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碳纖維復合材料范文1
本文以碳纖維增強熱塑性樹脂基復合材料為研究對象，對相關的概念和內容進行了梳理和總結。其中概括了碳纖維的性質性能，對復合材料的概念進行了闡述，最后對碳纖維增強熱塑性樹脂基復合材料的力學性能作了詳盡的分析說明。
1.關于碳纖維增強熱塑性樹脂基復合材料的概述
⑴復合材料的概念：面對傳統、單一組分的材料已經難以滿足現在應用需要的現實狀況，開發研制新材料，是解決這個問題的根本途徑。運用對材料改性的方法，來改善材料的性能是可取的。而材料改性的方法中，復合是最為常見的一種。國際標準化組織對于復合材料的概念有明確的界定：復合材料是指由兩種或兩種以上不同化學性質和物理性質的物質組成的混合固體材料。它的突出之處在于此復合材料的特定性能優于任一單獨組分的性能。⑵復合材料的分類簡介：復合材料的有幾種分類，這里不作一一介紹。只介紹兩種與本論文相關的類別劃分。如果以基體材料分類，復合材料有金屬基復合材料；陶瓷基復合材料；碳基復合材料；高分子基復合材料。本文討論的是最后一種高分子基復合材料，它是以有機化合物包括熱塑性樹脂、熱固性樹脂、橡膠為基體制備的復合材料。第二，如果按增強纖維的類別劃分，就存在有機纖維復合材料、無機纖維復合材料、其他纖維復合材料。其中本文討論的對象屬于無機纖維復合材料這一類別，因為碳纖維就是無機纖維復合材料的其中一種。特別值得注意的是，當兩種或兩種以上的纖維同時增強一個基體，制備成的復合材料叫做混雜纖維復合材料。實質上是兩種或兩種以上的單一纖維材料的互相復合，就成了復合材料的“復合材料”。
2.纖維增強樹脂基復合材料的性能特點
纖維增強樹脂基復合材料是指以高分子聚合物為基體材料，用纖維作增強材料復合制備而成的?；w材料和增強材料必然各自發揮自己的優勢作用。之所以用纖維作增強材料是因為纖維具有高強度和高模量的優點，所以是承載體的“不二人選”。而采用高分子聚合物作基體材料，是考慮其良好的粘接性能，可以將纖維和基體牢固的粘連起來。不僅僅如此，基體還需發揮均勻分散載荷的作用，通過界面層，將載荷傳遞到纖維，從而使纖維承受剪切和壓縮的載荷。當兩者存在良好的復合狀態，并且使結構設計趨于最佳化，就能最大程度上發揮復合材料的綜合性能。⑴抗疲勞性能好：所謂疲勞破壞指的是材料在承受交變負荷時，形成裂縫繼續擴大而引起的低應力破壞。纖維增強樹脂基復合材料的疲勞破壞的發生過程是，首先出現裂縫，繼而裂紋向進一步擴大的趨勢發展，直到被基體和纖維的界面攔阻。在此過程中，纖維的薄弱部位最先被破壞，隨之逐漸擴延到結合面。因此，纖維增強樹脂基復合材料在疲勞破壞前存在明顯的征兆，這與金屬材料的疲勞發生截然不同。這也是它的抗疲勞性能好的具體表現。⑵高溫性能好：纖維增強樹脂基復合材料具有很好的耐熱性能。將材料置于高溫中，表面分解、氣化，在吸熱的同時又冷卻下來。材料在高溫下逐漸消失的同時，表面又有很高的吸熱效率。這些都是材料高溫性能卓越的物理特征。⑶高比強度和比模量：纖維增強樹脂基復合材料具有高比強度和高比模量的特征。甚至在和鋼、鋁、鈦等金屬材料相比，它的力學性能也十分出色。這種材料在宇航工業中，受到極大的應用。⑷安全性能好：纖維增強樹脂基復合材料中分布的纖維數量巨大，并且密度強，用數據來說明的話，每平方厘米的復合材料上的纖維數量少則幾千根，多則達到上萬根。即便材料超負荷，發生少量纖維的斷裂情況，載荷也會進行重新分配，著力在尚未斷裂的纖維部分。因此，短時間內，不會影響到整個構件的承載能力。⑸設計的可操作性強：當復合材料需要符合性能和結構的設計需求時，可以通過很多方法來實現。包括改變基體和纖維的品種，調整它們的含量比例，也可以通過調整纖維的層鋪結構和排列方式來實現。因此，可以說，纖維增強樹脂基復合材料有很強的設計可操作性。⑹成型工藝簡單易成：成型工藝過程十分簡單易成，因其制品大多都是整體成型，無需使用到焊接、切割等二次加工，工藝流程簡單好操作。一次性成型不僅可以減少加工的時間，同時減少了零部件、緊固件、接頭的損耗，使結構更趨于輕量化。⑺減震性能好：高的自振頻率可以對工作狀態下的早期破壞起到規避和防范的作用。自振頻率和材料比模量的平方根成正比，和材料結構也息息相關。纖維增強樹脂基復合材料的基體界面和纖維因為具有吸振能力，所以能夠起到很好的減震效果。
3.碳纖維增強熱塑料樹脂基復合材料中碳纖維的性質
⑴對纖維的分類：纖維存在有機纖維和無機纖維之分。增強纖維共有五大類別，分別是：硼纖維、碳纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維以及芳綸纖維。除最后一種芳綸纖維以外，其他四種都屬于無機纖維。碳纖維是五大纖維之冠，是增強纖維中最有活力的一種。碳纖維復合材料種類很多，但是應用最廣泛的還要屬碳纖維增強樹脂基復合材料。⑵碳纖維的性質和性能：碳纖維是纖維狀的碳素材料，它的性質包括導熱、導電、耐溫、耐磨、比重小且耐腐蝕性等。除此之外，它的性能也相當突出，具有熱膨脹系數小、抗震動衰減、自性以及防原子輻射等。因為碳纖維的纖維屬性，因此可以對其編制加工，纏繞成型。利用纖維狀直徑細的特點，是制成復合材料雜曲面構件部件的絕佳材料。碳纖維能夠成為最有活力的增強纖維，它密度低，抗拉伸強度可以和玻璃纖維比肩，而碳纖維的彈性模量卻是后者的4到5倍。在惰性氣氛中，碳纖維的抗拉強度隨溫度的升高而攀升，表現出極佳的性能。因此，不得不說碳纖維是復合材料增強纖維的首選。⑶碳纖維的力學性質：碳纖維的力學性質主要通過軸向抗拉模量來體現。當熱處理溫度上升，碳纖維的模量隨之攀升。細直徑纖維在預氧化過程中，發生碳化，產生很多排列整齊的餓表皮結構。這些結構對碳纖維模量的增加又起到推波助瀾的作用，促使它的模量進一步提高。碳纖維模量的變化趨勢以施加負荷的方式作為判別標準，不是隨應變的增加而增加，就是隨應變的增加而下降，無非是這兩種情況。
4.纖維增強熱塑性樹脂基復合材料的力學性能研究
碳纖維復合材料范文2
關鍵詞：復合材料車體；輕量化；軌道交通；成型工藝
碳纖維復合材料具有比強度高、比剛度高、耐腐蝕、抗疲勞、可設計性強、方便整體成型等特點，在航空、航天等領域已經獲得成熟應用。隨著高速鐵路的快速發展，對車體輕量化的需求也越來越明顯，應用復合材料制造的車體，具備重量輕、強度高、剛性大等特性，在有效地較低車體重量的同時，也提高了車體運行的平穩性和穩定性。
復合材料是一種各向異性的材料，在設計過程中具有很強的靈活性，設計人員可以從選材、成型工藝、結構設計等方面綜合考慮，充分發揮復合材料比強度、比模量高的特性，在滿足強度要求的同時，通過結構的優化計算，減少材料的使用，從而達到減重、降低成本的目的，為復合材料在軌道車輛領域的應用提供了可能。
復合材料車體和金屬車體相比存在一些需要解決的問題：碳纖維復合材料成本比較高、工藝成型技術水平要求高；復合材料車體需要達到和金屬車體一樣的防火要求，泡沫、樹脂、預浸料要做防火處理；復合材料車體需要考慮車體接地和電氣設備接地問題；車體大部件之間的連接方式要考慮滿足車體強度、使用壽命、整體密封等要求；復合材料車體應避免開孔，或者避免在碳纖維連續傳力的區域開孔；復合材料車體小件需要選擇合適的連接方式。
1 國內外復合材料車體應用概況
復合材料除廣泛用于航空航天領域外，在軌道車輛制造業也有一定的應用。有些國家已將復合材料廣泛地應用到軌道車輛上，如法國國營鐵路公司（SNCF）使用復合材料O計出了TGV雙層掛車，對其耐火性、抗沖擊強度進行了運行試驗，證實了復合材料車體制造工藝是有效的，實現了CFRP車體結構的重大突破。韓國TTX碳纖維復合材料整體車身也于2010年投入運營。Schindler Waggon公司應用玻纖或碳纖維纏繞制成的輕型承載結構車體在聯邦鐵路線上進行運行試驗，運行速度達到140km/h，也達到了滿意的效果。德國AEG和MBB與德國聯邦鐵路合作開發的世界上第一個復合材料轉向架構架，在運營了100多萬公里后未檢測出任何磨損及損壞，與原結構相比不僅重量大大減少，同時也提高了運行舒適度、降低了檢修成本。此外，復合材料在車廂內飾件以及車頭前端領域的應用也比較廣泛。
國內復合材料在軌道交通中應用還處于試驗階段，主要應用還受限于車頭前端和車廂內飾件，復合材料在整車的應用上還處于研究階段。
2 材料性能和成型工藝
碳纖維復合材料車體各部件主要采用碳纖維-芯層結構（類似于三明治結構），碳纖維-芯層結構主要由兩層碳纖維蒙皮中間加入泡沫或蜂窩夾芯組成，碳纖維-芯層結構不僅具有質量輕、彎曲剛度和強度大，還具有耐疲勞性、隔音隔熱等優點。在車體設計時，需要根據車體結構承載要求，在夾層內部預埋縱、橫加強梁，或者在承載區域做局部加強，在不承力區域可以做適當減薄處理。
復合材料成型工藝主要有手糊成型、噴射成型、拉擠成型、纏繞成型、真空熱壓罐成型及真空導入成型等成型工藝。手糊成型雖然工藝簡單、價格相對比較便宜，但是由于生產效率很低、質量不穩定等因素不適于生產結構件。噴射成型為使用短切纖維和樹脂經過噴槍混合后，壓縮空氣噴灑在模具上，然后經過按壓固化成型，可用于制造過程中的過渡層。拉擠成型適合于生產各種截面形狀的型材，如工字型、槽型等截面型材。纏繞成型可用于制造圓柱體、球體、筒形等回轉體結構。真空熱壓罐成型工藝，需要將預浸料在磨具中按照設計要求鋪好后，送入熱壓罐中加溫加壓固化成型。這種成型工藝方法生產的產品韌性好、結構強度高、尺寸精度較高、工藝穩定性好，但是對溫度控制、設備成本、工藝水平等要求比較高，制造成本比較昂貴，所以此種成型工藝只適用于制造車體的一些承力件，比如底架邊梁、牽枕緩結構。真空袋壓成型工藝的特點是既能獲得相較于手糊工藝的高強度重量比和尺寸精度，同時和熱壓罐成型工藝相比制造成本相對較低，所以此種方法適合于車體大部件的設計。
以車體底架為例，車體底架整體采用復合材料夾層結構，選用熱壓罐成型工藝，成型步驟如下：模具準備；底架上蒙皮鋪貼；底架上蒙皮固化成型；加入包裹膠膜的泡沫，同時可以加入預埋金屬件或復合材料預制件；泡沫與底架上蒙皮整體成型；在泡沫結構上鋪貼底架下蒙皮；整體固化。
3 復合材料車體關鍵問題研究
3.1 防火要求
復合材料選用的材料，如預浸料、樹脂、粘接劑、泡沫，要滿足軌道車輛的防火要求，如果選用的樹脂、預浸料，不滿足防火要求，需要加入防火材料，滿足整體的防火要求。
3.2 接地和電磁兼容要求
金屬車體可以導電，所以只需要將車體上的接地設備先連接到車體上，通過車體連入轉向架輪對導入大地，復合材料車體為不良導體，需要對設備統一做接地處理，可以考慮在夾層內部預埋銅板，然后在設備需要接地的位置通過螺栓連接到銅板，最后將整個銅板通過轉向架輪對導入大地。
電磁兼容要保證整車電磁兼容的要求，對于車下磁場較強部位，需要作隔磁處理。
3.3 剛度要求
由于碳纖維-芯層結構為各項異性材料，車體剛度要保證在正常載荷和自然頻率下，車體變形不超過運行條件所決定的極限值，需要在車體結構設計時，選擇合適比重的芯層結構，并在車體變形比較大的區域做局部加強。
3.4 車體大部件連接方式
碳纖維車體不能像金屬車體一樣通過焊接方式來連接車體大部件，需要考慮通過膠粘或者螺栓、鉚釘等緊固件的方式進行連接，在考慮連接強度的同時，還要重點考慮整車壽命要滿足設計要求，以及連接后整車的密封和防水要求。
3.5 開孔問題
復合材料車體在做系統設計時，應避免在承力區域開孔，否則可能導致碳纖維傳力的不連續。
3.6 車體小件連接方式
復合材料車體由于無法焊接，小件只能通過膠粘或者緊固件連接，小件材質若為金屬材質，還要在復合材料夾層中預埋金屬板，然后再通過緊固件進行連接。
4 碳纖維復合材料車體在軌道車輛領域的可行性分析
碳纖維復合材料車體主要受幾方面的制約，主要包括：碳纖維材料成本比較高、成型工藝要求比較高、設計者需要具備一定的設計經驗、量產料件如何保證工藝穩定性和產品質量。
碳纖維復合材料車體的應用還處于初級階段，針對復合材料的設計準則、工藝規范、材料標準、產品檢驗和試驗驗證等工作還沒有建立或完善，需要大量的試驗研究和試驗驗證工作。這些因素也阻K了碳纖維復合材料在軌道交通領域的發展。
碳纖維復合材料車體如果想要在軌道交通領域很好的應用，就要在以下幾個方便做考慮，首先材料選擇上可以考慮在次承力結構上采用玻纖和碳纖混雜設計，充分發揮碳纖維材料強度高，玻纖價格便宜的優勢，將減重和降低成本整體考慮；其次在設計過程中，考慮結構優化、系統集成，在提高復合材料隔聲隔音前提下，就可以考慮將車體結構、內裝結構集成在一起，去除防寒和隔音材料，這樣就可以大幅度較少整車重量、降低成本；最后一定要優化工藝成型技術，簡化工藝過程、提升工藝穩定性、提高生產效率。
5 結束語
隨著對碳纖維復合材料研究的深入，逐步解決碳纖維復合材料車體設計中存在的問題，碳纖維復合材料在軌道車輛車體上的應用也會越來越廣泛。
參考文獻
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碳纖維復合材料范文3
關鍵詞：汽車輕量化；碳纖維復合材料；高性能纖維
中圖分類號：TB33 文獻標志碼：A
Current Situations of Carbon Fiber Reinforced Composites Used for Lightweighting of Automobile at Home and Abroad
Abstract： To meet the requirements of energy-saving， emission reduction and developing new energy vehicles， lightweighting of automotive materials is one of the most important targets for technological R&D in global auto industry. In this article， recent progress on using carbon fiber reinforced composites for automobile lightweighting has been systematically reviewed based on case study of leading auto manufacturers from home and abroad. Finally， the choke points for the development of automobile lightweihting in China are summarized.
Key words： automobile lightweighting； CFRP； high performance fiber
目前，全球生產石油的70% ～ 80%被用作汽車燃油，減少汽車燃油用量是改善全球氣候問題的重要組成部分。世界多個國家和地區已經對汽車二氧化碳排放量進行了嚴格限制，我國也已頒布《節能與新能源汽車產業發展規劃（2012 ― 2020年）》，要求到2020年乘用車平均燃料消耗量降至5.0 L/百公里，節能型乘用車燃料消耗量降至4.5 L/百公里以下。
輕量化技術是汽車降低油耗、減少排放、提高新能源汽車續航里程最有效工程途徑之一。采用高性能纖維增強復合材料部分代替傳統金屬材料是目前汽車實現輕量化最有效的途徑。德國寶馬率先在i3、i8電動車、7系、5系等量產車中大量使用碳纖維復合材料（CFRP），輕量化效果顯著，掀起了一場汽車產業材料革新的浪潮。目前全球幾乎所有的汽車企業都制定了CFRP輕量化發展計劃。CFRP用于汽車輕量化的優勢主要在于：密度小，比強度、比模量高，輕量化效果明顯；集成度高，減少零部件數量；可設計、造型自由，實現流線型曲面的成本低；吸收沖擊性能是金屬的 5倍，提高碰撞過程人員安全性；減震性能好；顛覆汽車生產流程，采用模壓和粘結工藝代替沖壓和焊接。目前CFRP作為汽車輕量化結構材料替代金屬材料，其在性能上完全可以滿足要求，關鍵是批量生產技術和成本。基于最新的行業報告數據及實踐調研，本文將對國內外汽車輕量化用CFRP的發展現狀進行概述。
1 國外汽車輕量化用碳纖維復合材料發展現狀
自1953年世界第 1 臺纖維增強復合材料汽車 ――GM Corvette制造成功以后，復合材料正式在汽車工業生產中登上歷史舞臺。發展至今，CFRP成為目前公認的汽車用復合材料未來發展趨勢。歐美日等發達國家汽車生產巨頭們一直是汽車輕量化用CFRP的引領者和推動者，下文將針對國外主要汽車生產商在CFRP應用技術方面的進展進行介紹。
德國寶馬公司是CFRP在汽車領域應用的先驅，其在2008年宣布把CFRP帶入汽車主流材料；2011年，法蘭克福車展首次i3電動概念車和i8混動概念跑車；2014年，批量化生產i3和i8系列純電動車在全球正式上市，為碳纖維產品在通用汽車領域的商業化普及應用邁出了重要的一步。i3和i8創新的車體架構由 2 部分構成：一部分是由鋁合金材料制成、驅動車輛的Drive模塊，集成了驅動系統、底盤、蓄電池、結構功能組件和防碰撞功能組件，另一部分是由CFRP制成、構成車廂主體的Life模塊（圖 1）。2015年7月1日，全新第六代BMW 7系汽車在丁格芬工廠正式投產，該車型所有創新都始終貫穿著車輛整體輕量化的概念，是寶馬核心產品中第一款實現將工業制造的碳纖維材料、高強度鋼材和鋁材完美組合應用到車身的車型。這種獨樹一幟的車身結構被稱為“Carbon Core高強度碳纖維內核”，不僅優化了車身重量，增強了車身的強度和抗扭剛度，還具有舒適的駕駛體檢。
寶馬公司還率先開啟了CFRP在汽車領域的全方位應用模式，包括：車身、底盤、車頂、車門、頭蓋、引擎蓋、尾翼、壓尾翼、中控臺、裝飾條、儀表盤、傳動軸、特殊動力傳動系統、座椅、座椅套墊、前擴散器、尾擾流板、后擴散器、后視鏡外殼、懸掛臂、前唇、側裙、側格柵、車用箱包、導流罩、A柱、遮陽罩、散熱器面罩、側護板、低位踏板、副保險杠等外部和車身、內飾和外飾配件等系統。寶馬公司或將在未來 1 ～ 2 年內為旗下車型配備大量的碳纖維部件，特別是碳纖維輪轂，這將大幅度降低汽車的重量。寶馬公司的CFRP輪轂是與i系列汽車同時開發的，包括全碳纖維輪轂和碳纖維輪輞+合金輪輻的輪轂。全碳纖維輪轂的重量比鍛造合金輪轂輕35%，而合金+碳纖維輪轂比鍛造合金輪轂輕25%，這將顯著降低整車的重量，寶馬公司有望在 2 年內把這種輪轂推向市場。此外，全碳纖維制造的傳動軸還將作為單獨配件配備新寶馬M3和M4系汽車。寶馬還在大力宣揚他們的碳纖維材料二次利用，例如i3和i8汽車的邊角料可以用來取代傳統鋁鎂合金材料制作儀表板支撐結構、座架以及備用車輪。
在生產工藝方面，為降低CFRP零部件的生產成本以及提高生產效率，寶馬采用針對熱固性CFRP快速制造開發了高壓樹脂轉移模塑（HP-RTM）工藝（圖 2）。該工藝首先將碳纖維織物進行初步的預成型，然后將碳纖維預制件放入到模具當中，在高壓狀態下將環氧樹脂注入模具當中，通過精準的溫度、壓力和時間控制，使碳纖維和環氧樹脂結合，并進行固化，最終形成具備優秀剛性的碳纖維板材。這個加工過程可以全程自動化進行，而高壓、高溫的處理過程僅需大約 5 min，傳統制造工藝則往往需要幾個小時。車身的組裝工藝采取模塊化連接，碳纖維部件的結合像堆砌模型一樣采用膠水連接（圖 3）。為了縮短固化時間，寶馬專門研發了特種粘合劑，在涂敷到車身部件之后僅90 s就可以接受加工，然后產生粘性，在經過1.5 h后就已經固化。這使得車身組件具有完全的剛性，制造速度比普通工藝提升10倍。整個過程全部為自動化操作，包括粘合劑的涂抹、部件的對接等，除了節約人力之外，也減少了粘合劑中的化學成分對工人健康的危害。
縱觀寶馬幾款碳纖維車身的生產過程，有幾個明顯的特點可謂貫穿始終。首先是顛覆傳統汽車生產流程，如果說福特創建流水線生產是汽車行業的第一次革命，那么“碳纖維+新能源”可能是第二次汽車革命，碳纖維生產的車身不需要傳統的沖壓、焊接、涂裝，變成了模壓成型、粘結、涂裝或塑料外殼；其次是高度的機械化，在整個生產過程當中，機器人的大量使用已經讓生產過程基本實現自動化，人工操作僅局限在最低程度，不僅明顯提高生產效率，減小制造誤差，人力成本也得以大幅降低；最后是環保與可持續發展的理念，寶馬大量使用可回收材料制造汽車部件，同時全面采用水電和風電等可再生能源。
除了寶馬，豐田、大眾、奔馳、現代等多家汽車制造商也都在開發汽車輕量化用CFRP，并應用于車身、輪轂、座椅、氫氣瓶、前艙蓋、底盤結構件、傳動軸等部件。美國Morison公司為Dcna公司生產的CFRP汽車傳動軸（圖 4（左）），供通用汽車公司載重汽車用。福特1999 ― 2004野馬載重車汽車也采用了CFRP傳動軸（圖 4（右））。采用CFRP可使原來 2 件簡化合并成 1個傳動軸，且與鋼材料相比，可減重60% ～ 70%。英國GKN技術公司也開發了CFRP傳動軸，重量減輕50% ～60%，抗扭性比鋼大10倍，彎曲剛度大15倍。
2008年，日本Weds Sports公司在推出的概念車上第一次使用了碳纖維輪轂，但當時還是停留在概念階段。2009年，澳大利亞Carbon Revolution公司開發出了CR9“一體式”全CFRP輪轂，相比鋁合金輪轂，其重量減輕了40% ～ 50%，并且首次應用在Shelby Ultimate Aero跑車上。2012年該公司生產的CFRP輪轂成功地在保時捷911上使用。目前Carbon Revolution公司在籌備為蘭博基尼、奧迪R8推出碳纖維輪轂。2015年初，美國福特了全新一代野馬Shelby GT350R汽車，其采用的碳纖維輪轂再一次引起了關注。以福特Shelby GT350R Mustang所裝備的碳纖維輪圈為例，將原本每個輪轂重14.98 kg的鋁合金材質換為8.17 kg的碳纖維輪圈后，全車減重27.24 kg，這將顯著地改善車輛的操控性能。另外，由于輪圈減重45%，輪圈+輪胎的轉動角動量能約降低40%，也改善了加速和剎車的效能。
2011年4月，比利時Solvay公司開發了一種全新輕巧的CFRP Polimotor四缸發動機缸體（圖 5）。被澆注的復合材料缸體是最終凈形狀，消除了二次加工的麻煩，且振動噪聲顯著減少，耐腐蝕。此外，和壓鑄工藝相比，模具工具成本減少50%。CFRP缸體比合金缸體重量輕20磅。第二代Polimotor全碳纖維發動機缸體項目在2015年有了新的進展，預計該發動機將于2016年預先應用于賽車、OEM汽車和卡車。該項目有望推動未來汽車領域的重大革新，使碳纖維發動機缸體有可能廣泛地應用于商用車。
日產汽車株式會社旗下的2014款GT-R跑車采用了三菱麗陽生產的碳纖維后備箱車蓋，該量產化車蓋以碳纖維和固化時間為 2 ～ 5 min的熱固性環氧樹脂為原料，利用三菱麗陽開發的預浸料模壓成型工藝生產。三菱麗陽稱該工藝將單個部件的生產時間縮短了10 min，更適合汽車部件的規模化量產，而且模壓成型的部件表面平滑，易于涂漆裝飾。
日本東麗與豐田合作開發的碳纖維增強熱塑性聚合物復合材料，可用作制造燃料電池反應堆框架（圖6），目前已應用于豐田燃料電池汽車Mirai中，這是世界上第一次將熱塑性碳纖維復合材料用于量產汽車結構部件。碳纖維增強熱塑性聚合物具有成型時間短的優點，與熱固性聚合物相比，生產效率更高，更適合大規模生產。
2015年東京車展上，雅馬哈展出了僅重750 kg的全新概念跑車SportsRideConcept（圖 7），該車身長3 900 mm，寬1 720 mm，高1 170 mm，超輕的車身得益于其iStream CFRP底盤。iStream碳纖維底盤由英國Gordon Murray Design公司開發，歷經 2 年時間，材質由最初的玻璃纖維轉變為碳纖維。iSteam采用了創新的“三明治”結構，蜂窩狀的內核被 2 片碳纖維板夾在中間。相比超跑所采用的碳纖維單體殼結構，iStream碳纖維底盤的生產周期更短，生產過程可實現全自動化，周轉時間僅為100 s，年產量可達1 000 ～ 350 000件。iStream碳纖維底盤同樣具有輕量化、高剛性的特點，相比寶馬7系僅關鍵部件為碳纖維材質，iStream碳纖維底盤的減重效果更加明顯。這項技術的出現，或將成為入門級跑車愛好者的福音。
韓國現代最新推出的Intrado燃料電池概念車同樣秉承了輕量化的設計理念，該車全車架、引擎蓋以及側板均采用CFRP制造，質量比傳統鋼板制造的汽車輕60%，大大提高了燃油效率，一次補充燃料可行駛644 km，百公里加速時間低于12 s。
2 國內汽車輕量化用碳纖維復合材料發展現狀
得益于國家“十五”和“十一五”863計劃碳纖維專項支持，我國碳纖維的產業化取得重大進展，通用型高強T300級碳纖維實現了產業化，T700級碳纖維實現了工程化，T800級碳纖維突破了關鍵技術，開始批量生產，高模型（M40）碳纖維也實現了關鍵制備技術的突破。國內相關碳纖維生產企業的大規模建設為汽車用CFRP的國產化和低成本化奠定了堅實的基礎，一大批企業開展了碳纖維在汽車輕量化方面的應用研究。
江蘇奧新新能源汽車有限公司于2015年1月成功研發了我國首輛碳纖維新能源汽車（圖 8），并于2016年3月獲得中國汽車生產許可證。奧新e25緊湊型A級車，具有核心技術自主知識產權，采用CFRP車身（圖 9），輕量化效果明顯：百公里耗能低于10 kW?h，續航能力強，充一次電最長可行駛440 km，0 ～ 50 km/h加速僅需4.7 s。目前奧新建立了完整的CFRP車身及其零部件結構設計、制造與評價體系，創造了第一個 2 萬輛碳纖維純電動汽車制造工廠、第一條電動汽車鋁合金底盤機器人焊接線、第一條高溫高壓真空輔助碳纖維成型生產線 3 項中國第一。奧新正與東華大學等國內高校緊密合作，進一步優化零部件結構以及提高制造效率，研發自動化量產技術與裝備。
北京汽車在推動汽車輕量化用CFRP方面，成功研發了用于碳纖維發動機蓋覆蓋件及車身功能件的一系列CFRP部件。在2016年其新型SUV車型上，將會搭載碳纖維發動機罩蓋（圖 10），相比鋼質前機艙蓋可減重17 kg（50%）。BJ40車型使用了玻纖、碳纖混雜復合材料車頂蓋，較鋼制頂蓋減重48%。紳寶D60則采用了CFRP前格柵和尾翼，彰顯運動和時尚特性。
奇瑞汽車開發了一款CFRP電動汽車（圖11），該電動車是奇瑞首款采用PHEV（插電進行充電的混合動力汽車）的車型。其優勢在于采用CFRP部件后的車身僅重218 kg，相比金屬車身418 kg，車身減重48%。另外，CFRP部件的應用也顯著提高了汽車的抗沖撞性能和操控性。奇瑞汽車目前正努力解決該車型實現低成本、批量化生產所面臨著的諸多技術難題。
北京長城華冠汽車技術開發有限公司開發了一款名為前途（EVENT）的純電動跑車概念車。該電動跑車以節能、環保為設計出發點，產品集成了眾多汽車行業的前沿科技。長城華冠EVENT車體內外覆蓋件整體采用CFRP，在大幅度減輕車體重量的同時，產品的力學及安全性能也優于傳統金屬鈑金部件。該款車型目前已經在蘇州建設生產車間，預計2017年開始生產。
上海汽車公司自2008年起，先后承擔了多項國家級、上海市和地方的汽車輕量化項目，包括上海市科委科技創新計劃項目“新能源汽車CFRP典型部件的開發與應用”、上海市科委重點攻關項目“新能源汽車輕量化技術開發”、上汽 ― 科委專項創新項目“輕量化技術在榮威E50純電動轎車上的應用研究”，為汽車輕量化技術方面的研究與開發積累了良好的基礎。
長安汽車開展了大量CFRP在汽車輕量化應用的探索工作，研發了準備在量產車應用的碳纖維傳動軸和后舉門。中國第一汽車集團公司開展了復合材料板簧、傳動軸和CFRP前后蓋的研究。復合材料傳動軸采用碳纖維增強環氧樹脂預浸料，經由卷搓/熱壓罐成型工藝制造，相比傳統金屬傳動軸，碳纖維傳動軸可減重40%，采用CFRP還可使原來由 2 件合并成 1 個單件傳動軸。CFRP前后蓋，采用T300碳纖維和環氧樹脂，經由RTM工藝制造，相比金屬材料可減重64%。
3 結語
碳纖維復合材料范文4
1 碳纖維復合材料高質量制孔工藝過程中存在的不足
其實，在碳纖維復合材料高質量制孔加工的過程中，由于其硬度相對較高，導熱能力也相對較差，這樣對高質量制孔工藝也帶來了相對較大的難度。這樣在碳纖維復合材料高質量制孔工藝的過程中，就會產生相應的問題，其主要表現在以下幾個方面：
1.1 孔出口高質量制孔存在的不足
在碳纖維復合材料高質量制孔工藝的過程各種，孔出口是其中非常常見的問題之一，主要表現為撕裂和起毛等兩種形式。從撕裂的角度進行分析，照比起毛的尺寸比例相對較大一些，例如：因此孔出口的不足主要是以撕裂位置。同時，孔出口是撕裂和起到等現象，一般都發生在最表層面，并且該現象逐漸向外延伸，一直延伸到纖維層，這也是碳纖維復合材料高質量制孔工藝中最為常見的一種問題，并且這種問題在發生和處理的過程中，相對較為直觀，其問題產生的大小，也是碳纖維復合材料高質量制孔重要的決定因素。
1.2 分層存在的不足
分層是指層與層之間應力形式，和制造過層中所引起的不足，從而引起碳纖維復合材層之間形成風力的狀態。在碳纖維復合材料高質量制孔工藝的過程中，材料層分離也是碳纖維復合材料高質量制孔工藝中的最主要的不足，也是困擾飛機裝配鈑金實際生產的效果和進程。其造成這樣現象的主要的原有就是鉆削力和鉆削熱，這樣往往是導致分離的重要因素。
2 加強碳纖維復合材料高質量制孔工藝的幾點措施
2.1 對鉆頭材料的選擇
在碳纖維復合材料高質量制孔工藝的過程中，應當利用不同的鉆頭材料，一般情況下，其厚度為5mm，其含膠量為40%，進行碳纖維復合材料高質量制孔工藝中的鉆孔工作。并且，在鉆出面加上相應的塑料墊片，其鉆頭的直徑一般為5mm，其后角為13°速度達到n=1400r/min。通過對鉆頭材料的分析和了解，這樣才能在最大過程中，對碳纖維復合材料高質量制孔工藝的過程中，提供了重要的保障。另外，在碳纖維復合材料高質量制孔工藝的過程中，應當對鉆頭的使用情況，進行全面的了解和觀察，避免對碳纖維復合材料層之間，造成較大程度上的摩擦。一般情況下，碳纖維復合材料層可以到達3.5mm，再利用硬度相對較強的鉆頭，這樣可以在最大程度上避免摩擦的程度，從而在最大程度上提升制孔工藝的質量。
2.2 提升鉆頭的運行速度
在碳纖維復合材料高質量制孔的過程中，對其鉆頭的速度也應當給予高度的重視?？梢赃x用硬度相對較強的合金鉆頭，一般情況下，其厚度為5mm，其含膠量為40%，對碳纖維復合材料進行全面鉆孔工作，并且相應的加強塑料墊片，其鉆頭的直徑一般為5mm，頂角大約為118°。在碳纖維復合材料高質量制孔的過程中，可以利用小組的形式，進行全面的制孔工作，每組大約為10個孔，這樣在碳纖維復合材料高質量制孔的過程中，不僅僅有效的提升了其質量，避免了分層等現象的發生，也相應在最大程度上降低了鉆頭摩擦的程度，為飛機裝配半徑的制造過程中，提供了相對便利的條件。
2.3 提升復合制孔的形式
在碳纖維復合材料高質量制孔的過程中，可以利用的刀具的形式，其形式大致可以分為兩種形式。并且，刀具孔徑的不同，所使用的刀具也是不同的，可以從以下的幾個形式，進行全面的分析：
（1）在碳纖維復合材料高質量制孔的過程中能夠，可以利用刀具點前端的形式，對鉆頭的形式，進行全面的加工，并且要在最大程度上大于刀具后端的砂輪直徑底孔，這樣在運行的過程中，就會產生相應的問題。因此，在碳纖維復合材料高質量制孔的過程中，應當對底孔的直徑進行全面的處理，并且在零件運行的過程中，應當做出及時反映，根據運行過程中狀態，對刀具后端的砂輪徑向，進行全面的調整，也只有這樣才能在最大程度上提升碳纖維復合材料高質量制孔的質量。
（2）在碳纖維復合材料高質量制孔的過程中，可以利用磨削加工的形式，最終完成碳纖維復合材料高質量制孔的工作，這樣可以在最大程度上避免傳統的制孔工藝，所帶來的缺陷。因此，在碳纖維復合材料高質量制孔的過程中，應當對新型的碳纖維復合材料高質量制孔工藝形式，進行全面的分析和了解，并且進行有效的應用。另外，在碳纖維復合材料高質量制孔加工以后，應當進行全面的光學對比，大孔的直徑一般要大于和等于6mm，并且進行全面的分析和了解。也只有這樣才能在最大程度上提升了碳纖維復合材料高質量制孔的質量，為我國的航空韓行業的發展，提供了相對便利的條件。
碳纖維復合材料范文5
關鍵詞：粉末冶金 碳纖維銅基復合材料 摩擦性能 強度 電導率
引 言
隨著現代科學技術的迅速發展，特別是航天航空技術的發展以及微電子工業的發展，對材料提出了日益增高的性能要求。如在宇航的動力構件中，必須用比強度，比模量高的材料制造；又如宇航飛行器在溫度變化很大的環境中工作等，這些都給構件材料提出了更高的性能要求。而單一金屬材料已很難滿足這些要求，因此，人們越來越多地借助于復合材料來克服單一材料性能上的局限性，獲得各種特殊的綜合性能。
碳纖維增強銅基復合材料兼顧碳纖維和銅基體材料的性能而成為更為優異的工程結構材料和具有特殊性能的功能材料。由于具有高溫性能好，比強度高，比模量高，導電、導熱性能好，橫向力學性能，層間剪切強度高，不吸濕、不老化等優點，使得此類材料已成為當今材料界研究的熱點之一。
Cf-Cu復合材料的制備工藝主要有熱壓固結法、粉末冶金法、擠壓鑄造法、液態金屬浸漬法、真空壓力浸漬法等，為了獲得更高的熱導率及較好的減摩、耐磨性能，本文采用粉末冶金法制備Cf-Cu復合材料。該類材料由于具有摩擦磨損性能好，比強度高，熱導率高等優點，在減摩、耐磨材料中應用非常廣泛。文中主要工作是研究Cf-Cu復合材料在電鍍銅和電鍍鎳的情況下，添加劑鈦粉對它的摩擦性能、強度及電導率的影響。
1、實驗部分
1.1 實驗原料
碳纖維（吉林碳素廠生產的PAN碳纖維）、銅粉（國藥集團化學試劑有限公司生產）、鈦粉、鎳
1.2 實驗設備
SXZ-10-12型箱式電阻爐、摩擦機
1.3 實驗方法
1.3.1 Cf-Cu復合材料的制備
為了克服碳纖維和銅化學相容性差及二者不潤濕也不反應的缺點，使得銅與碳纖維之間的界面結合力更強，首先在碳纖維表面鍍銅處理，以增強碳纖維與銅基體的復合，再將經過電鍍銅處理的碳纖維切割成短碳纖維，隨后與銅粉按一定質量比均勻混合，壓制成型，最后將坯體放入上海實驗電爐廠生產的SXZ-10-12型號箱式電阻爐中處于真空狀態下進行燒結，得到Cf-Cu復合材料。
1.3.2摩擦性能的測試
把壓制好的柱狀試樣安放在摩擦機上并用螺釘固定，先進行干磨，每個試樣磨5次，每次磨的時間為半個小時，磨完后把試樣取出用洗衣粉清洗干凈，然后再用純水清洗，隨后放入裝滿酒精的燒杯中浸泡5分鐘取出，用純水沖洗干凈完后放入烘干箱中烘烤10分鐘，最后取出讓它空冷后，放入電子光學天平（型號MP100010最小精度為0.0001g）中稱量出干磨完后的質量。干磨示意圖如圖1所示。
把所有試樣干磨完成后進行濕磨這樣可以最大限度的減少誤差，濕磨即在轉輪下面放一盆機油，實驗過程與干磨一樣。濕磨示意圖如圖2所示。
1.3.3強度的測量
本次試驗主要測量碳纖維增強銅基復合材料的抗彎強度（即撓度），試驗方法采用三點彎曲法測量，由于試樣是圓柱體形，體積較大，不容易直接在試樣上測量其強度，所以首先在試樣上切下一小塊，再利用XQ-2型金相試樣鑲嵌機鑲嵌好試樣小塊，將其磨成長15mm，寬8mm，厚3mm的長條狀，最后放在自制測量設備上彎曲，記錄螺釘往下擰的深度（即撓度值）。三點彎曲法測量強度原理圖如圖3所示。
1.3.4電阻率的測量
采用惠根斯電橋法測量電阻R（Ω），再由公式：R=ρ×L/S，可求得電阻率ρ=R×S/L，再由公式G=1/ρ，可求得電導率G。測量電阻時先將試樣切下一小片，利用XQ-2型金相試樣鑲嵌機鑲嵌好試樣小片，把小片磨成厚度0.5mm，再采用線切割切下小片中間一小條（寬度1mm），這樣制好的電阻樣條就相當于一個小電阻。
2、實驗結果討論
2.1 添加劑鈦對電鍍Ni和電鍍Cu處理的Cf-Cu復合材料的摩擦性能影響
以下曲線圖分別是Cf-Cu復合材料在電鍍Ni和電鍍Cu的情況下，磨制時間（h）與磨損量（g）的關系曲線：
根據圖4、圖5可知，添加劑鈦對電鍍Ni處理的Cf-Cu復合材料在干磨時，坯體的重量在減輕，濕磨時，坯體的重量在增加，并且隨著鈦粉的加入，Cf-Cu復合材料的摩擦性能也在增強，從曲線圖還可看出濕磨時，加入了添加劑鈦粉的坯體的重量增加幅度較大。理論分析：a.在干磨時磨損了表面一層金屬，使得重量下降，濕磨時雖然也會磨損，但由于坯體表面有裂痕，使得一部分機油會浸入坯體導致它的重量會隨磨制時間延長而增加；b.添加了鈦粉會促進銅基體與碳纖維的潤濕，它可以使復合材料在燒結過程中由于擴散作用電子定向遷移的阻力減??；c.鈦的加入在摩擦面上容易形成碳纖維膜，使磨損量減小。
根據圖6、圖7可知，鈦粉對電鍍Cu處理的Cf-Cu復合材料在干磨時重量在減小，濕磨時重量在增加，但增加的幅度很小。當加入添加劑鈦粉時，從圖7還可看出，坯體的重量增加的較大。理論分析：a.在干磨時磨損了表面一層金屬，使得重量下降，濕磨時雖然也會磨損，但由于坯體表面有裂痕，使得一部分機油會浸入坯體導致它的重量會隨磨制時間而增加；b.添加鈦元素是促進銅基體與碳纖維潤濕的有效途徑，它可以使復合材料在燒結過程中由于擴散作用電子定向遷移的阻力減??；c.鈦元素在摩擦面上容易形成碳纖維膜，使磨損量減小；d.碳纖維具有耐磨損，熱膨脹系數小，自和吸能抗震等一系列優點。
2.2 添加劑鈦對電鍍Ni和電鍍Cu處理的Cf-Cu復合材料的強度性能影響
以下曲線圖分別是Cf-Cu復合材料在電鍍Ni和電鍍Cu的情況下，碳纖維含量（%）與其強度（Mpa）的關系曲線：
從圖8、9看出，1）在一定范圍內不管是鍍鎳還是鍍銅處理的Cf-Cu復合材料，無論是添加鈦粉還是不添加，它們的強度均隨碳纖維含量的增加而增大；2）在鍍鎳處理的Cf-Cu復合材料中加入添加劑鈦時，強度要比沒有加鈦時小，而在鍍銅處理的Cf-Cu復合材料中相反。理論分析：a.碳纖維銅復合材料界面是一種以機械結合為主的物理結合，這種結合的界面結合強度低，但是在復合材料中鍍鎳或者鍍銅處理，會使界面形成C-Ni或C-Cu互擴散結合特性。導致復合材料的強度增加；b.在電鍍銅處理的Cf-Cu復合材料中鈦元素與銅之間的潤濕性更好。
2.3添加劑鈦對電鍍Ni和電鍍Cu處理的Cf-Cu復合材料的電導率的影響
以下曲線圖分別是Cf-Cu復合材料在電鍍Ni和電鍍Cu的情況下，材料中碳纖維含量（%）與其電阻率（歐米）的關系曲線：
從圖10、11可以看出，1）無論是鍍鎳還是鍍銅處理的Cf-Cu復合材料的電阻率均隨碳纖維含量的增加而增大。2）在碳纖維含量相同的條件下，不管在鍍鎳還是鍍銅處理的Cf-Cu復合材料中加入添加劑鈦，復合材料的電阻率會減小。理論分析：1）在碳纖維銅復合材料中加入鎳或銅元素時，一方面鎳（銅）是金屬元素，金屬鎳（銅）元素電離出自由電子導致自由電子密度的增加。另一方面復合材料的幾何界面減少，對自由電子的散射減少。使得復合材料的電阻率增加。2）當加入鈦粉時，鈦元素會在鍍層界面上對鍍層金屬電離出來的電子的散射起促進作用，導致復合材料的電阻率減小。
3、結論
（1）加入添加劑Ti粉后，碳纖維銅復合材料的摩擦性能增強。
碳纖維復合材料范文6
關鍵詞：微光夜視儀；結構設計；材料選擇
微光夜視儀是一種應用于軍事作戰中的精密光學儀器，其中光學系統中光學元件的安裝定位精度、雜光的干擾等，會直接影響光學系統的成像質量。機械系統是微光夜視儀的重要組成部分，由于該夜視儀是軍事作戰中用于頭盔上的微光夜視成像系統，對重量、體積指標要求非常嚴格，所以在進行機械結構設計時，要在保證夜視儀性能的前提下，應盡力使其整個結構簡單，重量輕。為提高我軍作戰能力，所以有必要對微光夜視儀做結構優化。因此，微光夜視儀結構設計的任務是按照光學系統設計的軸向要求、光學元件的間隔以及同心度要求，使微光夜視儀光學系統各部分組成一個穩定的整體，并保證光學系統的性能指標要求。同時鏡筒結構設計應滿足：不影響光學系統性能、光學元件的安裝無應力、鏡筒與光學元件的接口、消雜光、重量和體積等總體要求。但是由于質量和體積的限制，野戰中嚴酷的高低溫環境影響，使用傳統的機械設計理念很難滿足系統的要求。
本文對所有的機械零件選擇使用同一種材料，以保證惡劣環境下機械零件均勻地膨脹和收縮，避免不同的膨脹會造成卡環松脫，并且保證微光夜視儀光學系統的正常工作。結構設計的最直接目標就是選擇使用一種熱膨脹系數近似于零的材料進行構架。微光夜視儀鏡座和鏡筒是保證微光夜視儀光學系統性能的關鍵部件，所以鏡座及鏡筒的材料選擇、鏡座的結構形式以及鏡筒的設計對光學系統成像質量起著關鍵的作用；在滿足微光夜視儀結構力學性能要求的前提下，還要盡量降低系統結構的質量，并且能適用于野戰中嚴酷的高低溫環境，所以鏡座及鏡筒材料的選擇必須保證機械系統的精度及穩定性。（1）機械性能穩定性。一方面為了減輕結構質量，應該選擇低密度的材料；另一方面，為了提高結構的剛性，應該采用高彈性模量的材料。所以，高比剛度是選擇微光夜視儀結構材料的關鍵指標。并且為了在加工后能保證高精度，所選材料的尺寸穩定性應該良好。（2）熱性能穩定性。應該選用低熱膨脹系數的材料作結構材料，并考慮結構之間的熱補償，以使光學系統在野戰惡劣的高低溫環境下仍能保證良好的性能。另一方面，熱導率高還可以使結構中的溫度梯度較小，并使結構內部熱平衡容易在短時間內達到。基于以上分析，本文微光夜視儀結構零件選擇使用機械性能和強度可以和金屬材料相媲美的復合材料。復合材料通過組元材料的協調作用，可以在很大程度上改善和提高單一常規材料的機械性能、物理性能和化學性能。非金屬復合材料具有可設計性及密度小的顯著特點，因此使用非金屬復合材料不僅可以滿足夜視儀機械性能和強度要求，而且可以減輕整個夜視儀的重量。幾種典型復合材料和常用材料性能對比如表1。碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維，其含碳量隨種類不同而異，一般在90%以上。碳纖維具有一般碳素材料的特性，如耐高溫、耐摩擦、導電、導熱及耐腐蝕等，但與一般碳素材料不同的是，其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物，沿纖維軸方向表現出很高的強度。碳纖維比重小，因此有很高的比強度。碳纖維是一種力學性能優異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹脂復合材料抗拉強度一般都在3500Mpa以上，是鋼的7～9倍，抗拉彈性模量為23000～43000Mpa亦高于鋼。碳纖維的主要用途是與樹脂、金屬、陶瓷等基體復合，制成結構材料。碳纖維增強環氧樹脂復合材料，其比強度、比模量綜合指標，在現有結構材料中是最高的。在密度、剛度、重量、疲勞特性等有嚴格要求的領域，在要求高溫、化學穩定性高的場合，碳纖維復合材料都頗具優勢。碳纖維是20世紀50年代初應火箭、宇航及航空等尖端科學技術的需要而產生的，現在還廣泛應用于體育器械、紡織、化工機械及醫學領域。隨著尖端技術對新材料技術性能的要求日益苛刻，促使科技工作者不斷努力提高。20世紀80年代初期，高性能及超高性能的碳纖維相繼出現，這在技術上是又一次飛躍，同時也標志著碳纖維的研究和生產已進入一個高級階段。由碳纖維和環氧樹脂結合而成的復合材料，由于其比重小、剛性好和強度高而成為一種先進的航空航天材料。因為航天飛行器的重量每減少1公斤，就可使運載火箭減輕500公斤。所以，在航空航天工業中爭相采用先進復合材料。有一種垂直起落戰斗機，它所用的碳纖維復合材料已占全機重量的1/4，占機翼重量的1/3。
據報道，美國航天飛機上3只火箭推進器的關鍵部件以及先進的MX導彈發射管等，都是用先進的碳纖維復合材料制成的。碳纖維增強的復合材料這樣的優異性能可以滿足光學精密儀器高尺寸穩定性以及高結構精度的要求。采用碳纖維復合材料制造微光夜視儀可實現自身減重的目的。該復合材料已經在航空航天和戰略武器等方面得到廣泛應用，是不可取代的高級復合材料。幾種材料的比剛度和熱穩定性比較如圖1所示。由表1和圖1可知，碳纖維增強環氧樹脂基復合材料具有如下特點:（1）密度小。碳纖維環氧樹脂基復合材料的密度不及鋼密度的五分之一，僅是鈦合金密度的0.47倍，所以可知，尺寸相同的的結構件用碳纖維環氧樹脂基復合材料制作，要比用鋼制作輕80％，比用鈦合金制作輕53％。（2）比剛度高。碳纖維環氧樹脂基復合材料的比剛度約為鈦合金材料的2倍，所以可知，在相同質量的前提下，碳纖維復合材料結構剛度要比鈦合金的結構剛度提高一倍，因此適用于結構輕量化設計。（3）線膨脹系數小。碳纖維環氧樹脂基復合材料的線膨脹系數比鈦合金的線膨脹系數小一個數量級甚至更多。在微光夜視儀結構中，要求在嚴酷高低溫環境下變形極小，所以只有采用碳纖維復合材料才能滿足。并且其與透鏡材料的線膨脹系數相近，這樣就可以避免在溫度升高或降低時，結構內部產生較大的溫度梯度。從微光夜視儀的設計要求出發，考慮其特殊的軍事作戰環境，提出并詳細地總結了微光夜視儀的結構設計中材料的選擇，為以后的總體結構設計做了準備。
作者:張博 單位:黑龍江東方學院
參考文獻
[1]徐永祥.夜視技術與軍事應用[J].工科物理,1998，8(1):36-38.