《輕型結(jié)構(gòu)材料》PPT課件

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1、輕型結(jié)構(gòu)材料10應(yīng)化（1）班魏美秀、陳小霞、許文華2012-11-21分類鋁鋰合金纖維材料一、鋁鋰合金鋁鋰合金發(fā)展史：1.1825年丹麥的奧斯特以無水三氯化鋁與鉀汞齊作用，在蒸發(fā)去汞后得到金屬鋁。2.1854年德維爾用金屬鈉還原氯化鈉和氧化鋁的熔鹽，也能制得金屬鋁。3.1886年美國霍爾和法國埃魯分別發(fā)明的電解氧化鋁和冰晶石熔鹽的制鋁法。4.1983年在巴黎國際航空博覽會上，世界上兩家最大的鋁合金生產(chǎn)企業(yè)——英國阿爾康鋁業(yè)公司和美國阿爾考鋁業(yè)公司，同時宣布研制成功新的革命性材料——鋁鋰合金。專家們認(rèn)為，鋁鋰合金是從1943年發(fā)明鋁鋅系高強(qiáng)合金以來，鋁合金研究和開發(fā)的又一個里程碑。鋁鋰合

2、金的特點(diǎn)密度低比強(qiáng)度比剛度高耐熱性和抗應(yīng)力低溫性能好具有良好的耐腐蝕性能具有非常好的超塑性鋁鋰合金優(yōu)點(diǎn)鋰是世界上最輕的金屬元素。把鋰作為合金元素加到金屬鋁中，就形成了鋁鋰合金。加入鋰之后，可以降低合金的比重，增加剛度，同時仍然保持較高的強(qiáng)度、較好的抗腐蝕性和抗疲勞性以及適宜的延展性。因為這些特性，這種新型合金受到了航空、航天以及航海業(yè)的廣泛關(guān)注。正是由于這種合金的許多優(yōu)點(diǎn)，吸引著許多科學(xué)家對它進(jìn)行研究，鋁鋰合金的開發(fā)事業(yè)猶如雨后春筍般迅速發(fā)展起來了。新材料是航空航天技術(shù)的重要基礎(chǔ)，航空航天技術(shù)的發(fā)展又不斷對材料科學(xué)提出新的問題和要求。鋁鋰合金是近十幾年來航空金屬材料中發(fā)展最為迅速的一個

3、領(lǐng)域。鋁鋰合金是航空技術(shù)一種新材料鋁鋰合金的航空應(yīng)用Al-Li合金已經(jīng)在軍用飛機(jī)、民用客機(jī)和直升飛機(jī)上使用或試用，主要用于機(jī)身框架、襟翼翼肋，垂直安定面、整流罩、進(jìn)氣道唇口、艙門、燃油箱等等。早在20世紀(jì)50年代，美國就開發(fā)了x2020鋁鋰合金后來用來取代7075用于RA-SC預(yù)警機(jī)。美國一公司將C-155鋁鋰合金用于波音777和空中客車A330/340飛機(jī)的垂尾和平尾，該合金比普通鋁合金有更好的抗疲勞性能和高的強(qiáng)度。其中A330/340飛機(jī)每架使用Al-Li合金650kg，可使飛機(jī)減重達(dá)4250kg，可以提高有效載荷及降低燃料消耗。麥道公司的C-17運(yùn)輸機(jī)使用了鋁鋰合金板材和擠壓型材

4、制造貨艙的地板梁、襟翼副翼蒙皮等結(jié)構(gòu)，用量達(dá)2.8t，比用普通鋁合金減重208kg，法國幻影式戰(zhàn)斗機(jī)上也大量應(yīng)用鋁鋰合金，其成本低于熱固塑料和金屬基復(fù)合材料Al-Li合金在俄羅斯的航天業(yè)中也有很多的應(yīng)用。俄羅斯在1450合金基礎(chǔ)上添加0.20%的Sc元素研制出1460合金，有更優(yōu)良的性能，將其應(yīng)用于大型運(yùn)載火箭“能源號”的結(jié)構(gòu)件上。此外，還用在其它火箭、“暴風(fēng)雪”號航天飛機(jī)和空間站的結(jié)構(gòu)件上。二、纖維材料玻璃纖維碳纖維碳化硅纖維等其他無機(jī)纖維芳酰胺纖維金屬纖維晶須1玻璃纖維glass-fiber用玻璃制成的纖維，成分為二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化硼、氧化鎂、氧化鈉等。。玻璃纖維具有耐

5、高溫、不可燃、吸濕性小、抗拉強(qiáng)度高、伸長率小、電絕緣性能良好、不腐爛、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但性脆、耐磨性差。生產(chǎn)玻璃纖維的主要原料是石英砂、氧化鋁和葉蠟石、石灰石、白云石、硼酸、純堿、芒硝、螢石等。生產(chǎn)方法分為兩類，一類是將熔融玻璃直接制成纖維；另一類是將熔融玻璃先制成直徑20毫米的玻璃球或棒，再以多種方式加熱重熔后制成直徑3～8微米的纖維。玻璃纖維按形態(tài)和長度，可分為連續(xù)纖維、定長纖維和玻璃棉；按根據(jù)玻璃中堿含量的多少，可分為無堿、高堿、中堿等玻璃纖維。通過鉑合金板以機(jī)械拉絲方法拉制的無限長玻璃纖維，稱為連續(xù)玻璃纖維，通稱長纖維。通過輥筒或氣流制成的非連續(xù)玻璃纖維，稱為定長玻璃纖維，

6、通稱短纖維。借離心力或高速氣流制成的細(xì)、短、絮狀玻璃纖維，稱為玻璃棉。無堿玻璃纖維（氧化鈉0～2％，屬鋁硼硅酸鹽玻璃）、中堿玻璃纖維（氧化鈉8％～12％，屬含硼或不含硼的鈉鈣硅酸鹽玻璃）和高堿玻璃纖維（氧化鈉13％以上，屬鈉鈣硅酸鹽玻璃）。2碳纖維含碳量在90％以上的高強(qiáng)度高模量纖維，含碳量在99％以上的稱為石墨纖維。碳纖維具有元素碳的各種優(yōu)良性能，如比重小、耐熱性極好、熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱系數(shù)大、耐腐蝕性和導(dǎo)電性良好等。同時，它又具有纖維般的柔曲性，可進(jìn)行編織加工和纏繞成型。碳纖維最優(yōu)良的性能是比強(qiáng)度和比模量高，它和樹脂形成的復(fù)合材料的比強(qiáng)度和比模量比鋼和鋁合金還高3倍左右。碳纖維復(fù)合

7、材料應(yīng)用在宇宙飛船、導(dǎo)彈和飛機(jī)上，可以顯著減輕重量，提高有效載荷，改善性能，是航天工業(yè)的重要結(jié)構(gòu)材料。碳纖維中碳原子呈層狀結(jié)構(gòu)，它的制造過程就是從有機(jī)聚合物制成層狀結(jié)構(gòu)聚合物的過程。目前各國工業(yè)用的碳纖維原料有聚丙烯腈纖維、粘膠絲和瀝青纖維三種。聚丙烯腈基碳纖維性能好，炭化得率較高(50～60％)，因此以聚丙烯腈制造的碳纖維約占總碳纖維產(chǎn)量的95％。以粘膠絲為原料制碳纖維炭化得率只有20～30％，這種碳纖維堿金屬含量低，特別適宜作燒蝕材料。以瀝