工程导论论文

0复合材料工程导论论文姓名:袁芳芳学号:140400912班级:卓越复材1402-1-目录1.复合材料发展历史简介...................................................................-1-1.1古代复合材料发展状况........................................................-1-1.1.1中国古代复合材料发展状况.....................................-1-1.1.2外国古代复合材料发展状况.....................................-2-1.2现代复合材料........................................................................-2-1.2.1现代复合材料简介.....................................................-2-1.2.1常用树脂基复合材料的发展历史..............................-3-2.复合材料领域的热点.......................................................................-3-2.1先进复合材料........................................................................-3-2.1.1树脂基先进复合材料.................................................-4-2.1.2金属基先进复合材料.................................................-4-2.1.3碳/碳复合材料...........................................................-5-2.1.4陶瓷基先进复合材料.................................................-5-3.本专业的主要课程及个人的兴趣点...............................................-5-3.1本专业的主要课程................................................................-5-3.2个人的兴趣点........................................................................-6-4.致谢..................................................................................................-7-5.参考文献..........................................................................................-8--1-复合材料工程导论摘要：人类在远古时代就从实践中认识到，可以根据用途需要，组合两种或多种材料，利用性能优势互补，制成原始的复合材料。所以，复合材料既是一种新型材料，也是一种古老的材料。复合材料的发展历史，可以从用途、构成、功能，以及设计思想和发展研究等，大体上分为古代复合材料和现代复合材料两个阶段。复合材料(Compositematerials)，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。关键词：复合材料发展历程简介、复合材料领域热点、复合材料主要课程1.复合材料发展历史简介1.1古代复合材料发展状况1.1.1中国古代复合材料发展状况古代复合材料在西安东郊半坡村仰韶文化遗址，发现早在公元前2000年以前，古代人已经用草茎增强土坯作住房墙体材料。中国沿用至今的漆器是用漆作基体，麻绒或丝绢织物作增强体的复合材料，这种漆器早在7000年前的新石器时代即有萌芽。1957年江苏吴江梅堰遗址出土有油漆彩绘陶器，1978年浙江余姚河姆渡遗址出土的朱漆木碗，就是两件最早的漆器实物。史料记载，距今4000多年的尧舜夏禹时期已发明漆器，用作食品和祭品。湖南长沙马王堆汉墓出土的漆器鼎壶、盆具和茶几等，用漆作胶粘剂，丝麻作增强体。在湖北随县出土的2000-2-多年前曾侯乙墓葬中，发现有用于车战的长达3米多的戈戟和受，用木芯外包纵向竹丝，以漆作胶粘剂，丝线环向缠绕，其设计思想与近代复合材料相仿。1000多年以前，中国已用木料和牛角制弓，可在战车上放射。至元代，蒙古弓用木材芯子，受拉面贴单向纤维，受压面粘牛角片，丝线缠绕，漆作胶粘，弓轻巧有力，是古代复合材料中制造水平高超的夹层结构。在金属基复合材料方面，中国也有高超的技艺。如越王剑，是金属包层复合材料制品，不仅光亮锋利，而且韧性和耐蚀性优异，埋藏在潮湿环境中几千年，出土后依然寒光夺目，锋利无比。1.1.2外国古代复合材料发展状况5000年以前，中东地区用芦苇增强沥青造船。古埃及墓葬出土，发现有用名贵紫檀木在普通木材上装饰贴面的棺撑家具。古埃及修建金字塔，用石灰、火山灰等作粘合剂，混和砂石等作砌料，这是最早最原始的颗粒增强复合材料。但是，上述辉煌的历史遗产，只是人类在与自然界的斗争实践中不断改进而取得的，同时都是取材于天然材料，对复合材料还是处于不自觉的感性认识阶段。1.2现代复合材料现代复合材料20世纪40年代，玻璃纤维和合成树脂大量商品化生产以后，纤维复合材料发展成为具有工程意义的材料，同时相应地开展了与之有关的研究设计工作。这可以认为是现代复合材料的开始，也是对复合材料进入理性认识阶段。1.2.1现代复合材料简介早期发展出的现代复合材料，由于性能相对较低，生产量大，使用面广，被称之为常用复合材料。后来随着高技术发展的需要，在此基础上又发展出性能高的先进复合材料。常用树脂基复合材料第一次世界大战前，用胶粘剂将云母片热压制成人造云母板。20世纪初市场上有虫胶漆片与纸复合制成的层压板出售。但真正的纤维增强塑料工业，是在用合成树脂代替天然树脂、用人造纤维代替天然纤-3-维以后才发展起来的。公元前，排尼基人在火山口附近发现玻璃纤维。1841年英国人制成玻璃纤维拉丝机。第一次世界大战期间，德国人拖动脚踏车轮拉拔玻璃纤维丝。20世纪30年代，美国发明用铂柑涡生产连续玻璃纤维的技术，从此在世界范围内大规模生产玻璃纤维，以其增强塑料制成复合材料。至60年代，在技术上臻于成熟，在许多领域开始取代金属材料。1.2.1常用树脂基复合材料的发展历史常用树脂基复合材料的发展历史，可按制成年份排列如下:1910年酚醛树脂复合材料1928年脉醛树脂复合材料1938年三聚氛胺甲醛复合材料1942年聚酷树脂复合材料1946年环氧树脂复合材料、玻璃纤维增强尼龙1951年玻璃纤维增强聚苯乙烯1956年酚醛石棉耐磨复合材料2.复合材料领域的热点2.1先进复合材料先进复合材料随着航天航空技术的发展，对结构材料要求比强度、比模量、韧性、耐热、抗环境能力和加工性能都好。针对各种不同需求，出现了高性能树脂基先进复合材料，标志在性能上区别于一般低性能的常用树脂基复合材料。以后又陆-4-续出现金属基和陶瓷基先进复合材料。对结构用先进复合材料，除英国外，各技术发达国家均提出研制开发目标。如日本通商产业省制定的下一代材料工业基础发展计划(1981一1988)对复合材料提出的要求:树脂基复合材料的耐热性不低于250℃，拉伸强度达到2.5GPa以上;金属基复合材料的耐热性不低于45℃，拉伸强度达到1.5GPa以上。2.1.1树脂基先进复合材料树脂基先进复合材料:经60年代末期试用，树脂基高性能复合材料已用于制造军用和民用飞机的承力结构，近年来又逐步进入其他工业领域。其增强体纤维有破纤维、芳纶，或两者混杂使用;树脂基体主要是固化体系为120℃或175℃的环氧树脂，还有少量聚酞亚胺树脂，以适应耐热性高达250”C的要求。几种树脂基先进复合材料的制成年份依次排列如下:1964年碳纤维增强树脂基复合材料1965年硼纤维增强树脂基复合材料1969年碳/玻璃混杂纤维增强树脂基复合材料1970年碳/芳纶混杂纤维增强树脂基复合材料2.1.2金属基先进复合材料金属基先进复合材料:70年代末期发展出来用高强度、高模量的耐热纤维与金属复合，特别是与轻金属复合而成金属基复合材料，克服了树脂基复合材料耐热性差和不导电、导热性低等不足。金属基复合材料由于金属基体的良导电和导热性，加上纤维增强体不仅提高了材料的强度和模量，而且降低了密度。此外，这种材料还具有耐疲劳、耐磨耗、高阻尼、不吸潮、不放气和低膨胀系数等特点，已经广泛用于航天航空等尖端技术领域作为理想的结构材料。金属基复合材料有纤维-5-和颗粒增强两大类。纤维(包括连续纤维、短纤维和晶须)增强金属基复合材料的综合性能较好，但工艺复杂，成本高。颗粒增强金属基复合材料可以用一般的金属加工工艺和设备生产各种型材，已经规模生产。2.1.3碳/碳复合材料碳/碳复合材料:60年代用碳纤维或石墨纤维作为增强体，以可碳化或石墨化的树脂浸渍，或用化学气相沉积碳作为基体，制成碳/碳复合材料。70年代初，主要用以制造导弹尖锥、发动机喷管，以及航天飞机机翼的前缘部件等。这种材料能在高温(可达2700℃)下仍保持其强度、模量、耐烧蚀性。现在还设法拓宽民用领域。2.1.4陶瓷基先进复合材料陶瓷基先进复合材料:80年代开始逐渐发展陶瓷基复合材料，采用纤维补强陶瓷基体以提高韧性。主要目标是希望用以制造燃气涡轮叶片和其他耐热部件，但仍在发展中。3.本专业的主要课程及个人的兴趣点3.1本专业的主要课程高分子化学、高分子物理、材料科学与工程基础、材料研究方法和测试技术、复合材料学、复合材料制品成型工艺与设备、复合材料结构设计基础、高分子材料成型原理、纺织结构复合材料、材料表面与界面等。工程设计制图课程设计，工程训练，大学物理实验，无机化学、有机化学、分析化学、物理化学四大基础化学实验，材料科学实验，复合材料物理化学实验，复合材料大型工艺实验，生产实习，毕业实习，毕业设计（论文）等。-6-3.2个人的兴趣点我对复合材料中碳纤维这一块比较感兴趣。碳纤维与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成的结构材料简称碳纤维复合材料。在复合材料大家族中，纤维增强材料一直是人们关注的焦点。自玻璃纤维与有机树脂复合的玻璃钢问世以来，碳纤维、陶瓷纤维以及硼纤维增强的复合材料相继研制成功，性能不断得到改进，使其复合材料领域呈现出一派勃勃生机。接下来我想向大家简单的介绍一下我所了解的碳纤维。碳纤维的结构：碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度。碳纤维是由含碳量较高，在热处理过程中不熔融的人造化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为23000~43000Mpa亦高于钢。因此CFRP的比强