduetoit’sB27crystalstructure.TheshapeofTiBatcrosectionispolygon,thecrystalfacesarecomposedwith(100),(101)and(10).Moreover,thereisstackingfaultinTiBandthestackingfaultislikelytoformat(100)crystalface.TiCwithNaClcrystalstructuregrowsindendritic,equiaxedornear-equiaxedshape.

4.Theeffectsofaluminumadditiononmicrostructureandmechanicalpropertiesofinsitusynthesizedtitaniummatrixcompositeshavebeeninvestigated.Theadditionofalloyingelementaluminumdoe’tchangephasesandadjustthesolidificationpath.However,thealloyingelementhindersthenucleationandgrowthofreinforcementsthatresultinmorefineTiBandTiCreinforcementsandmakeTiCreinforcementsgrowwithequiaxedparticleseasily.Aluminumnotonlystrengthethematrixalloybysolidsolutionstrengthening,butalsoimprovesthemechanicalpropertiesbyrefiningthereinforcements.

5.TheinterfacialmicrostructuresofinsitusynthesizedTiBwhiskerandTiCparticlesreinforcedtitaniummatrixcompositeshavebeenoervedbymeaoftramiionelectronicmicroscopyandhigh-resolutiontramiionelectronicmicroscopy.Theresultsshowthattheinterfacesareveryclean.Theyarebondedwell.ThereisnocoistentcrystallographicrelatiohipbetweenTiCandtitanium.However,therearefollowingcoistentcrystallographicrelatiohibetweenTiBandtitanium:,,(0002)Ti//(001)TiB,and,,(0002)Ti//(200)TiB.Moreover,itiscloselyrelatedtothecrystalstructuresofreinforcementandmatrixalloy.Theformationofabovecrystallographicrelatiohiisvaluabletodecreasetheenergyoflatticestrainbetweenreinforcementandmatrixalloy.

6.Themechanicalpropertiesofcast-titaniummatrixcompositesandhigh-temperaturetitaniummatrixcompositesafterhot-forginghavebeeninvestigated.Duetotheincorporationofinsitusynthesizedreinforcements,themechanicalpropertiesimproveobviouslycomparedwithmatrixalloy.Whenthevolumeofreinforcementsis8,theYoung’smodulusE,yieldstrengths0.2andteilestrengthare131.2GPa,1243.7MPaand1329.8MPa,reectively.Theyimprove19.3,47.4and45.5,reectively.Thestrengtheningmechanismsincludethefollowingfactors:undertakingloadofreinforcements,refinementofgrainsizeandformationofhigh-deitydislocatio.TheadditionofgraphiteformsmoreTiCparticleswithequiaxedornear-equiaxedshapethatisvaluabletoimprovethemechanicalpropertiesoftitaniummatrixcompositesatroomtemperature.ThisisrelatedtoexistingofTiBthatresultfractureofcompositesatlowlevelofaliedstrain.

篇6

RE-Ni-W-P-SiC复合镀层在不同浓度的硫酸、盐酸、磷酸和氯化铁等溶液中的腐蚀试验结果表明，以Ni-W-P合金为基体的复合材料镀层在镀态或热处理条件下在硫酸,磷酸,盐酸和氯化铁溶液中具有较好的耐蚀性,其耐蚀性优于316L不锈钢;Ni-W-P-SiC复合镀层在盐酸、硫酸和氯化铁溶液中的耐蚀性优于Ni-W-P合金镀层和RE-Ni-W-P-SiC复合镀层，而RE-Ni-W-P-SiC复合镀层在磷酸溶液中的耐蚀性又优于Ni-W->:请记住我站域名/

复合材料镀层的硬度和耐磨性试验结果表明，随着加热温度的提高，复合材料镀层的硬度增加，在400℃时达峰值，加热温度继续升高，镀层硬度呈下降趋势；此外，阴阳极相互垂直所得复合镀层的硬度高于阴阳极相互平行的硬度；镀态时复合镀层的磨损率均最高，随着热处理温度的提高，磨损率呈下降趋势，在400℃时磨损率最低，耐磨性最好。继续升高温度，磨损率有所上升。另外，随着镀层中磷含量的增加，其耐磨性改善。在400℃热处理条件下，随着热处理时间的延长，复合镀层的硬度和耐磨性增加，当热处理时间达到3小时时，镀层硬度和耐磨性达到最佳值；若继续延长时间，镀层的硬度和耐磨性将降低。随着镀液中SiC浓度的增加，RE-Ni-W-P-SiC复合材料镀层的硬度增加，同时镀层的耐磨性能也增强。镀液中钨酸钠浓度对RE-Ni-W-P-SiC多功能复合材料硬度及耐磨性的影响规律与镀液中SiC浓度对RE-Ni-W-P-SiC复合材料硬度及耐磨性的影响规律基本一致，即随着钨酸钠浓度的升高，RE-Ni-W-P-SiC复合镀层的硬度和耐磨性均提高。随着镀液中次亚磷酸钠浓度的升高，镀层的硬度和耐磨性均降低。

RE-Ni-W-P-SiC复合材料镀层的组织与结构分析表明，复合镀层在镀态下为非晶态，当热处理温度升到200℃时，镀层开始晶化并析出Ni3P相；当温度达到500℃时，镀层晶化完毕，产生新相g-(FeNi)。因此，整个镀层的显微结构随温度的变化过程是：非晶态混晶态晶态；稀土元素对复合镀层的显微组织无影响，但可以提高复合镀层中SiC微的含量；镀液中钨酸钠和柠檬酸的浓度对复合材料镀层的结构影响不大，复合材料中的磷含量是镀层非晶化的主要决定因素；镀液中钨酸钠和柠檬酸的浓度对复合材料镀层的表面形貌影响较大，当钨酸钠的浓度为90—150g/L和柠檬酸的浓度为150—170g/L时，复合材料镀层表面颗粒细小，而且平整光滑。

复合材料镀层的抗高温氧化试验结果表明，在高温氧化过程中,纯镍镀层、Ni-W-P、Ni-W-P-SiC和RE-Ni-W-P-SiC复合镀层的氧化膜重量和氧化时间的关系,在氧化时间小于60min时，氧化膜的增长规律近似于直线方程；而在氧化时间大于60min后,它的增长规律可以用幂函数方程表示。四种镀层氧化速率的大小顺序是Ni>Ni-W-P>Ni-W-P-SiC>RE-Ni-W-P-SiC。在高温氧化过程中,Ni-W-P、Ni-W-P-SiC和RE-Ni-W-P-三种镀层的氧化膜重量随着氧化温度的升高而呈指数型增加。RE-Ni-W-P-SiC复合镀层与Ni-W-P合金层相比,它的高温抗氧化性能可以提高2-3倍。镀层的截面形貌表明,经500℃下氧化，Ni-W-P合金已向基体扩散,与基体之间没有明显的分界线；Ni-W-P-SiC复合镀层与基体之间有分界线,但不明显；而RE-Ni-W-P-SiC复合镀层在此温度下有明显的分界线。经800℃下氧化后,除RE-Ni-W-P-SiC复合镀层与基体有明显分界线外,其它两种镀层均无分界线。Ni-W-P、Ni-W-P-SiC和RE-Ni-W-P-SiC三种镀层经800℃下氧化后的X-射线衍射图同样显示,RE-Ni-W-P-SiC复合镀层具有更好的抗高温氧化能力。

对电沉积RE-Ni-W-P-SiC多功能复合材料进行了日处理5平方米的中试试验，结果表明，用该工艺处理的多种零部件在磷化工、制糖和卷烟等工业中应用，其寿命明显高于国产零部件，接近或超过进口件的水平，并取得了一定的经济效益。

关键词：电沉积，RE-Ni-W-P-SiC复合材料镀层，硬度与耐磨性，耐蚀性，抗高温氧化性，组织与结构，应用。

Atract

ProceandbasictheoryofelectrodepositedRE-Ni-W-P-SiCmultifunctionalcompositecompositecoatinghavebeenstudied，includingsomecontentsasfollows：

E-pHpatterofNi-P-H2OandNi-C-H2Osystemsweredrownoutonthebasisofthermodynamicanalysis，andresultsshowthatNiandPcanco-depositonthecathodeintheformofNi3P；therearesomeNi3Cphasesinthecoating，andCcomesfromorganiccompoundwhichwasaddedinthebathandCO2intheairthatwasdiolvedinwater.

ExperimentalresultsofproceparametersindicatethataseriesofRE-Ni-W-P-SiCcompositecoatingswithdifferentcontentswereobtainedbymeaofaropriateparameters，andcomponentscopesofthecoatingsareSiC5~30wt，Ni50~60wt，W10~25wt，P5~15wtandRE5~10wt.ThecontentsofW，PandSiCi nthecompositecoatingswereincreasedwhenchloride，oxideandsulfaterareearthwasaddedinthebathreectivelyortogether.Theadditionofsodiumhypophohatemustbearopriate，ifaddedmuch，WandSiCcontentsinthecoatingsweredecreased，Sotheadditionofsodiumhypophohatemustbecontrolled10~15g/l.Currentdeity，temperatureandpHvaluehavecoiderableeffectsonthecontentsofW，PandSiCinthecompositecoatings.Generally，currentdeity（Dk）mustbecontrolled5~10A/dm2，pH6.0~6.5andtemperature55~65oC.Besides，DkandpHhaveagreateffectonthesurfacemorphologiesofthecoatings，andthecompositecoatingsgetcoarsewhenDkandpHwerehigh，onthecontrary，thecompositesgainfinecrystalwhenDkandpHwerelow.TheagitatingintervaltimehaslittleeffectonNi，WandPcontents，whileithascoiderableeffectonSiCcontentinthedeposits.ExteionofagitationandintervaltimewilldecreaseSiCcontentinthecomposites，sointervalandagitatingtimemustbecontrolled3miand4~5mireectively.

CurvesofcathodicpolarizationdilaythatwhenSiCparticlesandrareearth（RE）wereaddedinthebath，cathodicdepositingcurrentdeityofthecompositesincreases，anditisprofitableforNi-W-Pcoatingtodepositinthecathode，formingNi-W-P-SiCandRE-Ni-W-P-SiCcomposites.Onthecontrary，theadditionofPTFEinthebathdecreasescathodicdepositingcurrentdeityofthecoatings.Thecurrentdeityincreasesalittlewhentheamountofrareearth（RE）is7~9g/l；however，thedeityincreasesgreatlywithincreasingamountofRE，anditreachespeakvaluewhentheamountofREis11~13g/l.ButiftheamountofREisraisedfurther，thecurrentdeitydecreases.MechanismofSiCparticlesandNi-W-Pcoatingco-depositionis:SiCparticlescarryaboutnegativeelectricchargeitself,andtheymayadsorbpositiveelectricchargearoundwhenSiCparticlesareaddedinthebath.Theymovetothesurfaceofcathodeandformweakadsorptionundertheeffectsoffluiddynamicsandelectricfieldforce;secondly,SiCparticlesonthecathodicsurfacedehydrateundertheeffectoftheelectrostaticfieldforceandformstrongadsorptiothirdly,SiCparticlesadsorbedonthecathodicsurfacearecapturedbyNi-W-Pcoatinganddepositedinthecomposite.

CorrosionexperimentsofRE-Ni-W-P-SiCcompositecoatinginH2SO4，HCl，H3PO4andFeCl3solutioshowthatthecompositecoatingsonthebaseofNi-W-PcoatingshavebettercorrosionresistanceinH2SO4，HCl，H3PO4andFeCl3solutioatas-depositedorheattreatment，andtheircorrosionresistanceissuperiortothatof316Lstainlesteel；thecorrosionresistanceofNi-W-P-SiCcoatinginHCl，H2SO4andFeCl3solutioismuchbetterthanthatofNi-W-PandRE-Ni-W-P-SiCcoatings；however，thecorrosionresistanceoftheRE-Ni-W-P-SiCcompositeinH3PO4solutionissuperiortothatofNi-W-P-SiCandNi-W-Pcoatings.ThecorrosionmechanismofRE-Ni-W-P-SiCcompositecoatinginH2SO4andH3PO4solutioisgapandintergranularcorrosion，andinHClandFeCl3solutioispointandintergranularcorrosion.

Resultsofhardneandwearresistanceofthecompositecoatingsshowthatthehardneofthecoatingsincreaseswithincreasingheattreatmenttemperature，anditreachespeakvalueat400oC.Butitdecreaseswithincreasingheattreatmenttemperaturecontinually.Besides，thehardneofthecoatingbyverticalhangingbetweencathodeandanodeismuchhigherthanthatofonebyparallelhangingbetweencathodeandanode.Theabrasionrateofthecompositesishighestatas-deposited，whileitdecreaseswiththeriseoftemperature，itcutsdownlowestat400oC.Buttheabrasionrateincreaseswithcontinuingraisingheattreatmenttemperature.Thewearresistanceofthecoatingisraisedwithincreasingthephohoruscontentinthedeposit.Thehardneandwearresistanceofthecompositeincreasewithexteionofheattreatedtimeat400oC，andtheyreachtheirpeakvaluesat3hoursreectively.However，thehardneandwearresistanceofthecoatingdecreasewiththeriseoftheheattreatedtime.ThehardneandwearresistanceoftheRE-Ni-W-P-SiCcompositecoatingincreasewiththeriseofSiCandsodiumtungst ateconcentratiointhebathreectively，whilethehardneandwearresistanceoftheRE-Ni-W-P-SiCcoatingdecreasewithincreasingsodiumhypophohateconcentrationinthebath.

MicrostructureofelectrodepositedRE-Ni-W-P-SiCcompositecoatingwasstudied，andresultsshowthattheRE-Ni-W-P-SiCcompositecoatingisamorphousas-deposited.WhilethecoatingchangesintothecrystalandNi3Pphasesprecipitatewhenheattreatedtemperatureisraisedto200oC；Thecrystalproceofthecoatingisfinishedandnewγ-（FeNi）phaseisproducedwhentemperaturerisesto500oC.Therefore，themicrostructurechangingproceofthecoatingisamorphousmixturecrystal；therareearthhasnoeffectonthemicrostructureofthecoating，whileitcanincreasetheSiCcontentinthedeposits.Sodiumtungstateandcitricacidconcentratiointhebathhavenoeffectsonthemicrostructureofthecomposite，howevertheyhavecoiderableeffectsonthesurfacemorphologiesofthecoatings.Thecoatingswithfinecrystalandsmoothsurfacewillbeobtainedwhensodiumtungstateconcentrationis90~150g/landcitricacidconcentrationis150~170g/l.Thephohoruscontentinthecompositeisadecisivefactorthatenablesthecoatingtochangeintoamorphousstate.

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0引言

复合材料是由两种或两种以上组分材料组成的新材料, 根据不同的需要，可以选取不同的组分材料和细观结构来优化材料的性能，在航空航天、建筑、交通等领域得到越来越广的应用。为了预测复合材料的宏观力学属性，人们提出了许多的方法。早期主要以解析模型为主，如Eshelby等效夹杂法[1]、微分法[2]、Mori-Tanaka法[3]等，这些方法只考虑了复合材料结构的一些基本信息，而忽略了复合材料内部的结构特征，计算精度和适用范围有限。随着计算机技术的发展，数值法得到了广泛的应用，如通用元胞法[4-5]和有限元方法[6-8]，其方法通常是对复合材料细观结构的“代表性体积元”（RVE）进行力学分析，进而获得其宏、细观力学性能。数值法很好地考虑了复合材料细观结构特征，预测精度较高。

对于高填充比和填充颗粒尺寸跨度大的复合材料，如固体推进剂[9]，建模时为了使RVE具有代表性，模型中通常包含数百个颗粒，数值法预测这类材料的有效属性时前处理变得异常困难。毕业论文，有效属性。为了解决这一问题，B. Banerjee[10]利用一种递归算法预测了复合材料PBX9501的有效弹性属性，但是该算法所采用的正交化网格并不能很好的反映颗粒的边界。毕业论文，有效属性。K. Matous[11]在进行固体推进剂损伤分析时，通过Mori-Tanaka方法将基体与小尺寸颗粒均质化为一种混合物。毕业论文，有效属性。

本文将不同尺寸类型的颗粒分别与基体进行均质化，提出一种预测复合材料有效弹性模量的多步骤方法。利用多步法计算了不同填充分数和组分模量比复合材料的有效弹性属性，并与全尺寸有限元计算结果进行了对比。

1多步骤法

高填充分数和颗粒尺寸跨度大的复合材料细观结构RVE通常很大，如图1所示。多步法将预测有效弹性属性的过程分为几个步骤，首先将小颗粒与基体视为一种混合物，利用有限元或细观力学等均质化方法计算出其有效属性后，再把它当成一种新的基体，如此反复，直至计算出整个代表性体积元的有效属性，过程如图2所示。在每一步计算过程中，与基体相混合的颗粒种类越多，计算精度也越高，同时计算模型也越大。多步法计算过程中，参与混合的颗粒体积分数通过下式计算得到：

（1）

其中，为颗粒在“混合物”中的体积分数，，为参与均质化的颗粒和基体体积分数。

图1 复合材料“代表性体积元”

Fig .1 RVE of composite

图2 多步法预测复合材料宏观有效属性过程

Fig.2 Progression of propertyprediction of multi-step method for composite

2均质化方法

2.1有限元法

利用有限元方法预测复合材料有效属性时，首先在将“代表性体积单元”进行网格剖分，再施加周期性边界条件模拟均匀介质的力学行为。周期边界条件表示为

(2)

其中，为RVE的边长，，为施加于边界上的位移载荷。假定平面应变情况下，通过有限元方法计算得到的细观应力、应变场为和，对其进行体积平均得到平均应力（有效应力）和平均应变（有效应变）

（3）

（4）

其中，，为平均应力和平均应变，，为单元平均应力和单元平均应变，为单元数，为单元体积。则二维杨式模量和泊松比计算如下

（5）

（6）

三维杨式模量和泊松比可通过上式转化得到[12]

（7）

（8）

2.2 Mori-Tanaka方法

解析法中，由于Mori-Tanaka方法计算简单，同时在一定程度上考虑了复合材料中夹杂之间的相互作用，成为预测复合材料有效属性的有效工具，对于多相复合材料，其体积和剪切模量可表示为[13]

（9）

（10）

式中，，，，，,分别为体积模量和剪切模量，为体积分数，下标和0分别代表第相颗粒与基体, 为相的数目。杨式模量和泊松比为

（11）

（12）

由(9)-(10)可知，Mori-Tanaka法只考虑了颗粒体积分数，而忽视了复合材料中颗粒的形状、大小及分布等结构特征。

3计算结果

考虑三相颗粒增强复合材料，各组分为各向同性弹性材料，具体组成及力学参数如表1所示。计算中，颗粒体积分数为40％～70％, 颗粒1与颗粒2之间的体积比为1:1.8。迭代法预测该复合材料的有效弹性模量分两个步骤，每一步分别用有元法（FEM）或Mori-Tanaka（MT）方法计算，计算结果与全尺寸RVE的有限元和Mori-Tanaka计算结果进行对比，全尺寸模型颗粒总数为90，每个单步中颗粒数为50。毕业论文，有效属性。四种多

步法与全尺寸有限元计算结果如图3所示

表1 复合材料组分参数

Tab.1 Parameters of composite constituents

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1　引言

颗粒增强金属基复合材料因其具有较高的比强度、比刚度以及良好的加工性能在结构和工程上得到越来越广泛的应用［1］。但复合材料强度提高的同时，其延性却明显下降。近年来，国内外的学者对复合材料的弹塑性性能进行了广泛的研究［2-7］，内容涉及失效机制，如颗粒的断裂、基体和增强颗粒界面的脱粘、基体的延性失效及加工工艺及热处理对复合材料性能的影响等。

大多数金属材料和金属基复合材料的强度会随应变率的提高而提高，且复合材料的应变率敏感性通常取决于基体的应变率敏感性以及基体和增强颗粒界面的结合情况等。本文将对TiCp/Ti 复合材料的动态拉伸性能进行研究，建立其率相关的本构关系，并从微观角度讨论其强化断裂机理、应变率敏感性以及复合材料应变率敏感性高于基体的原因。

2动态拉伸试验

2.1　试验系统及原理

冲击拉伸试验在中国科技大学的旋转盘式杆—杆型冲击拉伸试验机（SHTB）上进行，试验装置如图1所示。SHTB实验装置由旋转盘式加载系统、撞块、输入杆和输出杆组成。加载装置是一个直径为1.4米，转动线速度可以达到100m/s的飞轮。前置理想弹塑性金属短杆通过螺纹与撞块和输入杆连接，受拉伸试件用耐冲击高强度聚炳烯酸粘接剂与输入杆和输出杆的叉口相粘接。当飞轮边缘的线速度达到预先设定的数值时，安装在高速旋转盘上的双片锤头（1）瞬间被弹出并以该线速度打击撞块（2），这时同输入杆相连的理想弹塑性前置金属短杆（3）被拉断，从而在输入杆（4）中产生一近似拉应力方波脉冲。当入射应力脉冲沿输入杆向右传播到试件（5）后，一部分反射回输入杆（6）中，另一部分通过试件传入输出杆中，并在输入杆和输出杆中分别产生反射波和透射波。拉伸脉冲的幅度、宽度、和上升沿是由金属短杆的直径、长度和锤头的打击速度来决定的。贴在输入杆和输出杆上的三组半导体应变片（7）分别测得入射波、反射波和透射波，通过超动态应变仪（8）放大后被存

TCL双通道瞬态波形存储器（9）中。

根据一维应力波理论可得试件中的应力、应变和应变率分别为

（1）

国家自然科学基金(No.90305018)资助项目、北京林业大学优秀青年教师科技创新项目（YX2010-6）.

（2）

（3）

其中，和分别为试件的横截面面积和长度； ，和 E 分别为输入/输出杆中弹性波的波速、杆的横截面面积以及弹性模量。

2.2　试验材料

试验所用的钛合金基体（T650）和TiC颗粒增强钛基复合材料（TP650）均由西北有色金属研究院自行研制并提供。TiC增强颗粒的平均粒度为5，体积百分比为3%；复合材料TP650采用PTMP（Pre-treatment melt process）法制备，颗粒在复合材料中呈弥散分布，界面反应层稳定。基体和复合材料试样均采用简单的退火，其热处理参数为：800℃/1小时＋空冷。

试件设计成扁平的哑铃状，厚度1.1mm，形状、尺寸和形位公差设计如图2所示。

TiC颗粒和钛合金基体的物理和力学性能如表1所示。

表1 TiC颗粒和钛合金基体的物理和力学性能

Table 1 The Mechanical properties of TiCPparticles and Titanium alloy matrix

 

材料

TiC颗粒

基体T650

密度/ g/cm3

4.43

4.51

杨氏模量E/ GPa

460

118

剪切模量G/ GPa

193

43

泊松比

0.188

0.35

篇9

本书共分为5章：1.简介，后4章是主题论文合集：1.前言，简要介绍金属及材料学会年会及成书的原因；2.复合材料的加工和设计，论题包括（1）10%铝基飞灰复合材料的形变特性在空间航空中的应用；（2）B4C在铝基复合材料中对机械性能和耐腐蚀性上的影响；（3）细菌纤维素对β相聚偏二氟乙烯的相稳定增强研究；（4）合成复合TaCTaB2粉末；3.复合材料的微观结构和相图表征，论题包括（1）激光沉积原位TiC增强镍基复合材料：微观结构和摩擦学性能研究；（2）挤压浸透法生产微石英增强铝合金金属基复合材料；（3）混合金属功能梯度复合材料的挤压浸透法技术生产和表征；（4）磁性记忆合金NiCo40+xAl30-x＼[X=0、3、6、10＼]的微观结构和机械性能；（5）金属基复合材料的定向凝固；4.材料的机械性能的发展，论题包括（1）一种高机械性能的金属纳米复合材料：NbTi纳米线和NiTi基复合材料的反常热膨胀； （2）复合材料数据融合无损检测技术对累计损伤进行定量；（3）计算预测玻璃态聚合物和热固塑料的机械性能；（4）多尺度表征SiC/SiC复合材料；（5）用于航空的铝基金属复合材料在加工中的断裂韧性和损伤力学研究；5.复合材料的界面和粘结，论题包括（1）连续纤维增强陶瓷铝基复合材料的多尺度建模；（2）冲击检测在评价复合材料层合板弱键中的发展；（3）用等离子体处理高分子纤维来增强织物复合材料层合板的机械性能；（4）1758K下钛铝合金对TiCx的润湿性研究；（5）用于汽车工业的金属聚合物金属三明治结构的成形极限图。

篇10

【中图分类号】TB33-4

复合材料是由两种或两种以上的物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料，与传统材料相比，复合材料具有许多优点，比如其成分及性能的可设计性高，由于加入了高性能的增强相，其强度和弹性模量很高，尤其是比强度远高于传统材料，另外还具有抗疲劳、断裂性能好、结构功能一体化等一系列优越性能，是其他材料难以替代的功能材料和结构材料，在国防、机械、化工、医疗等各领域有广泛的应用，是新技术革命赖以发展的重要物质基础。目前，复合材料已成为新材料研究领域的重要方向，对于材料科学的发展意义重大。正因如此，众多高校非常重视复合材料课程的开设，《复合材料》是材料学院材料科学与工程、金属材料、高分子材料等非复合材料专业本科生的专业选修课之一。根据复合材料涉及的分类，这门课程主要讲述复合材料增强体、复合材料的设计原理、聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等内容。通过学习，使学生了解复合材料的基本理论知识、分类及其应用前景，掌握材料所具有的使用性能，以及常见复合材料制备方法，以提高对于复合材料的设计、制造、性能及应用能力。但本课程的特点是内容繁杂，涉及了基体、增强体、复合原理、材料设计、成型方法及工艺、生产设备等内容，涵盖化学、物理、计算机、工程学等方面的基础课程。因此，在教学中普遍存在学生对所涉及的概念、理论不甚理解，导致厌学、重视不足现象，同时也存在教师很难将知识点一一阐述透彻，学生难以进行深入的学习等问题。另外，该课程多为陈述性内容，在授课过程中很容易陷入乏味的陈述之中，使得学生对本门课程无法提起兴趣。因此，针对以上题，本课程需要在教学过程中进行了改革，并分析复合材料学课程理论教学改革的方法和意义，以期为高等院校的相关课程和专业建设提供一定的参考。

1 授课内容改革

大学教育是创造性人才培养的摇篮，其专业选修课教学内容旨在开阔学生的视野，提高其创造创新能力，因此在教学中应该剔除陈旧的知识、固定的模式。《复合材料》这门课程的知识信息量比较大、直观性比较强，其内容涉及聚合物基复合材料、功能复合材料、陶瓷基复合材料、无机复合材料、金属基复合材料等诸多方面，但是在本科生培养计划改革中，该课程由原来的32学时压缩为16学时左右，在指定的教学时限内很难完成课程全部内容的教学。因此，需要对课程的内容进行进一步精简、合并，尽可能在体现其完整性的同时突出发展前沿的内容，教材也必须作整合化“手术”，在个性化的教材之中养成学科的风格与特色。例如，在我校材料科学专业主要是以金属材料为主，因此要重点学习金属基复合材料，在充分讲述了金属基复合材料的设计、制造、界面表征及性能分析后，要着重描述金属基复合材料的目前的研究及应用现状、发展方向以及存在的主要问题。而陶瓷基等复合材料则在介绍其总体理论后可以针对于某些发展方向进行延伸讲授，在完成大纲要求内容的同时，要突出重点和难点内容，使学生在明晰总体脉络的情况下，能够抓住主要方向，只有这样才能在较短的时间内达到较好的学习效果。

2 革新教学方法

前已述及，《复合材料》这门课的知识体系非常宽广、内容丰富、实用性较强，其内容归纳起来具有以下特点：一是课程内容包含的专业知识和门类非常多，并应用很多基础学科的知识来分析材料中的具体问题，有的内容非常具体而复杂，如复合材料的界面结合理论，有的内容则比较抽象而难懂，如材料的晶体结构和力学性能的微观机理等；二是同时具有很强的理论性与实践性，一方面有很多的理论分析与公式推导，在分析和推导的过程中要建立具体的物理模型，并结合材料内部的具体结构进行相应的处理；另一方面要应用基本理论和方法来分析、解释和处理材料方面的实际问题；三是该课程内容中包含大量抽象、复杂且不易理解的概念。如果使用传统的黑板加粉笔的教学方式，只能是学生得到一些感知的内容，无法使其得到直接的体验，显得枯燥无味呆板。好在现在各学校基本上都普及了多媒体教学，为了吸引学生在课堂上的注意力，提高学生们的学习兴趣，实现本课程教学的最终目标，需要在多媒体教学的基础上对教学手段进行相应的改革。可以从以下方面入手：

（1）在教学中把多媒体、影像资料、CAI 课件等现代化教学手段应用到在教学中，在课堂上用文字、图片、动画和视频以及声音等资料来进行教学活动，可以在有限的时间内提供给学生最大的知识信息量。

（2）采用授课―交流―讨论的流程，通过向学生讲解与授课内容相关的学术论文，让学生从科研的角度认识复合材料，同时了解复合材料发展的动态，并与其在各领域的应用结合起来。授课的同时积极与学生进行互动交流，共同探究论文中学术论点，必要时可以让学生自己查阅总结科研文献的观点，并进行分析评阅，进而提升自身综合实力。

（3）《复合材料》这门课程陈述性内容较多。如果采用“以教师为主体、以课堂为中心”传统的灌输式教育，会使课堂教学气氛呆板，使得学生的创造性思维受到严重束缚，既降低了学习效果，也忽视学习能力的培养、科研能力的培养。因此在教学过程中，除了对本门课程的难点和重点知识点进行详细讲解外，其他容易理解的内容，可以让学生先在老师的引导下自行阅读并完成读书报告，然后老师对其读书报告进行讲评，这种自学方式有利于培养学生的自学能力。

3 优化考核办法

课程考核是大学教学活动的重要环节，是对教师授课及学生学习效果的检验，对督促学生主动学习，引导和促进学生潜能、个性和创造性等的培养具有重要作用。《复合材料》课程涉及的领域广、范围大、知识点多，如果单纯以闭卷答题的方式进行考核，则会在一定程度上约束学生的思维，不利于考查学生的综合运用知识分析问题和解决问题的能力，无法全面评估学生对这门课程的掌握情况，因此，如何既能充分发挥学生的创造性，又能达到考核的目的，这是亟需解决的问题。《复合材料》是一门专业选修课程，期考核方式可以相对灵活一些，能够采用综合考核、灵活应试的办法，在研习传统考试模式的前提下，提高平时考核成绩的比重，在平时成绩的考核中，可以采用学生在课堂上发言和讨论、撰写读书笔记和科研报告等多种方法对学生进行综合考核，尤其是让学生撰写科研报告，报告中要求学生通过阅读相关专业书籍及国内外期刊，总结出复合材料最新研究进展、应用技术及发展趋势等内容，以此提高学生对所学知识的掌握，并使学生在考核过程中掌握了科研论文的查阅总结能力。将这几种考核方式相结合，可以促进学生在学习过程中积极主动地参与，避免平时不用心学习，考试时突击学习情况的发生。

4 结语

课堂上教师的“讲授”是为学生的“学习”作铺垫和服务的，讲授过程中教师应该是导演，是学生学习的引导者。因此，教师应该积极与学生互动，在此过程中，教师要大胆放手，让学生充分发挥主观能动性和创造性，想方设法激励和引导学生积极主动地去探究、去思考，并乐于实践；只有这样，才能实现“先学”的目标，才能把课堂的主动权真正还给学生，突出学生是课堂教学的主体地位。

总之，《复合材料》作为一门专业选修课程，其教学改革是一项系统的改革，要运用各种有效的教学手段，采取科学合理的综合考核形式，培养学生获取知识的能力、综合能力、创新能力、发现问题和解决问题能力以及养成良好的科学素养。

参考文献

[1] 王献彪.材料学专业本科生课程创新能力的探索[J].文学教育.2010，（7）：69；

[2] 王献彪，徐文总，刘瑾等.《复合材料》课程互动式教学的实践与探索[J].广州化工.2012，40（10）：174-175