复合材料

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复合材料范文第1篇

【关键词】 复合材料损伤 复合材料检查 复合材料修理

1 火车复合材料

1.1 应用种类

火车复合材料结构通常被称为"纤维增强塑料"。这是因为它使用高强度的纤维增强材料，嵌入在一种树脂基体里，以层或层片的形式叠加起来，形成层板。然后使用一种精确控制的加压加热工艺把该层板固化为一种非常坚固和坚硬的结构。组成火车复合材料的组元有纤维增强材料，基体和界面层。

1.2 火车复合材料防火地板

火车复合材料防火地板的构造为夹层结构，其上蒙皮为耐磨、高强、防滑、防水的高性能复合材料；下蒙皮为高强度、耐水、防火复合材料；中间夹芯层为轻质、保温、隔热隔音材料。

高性能火车防火复合地板的特点如下：①轻质高强。复合材料火车地板的质量为l0kg/m2左右。强度高。地板的承载能力为5kN/m2；还可以设计更高承载能力的地板。②防火性好。复合地板蒙皮为不燃材料.发生车祸后地板不会起火、使用安全。③耐水性好。地板耐水洗、浸水不变形、不分层。浸水3个月后，强度仍能保留80%～90%。

高性能无机复合材料火车地板，克服了木地板资源缺乏和不防火的缺陷；也克服了PVC地板强度不高、冷脆及不防火的缺点，是火车改进中的第三代地板材料，实用价值很高，市场也很大。

2 火车复合材料防火地板的损伤

（1）复合材料基体树脂裂纹损伤。火车复合材料防火地板在承受拉伸载荷或交变载荷时，我们首先能在火车复合材料防火地板偏轴层内观察到基体裂纹。例如，[0/90/±45]s层合板90°铺层中的裂纹比[0/±45/90]s层合板90°铺层中的裂纹多。所有火车复合材料防火地板偏轴层的裂纹加在一起，有60%～90%的裂纹产生在20%疲劳寿命以前。（2）复合材料撞击损伤。火车复合材料防火地板耐撞击的性能较差。常会因受到外来物撞击而产生损伤。当撞击能量低于某个水平时，虽然目视不能觉察到损伤，这种损伤可能导致强度显著降低。复合材料结构在使用过程中，可能会因受到撞击而产生各式各样的损伤，可分为硬物体撞击和软物体撞击损伤。（3）复合材料层间分层损伤。火车复合材料防火地板的铺层顺序将决定在自由边缘处产生的层间法向应力是拉应力还是压应力。例如，[30/90]s层合板在拉伸载荷作用下，自由边缘处产生的层间法向应力是拉应力，而在压缩载荷作用下所产生的是压应力。

3 复合材料损伤的修理

3.1 复合材料修理设备

在火车复合材料防火地板结构修理固化过程中，需要对修理部位进行加温；在修理中可以设定一个指示最高温度的热电偶来控制修理固化周期，热补仪在修理固化周期中可以监控真空袋中的真空水平，如果真空袋出现异常，热补仪会发出报警。

3.2 复合材料修理辅助材料

辅助材料是火车复合材料防火地板修理完后它并不成为修理部件的一部分。辅助材料指的是在修理过程中被用来辅助固化工艺或帮助固化达到正确的纤维-树脂比率的材料。

辅助材料有：分离膜/织布、吸胶材料和透气棉、真空袋膜、做真空袋的密封胶带等。这些材料有不同的成分、厚度和温度范围可供选择。

3.3 复合材料修理材料

（1）树脂材料：树脂用于浸渍纤维织物，树脂是双组分环氧树脂系列。在两组分混合使用前，各组分可以在室温下保存。（2）纤维织物：纤维织物（纤维织物和纤维单向带）是湿铺层修理的铺层材料。湿铺层修理由用户采用纤维织物浸涂树脂进行的铺层修理。

参考文献：

[1]田秀云，杜洪增等.复合材料结构机维修，中国民航出版社，1996.

[2]David L.Brewer.An Introduction to Advanced Composite Structures Repair.Aircraft Maintenance Technology，2000.

复合材料范文第2篇

复合材料必须由两种或两种以上化学、物理性质不同的材料组分，以所设计的形式、比例、分布组合而成，且各组分之间有明显的界面存在。

普通玻璃的组成只有一种材料，所以不是复合材料。但是，防辐射镀膜玻璃、加铅玻璃等是复合材料，因为这些玻璃由普通玻璃与其它材料组合而成，并且满足复合材料构成的条件。

（来源：文章屋网 ）

复合材料范文第3篇

1.1双体复合材料双体复合材料可以通过工业处理将纳米粒子均匀的分散到二维薄膜材料中，粒子在弥散过程中会产生均匀或不均匀两种分布状态，这两种分布状态的复合结构都具有一定的稳定性。均匀和非均匀弥散状态的薄膜基体表现出的层状结构具有明显的差异性，纳米粒子分散混乱的材料的构成层级种类很多，分散有序、均匀的材料层级种类较少。1.2　多体复合材料多体复合材料可以通过工业处理将纳米粒子均匀的分散到三维固体中，纳米粒子会通过外力作用，深入固体组织结构，改变其分子集团的分布情况，进而影响三维固体的物理性能和化学性能。多体复合材料的应用前景非常好，是当今纳米材料科研工作者研究的重点问题。

2纳米复合材料发展趋势分析

2.1纳米复合涂层材料纳米复合涂层材料的化学性质稳定，并且柔韧性好、硬度高、耐腐蚀性强，在工程材料表面涂抹这种防护材料不仅可以防止工程材料的破损，还能增加工程材料的防护功能。随着现代工业技术的发展，复合涂层材料得到了显著发展，单一纳米结构逐渐转变为多层纳米结构。美国著名纳米工程材料研究专家普修斯于2012年成功研制出了复合涂层纳米材料，这类纳米材料的抗氧化性能非常好，可以在高温条件下保持不褪色、不热化。对其材料进行强度检测可发现，该材料的涂层硬度高达20.SGpa，是碳钢强度的35倍。具体工艺流程如下：首先，用激光蒸发法去除钢表面的纳米结构，将金刚石纳米粒子涂抹在钢表面；之后，重复上述工艺步骤，在钢表面上涂抹两层金刚石纳米粒子；最后，在高温条件下对钢表面材料进行挤压复合。经过多次挤压，纳米复合涂层材料就此形成，经过加工，钢材料的硬度提高了23.4倍。2.2　高力学性能材料高力学性能是突出材料的强度、硬度等物理性能，工程材料经过力学改性之后，其物理性质会发生翻天覆地的变化。对原始材料进行改性实验虽然在一定程度可以提高材料的某些力学性能，但这种性能的提升具有很强的局限性，并不能真实的体现出材料的力学极限。经过纳米复合材料改性，高力学性能材料得到了非常显著的研究成果。高力学性能材料发展趋势，主要表现在以下几个方面：（1）高强度合金。采用晶化法可以大大提升纳米复合合金材料的力学性能，对金属进行纳米复合实验，可以将材料转变成复合型纳米金属，如将铝进行纳米复合实验，铝会转化为过度族金属，这种金属结构的延展性和强度非常高。（2）陶瓷增韧。纳米粒径很小，所以纳米粒子很容易就可渗透到细小分子结构中，粘合关联性并不紧密的各分子基团。在陶瓷增韧领域纳米复合材料起到了很好的促进作用，在碳化硅粉末中加入粒径为10μm的碳化硅粗粉，在高温高压条件下进行合成，合成之后碳化硅的物理性质会发生很大的改变，煅烧后的陶瓷材料的柔韧性明显增强了，断裂韧性提高了34.23%。2.3　高分子基纳米复合材料高分子材料近几年在我国工业领域应用十分广泛，高分子材料的物理性能稳定且可塑性好，所以在装饰行业中的发展前景非常广阔。采用纳米复合方式结合高分子基是我国纳米工程材料正在研究探讨的重要课题，目前我国科研专家已初步完成了部分高分子基纳米复合材料的研制工作。具体表现在：将铁和铜粉末按照4:5的比例进行研磨，研磨均匀后用高粒子显微仪器提取铁铜合金粉体，通过显微镜观察可知这种粉体的晶体结构稳定，晶粒间的距离很短。这种粉体和环氧树脂基团进行复合实验可以研制出高强度的金刚石材料，并且其材料还具有很强的静电屏蔽性能。2.4　磁性材料磁性材料是我国工业材料中研究难度最大的课题之一，因为磁性材料的电磁环境不好判断，所以在应用时经常会遇到复合材料因磁性过大导致使用。随着纳米复合材料的研发和投入使用，磁性材料将进入全新的发展阶段。人们在颗粒膜中发现了巨磁阻效应，纳米粒子在空间流动会被周围磁场带入顺磁基体当中，空间中的铜、铁、镍等磁性粒子都会附着在纳米粒子上。经过金属粒子和纳米粒子的复合，颗粒膜材料不仅会拥有强大的电磁感应，还会具有较高的耐热性能。2.5光学材料传统光学材料的综合应用能力很差，其材料的物理性能大多只能满足导电性和导热性，其硬度和稳定性都很差。纳米复合材料诞生之后，人们逐渐找到了纳米粒子的发光原理。不发光的工程材料当减小到纳米粒子大小时，其粒子周围会因光色折射产生一定的光。在可见光范围内这些粒子会不断产生新的光，虽然这些材料的纳米粒子发出的光并不明显，且稳定度也很差，但是科研专家可以从这方面入手，研究纳米复合材料的发光性能。将具有代表性的工程材料作为可发光体，并对其分子结构转化为纳米粒子大小的发光体系，探讨如何提高其发光强度、完善其结构发光性能。由此可见，纳米复合很可能为开拓新型发光材料提供了一个途径。纳米材料的光吸收和微波吸收的特性也是未来光吸收材料和微波吸收材料设计的一个重要依据。

3结语

复合材料范文第4篇

关键词：碳纤维；复合材料；应用

0 前言

碳纤维复合材料自20世纪50年代面世以来，以其独特的性能，主要用于火箭、航天、航空等尖端科学技术，随着碳纤维复合材料性能的不断完善和提高，目前在土木工程、航空航天、石油化工、交通运输、体育产品等领域得到广泛应用。

1 碳纤维复合材料的性能

碳纤维是由碳元素组成的特种纤维，其含碳量一般在90%以上。碳纤维材料有其独特的性能，包括：强度高，是钢铁的5倍；耐热性好，可以承受2000℃以上的高温；密度小，是钢铁的1/5；热膨胀系数低，在温差变化较大的情况下，变形量较低；抗热冲击性能也很好；耐腐蚀性能好，能耐硫酸等强酸的腐蚀；抗拉强度好，能达到钢的7～9倍。

2 碳纤维复合材料的应用

2.1 土木建筑领域的应用

水泥在土木建材领域中用量最大，但水泥也有诸如脆性大、抗拉强度低等缺点，而现在用混凝土或水泥做基体制成的碳纤维增强复合材料，克服了水泥强度低、在混凝土中易开裂、易受到氯盐、硫酸盐等侵蚀的缺点，在冬季及寒冷地区有很大的应用空间。在大型建筑中，钢筋的使用量相当惊人，国家体育场“鸟巢”的钢筋绑扎量达到5.2万吨，施工量大，运输、安装费时费力，如果采用自身较轻的碳纤维，可以大大降低建筑结构的重量，方便施工，减少安装时间，降低施工周期[1]。用碳纤维和树脂制成的碳纤维复合材料片，拉伸模量高、拉伸强度大，广泛应用于加固受损的钢筋混凝土结构物[2]，用在石油平台上可使石油平台壁的耐冲击性能大大增强。

2.2 航空航天领域的应用

航空工业最早大量采用碳纤维复合材料。在航空工业中，飞行器的质量轻，就意味着油耗的降低，速度的加快，碳纤维强度高、密度低、变形量低的特点决定了碳纤维是理想的航空材料。美国波音公司的787飞机，机体大量采用碳纤维材料，质量比传统的铝合金机体减轻近20%，耗油量大大降低，碳排放量每年可减少2700吨，被誉为“绿色客机”。欧洲空客公司A380客机上的机舱内壁板、后机身蒙皮、水平安定面等都由碳纤维复合材料制成。美国的“超级大黄蜂”战斗机、法国的“阵风”战斗机、欧洲的“台风”战斗机都大量使用碳纤维复合材料。碳纤维复合材料在航空工业上有着巨大的应用潜力[3]。

碳纤维复合材料可以减轻火箭和导弹的重量，加大火箭和导弹的射程，提高落点的精度[4]。美国的战斧式巡航导弹和三叉戟-2型导弹的发动机壳体采用的就是碳纤维复合材料。我国早在上世纪八十年代就在某型海防导弹上成功采用了碳纤维复合材料，使导弹的射程增大。“天宫一号”上的相机支架组件就是采用了由哈尔滨玻璃钢研究院研制的碳纤维复合材料。人造卫星展开式太阳能电池板也多采用碳纤维复合材料制作。目前碳纤维复合材料作为结构隐身材料也已经得到了某些应用[5]。

2.3 石油工业的应用

美国经过多年的努力，在20世纪90年代初研制成功了碳纤维复合材料连续抽油杆，试验结果表明: 碳纤维复合材料连续抽油杆克服了普通钢抽油杆质量大、能耗高、失效次数多、活塞效应大、作业速度慢、易磨损的缺点，是一种很有发展前途的特种抽油杆[6]。近来亚洲第一大石油公司中国石油天然气股份有限公司计划大力发展碳纤维产业,拓宽碳纤维复合材料的应用领域,不断向高端市场延伸，特别是海上钻井平台,目前每个平台要使用钢材8万吨,如果改用复合材料,则每个平台仅消耗1.3万吨的碳纤维复合材料。深海油气田将是碳纤维复合材料发挥作用的重要领域。

2.4 汽车工业、高速列车及体育用品中的应用

碳纤维扩大应用的最大希望在于在汽车工业的应用。在汽车车身、零部件中使用碳纤维复合材料，不但可以降低汽车的重量，而且可以更加经济环保，降低油耗。洛克希德马丁能源研究所（Lockheed martin Energy Research）的瓦伦（David Warren）统计过，如果每一辆北美的汽车用2.2kg碳纤维，那北美1800万辆小车的碳纤维总量就超过当前全球大丝束碳纤维总生产能力的4倍[7]。美国通用汽车公司和帝人公司日前宣布将联合研制应用在汽车上的先进碳纤维复合材料。碳纤维复合材料刹车片主要用于高速列车，是碳纤维复合材料的又一重要应用。日本、法国已经成功地将碳纤维复合材料刹车片应用于新干线和TGV高速列车制动，德国Knoor Bremse公司也研制出了高速列车用碳纤维复合材料盘型制动器。随着我国高速列车的飞速发展，碳纤维复合材料刹车片有着广阔的发展空间。碳纤维复合材料在运动器材中也得到了广泛应用。包括高尔夫球杆、网球拍、滑雪板、钓鱼竿、自行车架、冰球拍、船桨、赛艇等，都已经形成了成熟的市场。

3 结语

目前我国碳纤维复合材料发展迅速，在大飞机、高速列车等项目上都有着巨大的需求，但我国碳纤维复合材料的发展与发达国家相比还有很大差距，碳纤维复合材料还需要大量进口，在碳纤维的低成本上和复合材料成型技术上我们还要花很大的力气。

参考文献：

[1] 高鑫.碳纤维在土木建筑中的应用[J].建材工业信息，2004，No5，40~41.

[2] 赵稼祥.2002世界碳纤维前景[J].高科技纤维与应用，2002，Dec，Val.27，No6，7~9.

[3] 赵稼祥.碳纤维复合材料在民用航空上的应用[J].高科技纤维与应用，2003，Jun，Vol.28，No3，33~35.

[4] 韩冰,陈平.碳纤维复合材料火箭发动机壳体用韧性环氧树脂基体的研究.复合材料学报，2002，Apr, Vol.19，No2，25~27.

[5] 袁健.碳纤维复合材料天线反射面研制[J].火控雷达技术，2003，Sep，Val.32，44~46.

复合材料范文第5篇

关键词：输电线路 杆塔 复合材料

0引言

目前，作为我国电力大动脉的输电线路基本上都是沿用传统铁塔配合钢制横担悬挂绝缘子串的方式运行。随着电力工业的发展，输电线路的电压等级不断提高，为满足绝缘需求，传统横担必须配置很长的绝缘子串。在恶劣天气下，经常出线风偏闪络、雷电闪络、覆冰闪络、污秽闪络等事故，严重威胁电网的安全运行。同时由于串长增加、横担加长，导致杆塔高度、宽度也增加，不断提高拆迁费用，且耗费大量土地资源。此外，传统杆塔均为导电材料，由高压产生的电感应及对地短路等问题，使大量电能消耗损失。

为降低输电线路工程投资成本、节约土地资源，以及为消除多种闪络对电网安全运行造成的影响、最大程度减少电能损耗，国家电网公司高瞻远瞩，适时提出了研究复合材料杆塔的科学方案，以使其能尽早进入实际应用阶段。

为确保复合材料杆塔应用研究工作的顺利开展，根据国家电网公司关于开展复合材料杆塔应用研究工作的相关要求和江苏省电力公司“复合材料杆塔应用研究工作启动会议”精神，拟定选取连云港“220kV茅蔷线（7＃-17＃）改造”工程作为本次复合材料杆塔试点工程。该项目设计由江苏省电力设计院和连云港电力设计院共同研究完成，复合杆塔的生产由常熟铁塔厂和南通神马电力两公司分别完成。

通过该试点工程的实施，近期实现导线横担采用复合材料的目标，远期通过进一步研究，以实现完全采用复合材料制造杆塔的目标。

1 工程概况

本次选取的工程为220kV茅蔷2W15线（7＃-17＃）改造工程。原线路建设于1985年，采用混凝土电杆，导线为双分裂2×LGJQ-300/25型轻型钢芯铝绞线，地线为两根GJ-50型镀锌钢绞线，单回架设。该线路至今已运行20余年，混凝土电杆横向裂纹严重。根据任务书及初步设计审查意见，本次改造仍采用原导线，更换原地线，且对改造范围内的杆塔（含基础）和绝缘子、金具等进行更换，改造部分全部采用双回自立塔（单侧挂线）。

本次对220kV茅蔷2W15线7＃-17＃段沿原路径通道进行改造，本工程采用传统角钢塔共8基，采用复合材料杆塔2基（直线），线路路径长约3.08km；将原7＃-17＃段的两根GJ-50地线分别更换为24芯OPGW145光纤复合架空地线和JLB40-150分流地线。

本线路改造段均位于沿海城市连云港市西郊，沿线地区为平原,地势较平坦,地面高程一般在2.7-3.8米（1985国家高程基准），全线水、旱两用田约占85%,河网约占5%,其余占10%,沿线地区地表以下约1m范围内为耕植土,耕植土以下为约8米深的海淤泥，淤泥以下为可塑粘土，地下水埋深约1m。沿线设计基本地震动加速度值为0.10g，抗震设防烈度为7度。

2 复合杆塔设计情况

2.1 杆塔规划

参照常熟铁塔厂和南通神马电力两公司的绝缘横担制造工艺，本次规划设计2种杆型，设计条件如下：

表1 塔型规划条件一览表

该杆塔主杆及地线横担均采用传统钢制型式，导线横担采用新型复合材料（玻璃纤维增强树脂和硅橡胶等复合材料）制造。

2.2 气象条件

气象条件根据江苏省电力公司标准化设计及本线路所在地区的设计情况综合后选取，如下：

表2 输电线路设计气象条件

注：基本风速对地高度10m。冰密度0.9g/cm3.

2.3 导、地线条件

导线采用2×LGJ-400/35双分裂钢芯铝绞线，地线采用两根JLB40-150铝包钢绞线，杆塔荷载计算时导、地线的设计安全系数分别取6和6.8。

表3 导、地线型号及张力

表4 使用条件

表5 导、地线主要技术参数表

2.4 荷载情况

断线张力或双分裂导线的纵向不平衡张力（最大使用张力的百分数）：直线塔双分裂导线为25%，地线为100%。

除一般正常运行、断线、覆冰和安装工况外，明确以下组合：

直线塔可作锚线塔；

地线按两倍起吊荷载计算，导线按1.5倍起吊荷载计算；

双回路塔导线考虑一侧架线，另一侧不架线的工况，故双回路塔地线需一次架设完成。

表6 导线横担挂点荷载

X: 水平方向，即沿横担方向

Y：顺线路方向，即垂直横担方向

Z：垂直横担向下方向

2.5 塔头布置

220kV双地线双回路塔采用三层横担鼓形布置方式，每个回路的导线垂直排列。

水平偏移：根据《110～750kV架空输电线路设计规范》（国标报批稿），220kV线路在设计冰厚10mm地区上下层相临导线间或地线与相邻导线间的水平偏移为1.0m，设计冰厚5mm地区可根据运行经验较设计冰厚10mm地区适当减少，本次设计取0.5m。

导、地线配合：在气温15℃、无风工况下，档距中央导、地线之间距离S满足S≥0.012L（档距，m）＋1。

上、下导线横担长度3米，中相导线横担长度3.5米，地线横担长度3.5米。

上、中导线横担及中、下导线横担垂直间距5.5米，上导线横担与地线横担垂直间距2.5米。

塔头布置见图1。

2.6 间隙圆

绘制直线塔间隙圆图原则如下：

绘制间隙圆图时，绝缘子串长度按子导线垂直排列设计，不同塔型对应不同的悬垂绝缘子串长，具体串长见有关间隙圆图。采用重量较轻的合成绝缘子计算各工况下的摇摆角，分别按上、中、下导线和第一带电金具检查塔头的电气间隙。

悬垂串进行风偏计算时，根据《110～750kV架空输电线路设计规范》（国标报批稿），风压不均匀系数α随水平档距变化取值见表7。

表7 风压不均匀系数α随水平档距变化取值

绘制间隙圆时，按直线塔规划水平档距的80%取α值。

计算导线风偏角时，按不同塔型所选取的风压档距为基准分别计算上、中及下相的风压高度系数。

间隙圆图见图1。

图1塔头布置及间隙圆

2.7 联塔金具

直线塔导线横担按单挂点设计，联塔金具采用U-10型挂环，如图2。

2.8 绝缘配置

2.8.1 配置原则

依照《110～750kV架空输电线路设计规范》（国标报批稿）进行绝缘设计，使线路能在工频电图2复合横担用悬垂金具串

压、操作过电压和雷电过电压等各种情况下安全可靠地运行。本次防污设计按e1级污秽区（爬电比距≥32mm/kV，按标称额定电压计算，爬电距离不小于7040mm）设计。

根据绝缘横担的特点，本次绝缘配置采用复合材料的绝缘横担加合成绝缘子的设计方案。

根据常熟铁塔厂的制造工艺，复合材料绝缘横担截面为圆形，导线横担最小长度为3000mm，为了满足爬距7040mm的要求，合成绝缘子的爬电距离不小于4040mm。

根据神马电力公司的制造工艺，复合材料绝缘横担截面为圆形，外包硅橡胶伞裙，导线横担最小长度为3000mm，横担的爬电距离可以达到大于3000mm的数值，为了满足爬距7040mm的要求，合成绝缘子的爬电距离可以取不小于4040mm。

2.8.2 空气间隙

根据《110～750kV架空输电线路设计规范》（国标报批稿），为提高双回路塔防雷性能，本次设计中雷电过电压间隙按下表取值，空气间隙见下表。

表8 空气间隙表

注：规程规定一般不宜因考虑带电作业而增大塔头尺寸。

表9 雷电过电压下的空气间隙值选择表

注：上表中瓷绝缘子后括号内的数值表示单片瓷绝缘子的结构高度。

2.8.3 防雷保护角

220kV双地线双回路塔地线对边导线的保护角按不大于0°设计。

3 结论

目前，作为国家电网公司“两型三新”的示范工程――连云港220kV茅蔷线改造工程已经顺利竣工投运。该线路共采用了两基复合材料横担钢管杆，分别由常熟铁塔厂和南通神马电力公司按照不同的生产工艺制造完成。该线路成为国内首条应用了绝缘复合材料的高压线路，开创了电力材料应用新的里程碑。新型杆塔横担采用玻璃纤维增强树脂和硅橡胶等复合材料，具有优秀的防污、憎水等特性，而且重量较传统钢制横担大为减轻，从而使输电线路建设达到节省投资成本、节约土地资源、减少电能损耗等目的，并使得电力抢修更加快捷。

本次仅在杆塔横担上应用了复合材料，随着该试验线路的运行，将不断接受各种气象条件的实际检验，给设计和运行维护积累宝贵的经验。未来将逐步实现整基杆塔（包括导地线横担、杆身等）全部采用复合材料制造的目标。整基杆塔复合化后，其良好的绝缘性能可以进一步节约投资成本和土地资源，消除多种闪络危害，大大提高抢修效率；而且基本消除高压产生的电感应和对地短路等问题，输送电压损失大为降低，从而大大提高输电效能。当然，在杆塔全部复合化的过程中还存在一些技术问题需要解决，诸如复合杆塔避雷线接地的问题等，有待广大电力工作者共同研究和探讨。

参考文献：

[1] 张殿生等，电力工程高压送电线路设计手册（第二版）, 2002.

[2] 110～750kV架空输电线路设计规范（国标报批稿）

[3] DL/T 5130-2001，架空送电线路钢管杆设计技术规定

[4] Q/GDW-10-J427-2009，江苏省输变电工程标准化设计图集 220kV输电线路杆塔施工图（2009年版）

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复合材料范文第6篇

关键词： TiC；复合材料；

中图分类号： TU5 文献标识码： A 文章编号：

1.引言

材料、信息、能源、生物是21世纪快速发展具有革命性的行业,其中各种特性的材料在日常生活及高技术行业中已经广泛应用,因此研发制备各种性能优异的材料是当今材料科技发展的关键。TiC粉末由于具有耐高温、耐磨、耐腐蚀、高强度、高硬度、导热导电等性能而被广泛应用于制作陶瓷、切削刀具、耐磨耐火材料、航空和冶金等领域。目前探索一种高效节能方法制备得到纯度高、粒度分布均匀、颗粒团聚小、接近化学计量的TiC粉末是国内外广大材料研究者关注的焦点。TiC具有NaCl型立方晶系结构,晶胞参数是0.4327nm,空间群为Fm3m,在晶格位置上碳原子与钛原子是等价的。碳化钛是无机材料中应用比较早的一种增强颗粒。目前，文献中报导较多的是利用原位生成的TiC作为增强相，制备成钛基、铜基、铝基、镍基、铁基和钨基等复合材料。

2.TiC颗粒的制备方法

碳化钛粉体的制备方法有很多种，而且每种方法合成的TiC粉末的粒度、分布、形态、团聚状况、纯度及化学计量比均有所异。

（1）碳热还原法最常用的合成TiC方法为碳热还原法。一般采用TiO2与碳黑在高温下发生反应来制备TiC。其具体化学反应方程式如下：

2TiO2+C=Ti2O3+CO ，Ti2O3+C=2TiO+CO ，TiO+CO=TIC+O2

从工业角度看以TiO2为原料可适当降低生产成本, 此反应必须在高温 (1800～2000℃)进行，而所需时间也较长 ( 10～24h)。此法在多余的碳黑烧掉后TiC有可能被重新氧化, 所以使制备高质量TiC的难度加大 。

（2）镁热还原法镁热还原法是采用液态金属氯化物溶液与液态镁反应, 通过镁还原金属氯化物置换出Ti和C原子, 从而形成TiC, 反应式:TiCl4(g)+CCl4(g)+4Mg(l)=TiC(s) +4MgCl2(l) 该反应需在氩气保护下进行, 其所需温度大于1273℃, 最终可获得晶粒尺寸50 nm左右、结晶较好的TiC超细粉。此方法制备的TiC粒径小，纯度高，但工序很复杂，而且对过程的控制要求较高。

（3）直接碳化法[1] 直接碳化法是利用Ti粉和碳粉反应生成TiC, 反应式:

Ti( s) +C( s) =TiC( s)此反应必须在较长时间(5～20h)下方能顺利进行, 且在实际反应过程中, 可控性差，反应物易于团聚。

（4）自蔓延高温合成法(SHS)[2] 自蔓延高温合成技术是利用外部提供必要的能量诱发放热化学反应（点燃），形成反应前沿（燃烧波），此后化学反应在自身放出热量的支持下继续进行，表现为燃烧波蔓燃整个反应体系，最后合成所需的材料（粉体和固结体）。SHS反应速度极快，过冷度也较高，使得大多数生成的TiC以粘结状态存在，根本没有足够时间析出，从而使TiC的形状特征与碳颗粒大体相似，而且最终所得产品的孔隙率较大。但从生产效率来看，此法合成效率很高，适合批量生产，并能制得纯度很高的产品。

3. TiC复合材料的研究现状

近年来，各研究机构对TiC/Fe复合材料进行了大量的研究，取得了丰硕的成果。Jongrnin Lee等采用高能电子束照射法在AISI 304不锈钢板上均匀沉积了一层TiC颗粒，并对这种表面复合材料的微观结构进行了分析。L. Bourithis等采用等离子转移弧合金化法制备了TiC增强工具钢基复合材料，并对复合材料的微观结构和磨损机理进行了研究。 邹正光等对通过自蔓延高温合成TiC颗粒增强铁基复合材料进行了系统的研究，结果表明：

①Ti—C—Fe体系的燃烧反应动力学过程为：首先Fe与Ti形成低共熔体，然后C溶解于其中并与之发生化学反应，生成TiC和a—Fe。该体系燃烧合成存在后反应，先形成富Ti的TiC。，其后C继续通过扩散与TiC。反应生成TiC；结构形成过程为：首先熔融金属使体系中形成大的团聚体和大的空隙，团聚体中反应生成小的TiC粒子，在其后的较高温阶段，TiC粒子长大到2～5微米。低共熔体液相的出现，对燃烧反应及结构形成均有很大的作用。

②以含Fe、Mo为10％一20％的TiC/Fe(Mo)复合粉末为添加剂增强的铁基复合材料具有很好的增强效果；在复合粉末的自蔓延高温合成过程中，加入金属Mo有利于TiC与金属相的润湿，从而提高增强效果。

③随Fe含量的增加，燃烧合成温度降低，合成TiC颗粒变细；用石墨作碳源，燃烧温度较高，燃烧波速度较大，合成产物粒度较粗，并出现片状形态的TiC。潘卫东等研究了原位合成10％(体积百分数)TiC—Fe和(Tiw)C-Fe复合材料，结果表明：在TiC—Fe复合材料中，TiC作为惟一的第二相有粒状和条状两种形态，分析认为，粒状为先共晶相，而条状为共晶相；在(TiW)C—Fe复合材料中，(TiW)C作为惟一的第二相比较均匀地分布在Fe基体中，其形态大部分呈粒状。与TiC相比，(TiW)C的密度与Fe更为接近，可避免陶瓷颗粒的漂浮现象。

刘瞬尧研究了碳化钛一高锰钢复合材料在焊接和使用过程中产生裂纹与碎片的原因。结果表明，当硬质相(TiC)之间的粘结相成分Mn、Fe等元素含量偏低时，粘结相的相对含量明显减少，粘结效果变差，致使硬质相在烧结过程中发生邻接和聚集长大，晶粒出现不均匀粗化，导致合金微区强韧性降低，在焊接应力(或外力)作用下容易产生微裂纹。若应力(或外力)进一步增大或作用时间延长，微裂纹将迅速扩展形成宏观裂纹进而脆裂成碎片。

结束语

TiC具有优异的综合性能，可以作为一种理想的第二相增强体，目前，原位生成TiC粒增强复合材料已成为复合材料领域中的一个新家族，日益受到人们的重视。本文旨在简要综述TiC颗粒的制备技术、含TiC复合材料研究现状等方面的成果，以期对含TiC复合材料的制备、应用有部分指导作用。总之，努力降低成本，不断提高其强度、韧性和高温性能等仍是含TiC复合材料今后发展的基本趋势。

参考文献；

[1]Hsu M S,Meyers MA,BerkowitzA.Synthesis of nanocrystalline titanium carbide[J].Scripta Metallurgical of Materialia,1995,32(6):805～808

复合材料范文第7篇

1．1主要原料

PA6，1013B，日本宇部；ALPi，OP1240，德国科莱恩；APP，CF－APP201，浙江龙游戈德化工公司；CB，250G，特密高公司；EVA，EVA28，日本住友公司。

1．2主要设备及仪器

密炼机，S（X）M－1L－KA，常州溯源橡塑科技有限公司；平板硫化机，XLB－D350×350×2，常州市第一橡塑设备有限公司；氧指数测定仪，JF－3，南京市江宁区分析仪器厂；水平垂直燃烧测定仪，CZF，南京市江宁区分析仪器厂；热重示差扫描量热仪，TG209F3，德国耐驰公司；场发射扫描电子显微镜，SUPRA55，德国蔡司公司。

1．3阻燃EVA母粒的制备

将膨胀石墨，APP，EVA按配方进行称量，然后在密炼机上于200℃进行共混8min，混合均匀后取出、剪碎待用。

1．4无卤阻燃和永久抗静电PA6的制备

将PA6和ALPi在120℃鼓风干燥烘箱中干燥6h，将干燥好的原料分别按配方加入到230℃密炼机中混合8min，密炼机转速为60r／min，待混合均匀后将自制的EVA母粒按设定的份数加入密炼机中，混合4min，密炼机转速为40r／min，将取出的料于230℃平板硫化机中模压成用于燃烧试验和电阻测试的标准样条，压力10MPa，热压时间4min，冷压时间1min。

1．5性能测试

1．5．1极限氧指数按GB／T2406—2008测试，试样尺寸为130mm×6．5mm×3mm。

1．5．2垂直燃烧按GB／T2408—2008测试，试样尺寸为130mm×13mm×3．2mm。

1．5．3热失重分析（TGA）：气氛为氮气，流量为50mL／min，从室温升到850℃，升温速率分别为5，10，15，20℃／min。

1．5．4场发射扫描电镜分析：将压制成型的样条在液氮下脆断，经表面喷金后用SEM观察断面形貌

1．5．5表面电阻测试：将压制成型的片材放置在电阻盒的电极之间，调节电极到适当位置，测试复合材料的表面电阻值。

2结果与讨论

2．1阻燃抗静电性能

表1列出了PA6中添加ALPi和CB以及其他助剂的表面电阻和垂直燃烧试验结果。纯PA6的极限氧指数为25％，没有通过UL－94垂直燃烧测试，且燃烧过程中容易产生滴落。随PA6中ALPi添加量的增加，复合材料的极限氧指数呈现整体上升的趋势，当ALPi添加量增加到15份时，复合材料的极限氧指数增加到31％，此时可以通过UL－94V－0级。在基体和阻燃剂份数不变的情况下，随着CB添加量的不断增加，复合材料的极限氧指数从31％下降到25％，但对垂直燃烧测试基本没有影响，复合材料仍能通过UL－94V－0级。从表面电阻值可以看出，抗静电剂CB的加入并没有很好地改善复合材料的抗静电效果，这是由于PA6具有较强的极性，容易浸润CB表面，CB在其基体的分布过于均匀，故其渗滤阀值较高。当加入15份的EVA后，复合材料的表面电阻明显减小，说明EVA的加入显著降低了体系的渗滤阀值，完全可以达到抗静电的要求，但是此时却难以通过UL－94垂直燃烧测试。当加入22份自制母粒后，复合材料的抗静电和阻燃能够同时达到要求。

2．2TGA分析

在升温至400℃过程中，纯PA6质量基本没有减轻，说明纯PA6在此之前并未发生降解反应，相对于曲线1，曲线2和曲线3在400℃前均出现了缓慢的分解现象，在430℃附近达到最大质量分解速率，残留炭有所增加，分别为3．6％和11．8％。在添加了15份EVA之后，与曲线3相比，曲线4在400℃之前就已经出现较大的分解，在370℃附近出现了一个较明显的降解峰，这是由于体系中的EVA在高温下提前分解造成的。当体系中添加22份的自制母粒后，相对于曲线4的2个降解峰，曲线5的2个降解峰明显向高温方向移动，这说明自制母粒提高了EVA的稳定性，使得整个复合材料的阻燃效果得到了很大的改善。

2．3场发射扫描电镜分析

白色发亮的颗粒状物为CB，黑色的基体为PA6。从图2（a）可以看出，只添加ALPi和CB的情况下，由于PA6的表面张力较大，使得CB与PA6的相互作用强，减少了CB粒子间的接触，CB很均匀地分散在PA6基体中，相邻的CB粒子之间距离较大，粒子与粒子之间基本无接触，电子在复合体系中移动时仍会遇到绝缘体基体而受到阻碍，导电通路形成困难，因而复合材料的电阻率较大。图2（b）中，由于EVA的加入，改变了CB在基体中的分散情况，CB粒子之间彼此接触，并且有类似于聚合物取向的趋势，基本横向排列，形成了一个良好的导电通道，大大降低了复合材料的电阻。2．4热降解动力学分析利用Flynn－Wall－Ozawa积分法对复合材料在不同升温速率（β）下的热失重曲线进行处理，以lgβ对1／T作图，得到图3，T为绝对温度，其中a为分解度。，当0．2≤α≤0．6时，图3（a）中a＝0．4和a＝0．6的2条直线近似平行，求出活化能均为206kJ／mol，由a＝0．2的直线斜率求出活化能为179kJ／mol。图3（b）中a＝0．4和a＝0．6的2条直线近似平行，求出活化能为220kJ／mol，由a＝0．2的直线斜率求出活化能为173kJ／mol。图3（c）中3条直线都不平行，分别求出的活化能为178kJ／mol（a＝0．2），228kJ／mol（a＝0．4），335kJ／mol（a＝0．6）。图3（d）中的3条直线近似平行，由此求出的活化能为166kJ／mol。由热降解活化能数据可以看出，纯PA6的热降解过程是单一的，且活化能最低，所以较易燃烧。当PA6基体中加入15份AL－Pi后，复合材料的活化能从初始降解时的179kJ／mol（α＝0．2）升高到206kJ／mol（α＝0．4，α＝0．6），可以看出阻燃剂ALPi的加入减缓了复合材料的热降解过程。

3结论

复合材料范文第8篇

钛酸四丁酯(Ti(OC4H9)4)、四氯化锡(SnCl4•5H2O)、硝酸钴(Co(NO3)2•6H2O)、邻苯二腈、氨水(NH3•H2O)、硝酸(HNO3)、冰乙酸(CH3COOH)、无水乙醇(C2H5OH)均为分析纯，实验用水为去离子水．美国Perkin-ElmerLambda35型紫外可见吸收光谱仪(样品在一定量DMF溶液中分散，超声振荡萃取30min，在10000r/min转速下离心10min后，取上层清液);美国Perkin－ElmerOne型傅里叶变换红外光谱仪，KBr压片;德国BRUKERD8FOCUS型X射线粉末衍射仪，电压4kV，电流40mA，Cu靶，扫描范围5°～80°，速率2°/min．1.2样品的制备取7.02gSnCl4•5H2O溶于无水乙醇配置成一定浓度的溶液，取3.6g钛酸四丁酯溶于无水乙醇配置成一定浓度的溶液，将二者以Sn4+:Ti4+=2∶1的比例混溶．在搅拌下逐滴加入25%的氨水，调节pH=2，使之成为水溶胶，静置2h，用蒸馏水洗涤数遍直至检测不到Cl－为止．将其置于烘箱中干燥形成Sn(OH)4/TiO2纳米粉体．将4－硝基邻苯二腈、Co(NO3)2•6H2O以摩尔比4∶1混合，加入一定量的甲醇将其溶解，再将CoPc与Sn(OH)4/TiO2按摩尔比20/25∶100向其加入所制备的Sn(OH)4/TiO2纳米粉体，超声振荡30min得到均匀混合物，室温下进行真空1d至其干燥，至于马弗炉中240℃烧结4h，得到摩尔配比为20/25∶100的CoPc/SnO2/TiO2复合材料．

2讨论

2.1复合材料的UV－Vis吸收光谱分析

从图1可看出，原位合成20%CoPc/SnO2/TiO2复合材料在681nm有较强的吸收，是由于其大π键的跃迁，与25%CoPc/SnO2/TiO2的Q带吸收峰(679nm)相比红移了2nm，与无负载的CoPc的Q带吸收峰(678nm)相比红移了3nm，这表明CoPc与SnO2/TiO2之间有一定的化学作用，并且不同含量的CoPc也有一定的影响．可能是CoPc中心金属钴离子与SnO2/TiO2形成轴向Co－O配位键，导致复合材料的HOMO与LUMO的能极差变小产生红移现象．

2.2复合材料的红外吸收光谱分析

从图2可见，原位合成25%CoPc/SnO2/TiO2复合材料的红外吸收光谱出现SnO2和CoPc的特征吸收峰，纯SnO2的红外吸收峰中在649cm－1和554cm－1处出现较强的吸收峰，分别是Sn－O的伸缩振动和O－Sn－O的弯曲振动吸收峰，在25%CoPc/SnO2/TiO2复合材料的红外吸收峰中，以上2个峰分别红移至717和550cm－1，证实了CoPc与SnO2间具有一定程度的相互作用，854cm－1处的CoPc金属－配体振动峰在25%CoPc/SnO2/TiO2的红外吸收峰移至831cm－1位置出现1个新的Co－O振动吸收峰．从CoPc的平面结构可以看出，Co2+与4个N原子形成了2个配位键和2个共价键，而Co2+容易形成配位数是6的八面体配合物．因此Co2+还可以在沿着垂直于CoPc平面的上下2个方向与具有孤对电子的原子或离子形成轴向配位键，而SnO2中具有孤对电子的O2－，O2－的孤对电子可进人Co2+的空轨道形成Co－O共价键．

2.3复合材料的X射线衍射分析

SnO2/TiO2的XRD图谱如图3所示．选取240℃的温度下制备的20%CoPc/SnO2/TiO2，25%CoPc/SnO2/TiO2和450℃的温度下制备的SnO2/TiO2．主要的衍射峰在26.9°，34.7°和52.6°，对应SnO2晶面分别为(110)，(101)和(211)复合体光催化剂体相以金红石型的SnO2为主，有锐钛矿型的TiO2出现．焙烧的温度升高，复合材料的衍射峰变得尖锐，晶粒较大．但是20%CoPc/SnO2/TiO2和25%CoPc/SnO2/TiO2由于酞菁在300℃以上会分解所以焙烧时温度低于300℃导致SnO2/TiO2晶粒发育不完全，衍射峰强度弱．根据Scherrer公式计算粒径尺寸，发现负载使得SnO2/TiO2的粒径变小，可能的原因是CoPc包覆SnO2/TiO2在表面，阻碍了晶粒的进一步生长．

2.4复合材料的SEM分析

图4是25%CoPc/SnO2/TiO2复合材料样品放大15万倍的扫描电镜图．由图4可见，有部分团聚的现象，粉体的几何形状为球形或椭球形．纳米25%CoPc/SnO2复合粉体颗粒尺寸与利用XRD谱图计算出的结果基本一致．

3结论