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科技前沿

复合材料英文经典著作(十一)《ASM手册第21卷—复合材料》
来源:武汉理工大学复材结构课题组  2016-10-24 10:25:25
本文阅读次数:849

原文:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news.php?show=detail&c_id=288&news_id=3871

  编著:Daniel B. Miracle,Steven L. Donaldson
出版社:美国国际材料协会(ASM International),第十版

   


前言

  美国国际材料协会(ASM International)自豪的把复合材料作为《ASM手册》第二十一卷。这一卷名义以1987年出版的《工程材料手册第1卷》为蓝本,实际上是全新的一卷。本卷不仅加入了新的章节,还对已有的篇幅进行了拓展与延伸,特别是组分材料、分析和设计以及成型加工这三部分内容。新的章节阐述了三个重要主题:维护、修复和回收。《ASM手册第21卷—复合材料》对聚合物基复合材料的内容进行了拓展,以阐述复合材料的研究进展和新的应用领域。还对金属基和陶瓷基复合材料的内容进行了修订和拓展,以反映这两类材料在工业领域中日益增加的重要作用。
随着《ASM手册第21卷—复合材料》新版的发行,它自然成为了《ASM手册》系列丛书的一部分。在二十世纪九十年代中期,为了能够反映出越来越多材料的性质与制造技术的发展,《金属手册》系列丛书更名为《ASM手册》系列丛书。以后,《ASM手册》新的卷册和修订版都将涉及到越来越多的非金属材料的内容。ASM期待《工程材料手册》的其他卷册经过修订后也能成为《ASM手册》的一部分。
创编这样一本不朽手册是一项伟大而艰巨的工程。我们谨代表ASM国际对修订委员会主席Dan Miracle,Steve Donaldson和第13卷编委主席对修订本卷作出的杰出贡献表示感谢和祝贺。同时也要感谢工业界、学术界和相关研究领域的300多位国际专家为本书的撰写与审稿作出的重要贡献。此外,我们还要对出版本书ASM国际的编辑和出版人员表示由衷的感谢。

  序言

  快速浏览本书后可以很容易的发现本书与1987年出版的《工程材料手册第1卷》第一版相比已经取得了很大的技术进步。早期提到的大多数聚合物基复合材料已经获得了成功应用,这些材料目前已经成为广泛应用的首选材料设计解决方案。早期对复合材料高成本和制造困难的顾虑,通过批量生产、创新性设计以及制造技术革新已经得到了圆满解决,其中包括大量使用组合设计与制造。高性能复合材料越来越多地应用到民用基础设施建设中,是复合材料在工程领域得到成功应用的范例。然而,随着复合材料的发展,制备具备更高性能要求、更高使用温度和更高可靠性的复合材料,成本和制造技术仍然是制约复合材料蓬勃发展和重大技术进步的关键。期待未来复合材料在创新性的结构理念和认证方法上取得重大进展。
金属基复合材料也取得了十分显著的进展。尽管金属基复合材料在第一版中少有提及,但在国际市场上,金属基复合材料已经发展成为一种可供选择的重要材料。1999年金属基复合材料全球的产量已超过2500吨,未来几年预计将以年增长率超过17%的速度增长。其重要应用领域包括航空航天、地面交通、热能管理、电子封装和娱乐行业。金属基复合材料能够显著提高结构效率,特别适合于一些功能领域,包括热能管理和磨损。它能够利用现有的金属加工基础设施,这非常有利于金属基复合材料的发展。期待未来金属基复合材料在新的市场和现有市场上都能获得持续的发展。
虽然目前陶瓷基复合材料技术仍主要集中在研究和开发阶段,但也取得了显著的进步。部分陶瓷基复合材料材料已经进入商业化应用阶段,增加市场份额的政策在逐步实施。对陶瓷基复合材料而言,严苛温度条件下的结构性能和耐候性仍是其发展的动力。近年来的研究成果表明陶瓷基复合材料乐观的发展前景,预计未来十年陶瓷基复合材料将应用于重要的航空发动力结构中。
《ASM手册第21卷—复合材料》的主要目的是为复合材料提供全面的、实用的、可靠的技术知识、工程数据和支撑信息资源。聚合物基复合材料和金属基复合材料的篇幅基本均衡,反映出这两类材料发展相对成熟。陶瓷基复合材料的篇幅相对较少,其焦点主要集中在当前重要的工业领域。本书旨在为有兴趣获得复合材料的实用知识和应用复合材料的非专业人员提供信息资源。因此,本书重点提供能够进行批量生产并具有工程意义的材料信息。本书并不是基础研究活动的报告,尽管它确实可以为从事复合材料新产品研发的科学家提供重要的参考信息。《ASM手册第21卷—复合材料》提供全面的复合材料实用技术的重要信息,包括组分材料;工程力学、设计与分析、制造工艺、后处理和装配、质量控制、测试和认证、特性和性能、产品的可靠性、可维护性和维修、失效分析、回收和处置、产品应用等专题。
本书由已经出版的《工程材料手册第1卷》修订而成。本书更新了聚合物基复合材料的内容,包括低成本制造技术的进展和显著增加的应用领域,如在基础设施方面的应用,以反映这一领域的技术进步。自前一版后金属基复合材料的进展特别引人注目,本书增加的内容对金属基复合材料的工艺、性能、应用和技术提供了最新的全面指南。尽管自前一版后陶瓷基复合材料的实际应用还很有限,书中涉及的内容基本涵盖了这类材料的发展进程。这三类复合材料的内容分布于书的每一章节,以为这些工程材料提供统一视角,同时删减了先前版本中的冗杂内容。
我们衷心的感谢本卷的编委会主席、作者、审稿专家以及ASM员工,他们与我们分享了他们的专业知识并为本书的出版付出了艰苦不懈的努力。

目录

1.Publication Information and Contributors
2.Introduction to Composites
2.1.Introduction to Composites
3.Constituent Materials
3.1.Introduction to Reinforcing Fibers
3.2.Glass Fibers
3.3.Carbon Fibers
3.4.Aramid Fibers
3.5.Ceramic Fibers
3.6.Discontinuous Reinforcements for Metal-Matrix Composites
3.7.Continuous Fiber Reinforcements for Metal-Matrix Composites
3.8.Fabrics and Preforms
3.9.Braiding
3.10.Epoxy Resins
3.11.Polyester Resins
3.12.Bismaleimide Resins
3.13.Polyimide Resins
3.14.Phenolic Resins
3.15.Cyanate Ester Resins
3.16.Thermoplastic Resins
3.17.Molding Compounds
3.18.Metallic Matrices
3.19.Ceramic Matrices
3.20.Carbon Matrices
3.21.Interfaces and Interphases
3.22.Lightweight Structural Cores
3.23.Bio-Based Resins and Natural Fibers
4.Engineering Mechanics, Analysis, and Design
4.1.Introduction to Engineering Mechanics, Analysis, and Design
4.2.Micromechanics
4.3.Macromechanics Analysis of Laminate Properties
4.4.Characterizing Strength from a Structural Design Perspective
4.5.Fracture Mechanics of Composite Delamination
4.6.Hygrothermal Behavior
4.7.Fatigue and Life Prediction
4.8.Damping Properties
4.9.Bolted and Bonded Joints
4.10.Instability Considerations
4.11.Damage Tolerance
4.12.Out-of-Plane Analysis
4.13.Analysis of Sandwich Structures
4.14.Finite Element Analysis
4.15.Computer Programs
4.16.Testing and Analysis Correlation
4.17.Design Criteria
4.18.Design Allowables
4.19.Computer-Aided Design and Manufacturing
4.20.Design, Tooling, and Manufacturing Interaction
4.21.Cost Analysis
4.22.Rapid Prototyping
4.23.Design Guidelines
4.24.Engineering Mechanics and Analysis of Metal-Matrix Composites
4.25.Fracture Analysis of Fiber-Reinforced Ceramic-Matrix Composites
5.Manufacturing Processes
5.1.Introduction to Manufacturing of Polymer-Matrix Composites
5.2.Process Modeling
5.3.Composite Tooling
5.4.Electroformed Nickel Tooling
5.5.Elastomeric Tooling
5.6.Open Molding: Hand Lay-Up and Spray-Up
5.7.Custom Sailing Yacht Design and Manufacture
5.8.Prepreg and Ply Cutting
5.9.Manual Prepreg Lay-Up
5.10.Fiber Placement
5.11.Automated Tape Laying
5.12.Curing
5.13.Resin Transfer Molding and Structural Reaction Injection
5.14.Molding
5.15.Vacuum Infusion
5.16.Compression Molding
5.17.Filament Winding
5.18.Pultrusion
5.19.Tube Rolling
5.20.Thermoplastic Composites Manufacturing
5.21.Processing of Metal-Matrix Composites
5.22.Processing of Ceramic-Matrix Composites
5.23.Processing of Carbon-Carbon Composites
6.Post-Processing and Assembly
6.1.Introduction to Post-Processing and Assembly
6.2.Machining, Trimming, and Routing of Polymer-Matrix Composites
6.3.Secondary Adhesive Bonding of Polymer-Matrix Composites
6.4.Processing and Joining of Thermoplastic Composites
6.5.Hole Drilling in Polymer-Matrix Composites
6.6.Mechanical Fastener Selection
6.7.Environmental Protection and Sealing
6.8.Extrusion of Particle-Reinforced Aluminum Composites
6.9.Post-Processing and Assembly of Ceramic-Matrix Composites
7.Quality Assurance
7.1.Introduction to Quality Assurance
7.2.Resin Properties Analysis
7.3.Tooling and Assembly Quality Control
7.4.Reinforcing Material Lay-Up Quality Control
7.5.Cure Monitoring and Control
7.6.Nondestructive Testing
7.7.Quality Assurance of Metal-Matrix Composites
8.Testing and Certification
8.1.Introduction to Testing and Certification
8.2.Overview of Testing and Certification
8.3.Test Program Planning
8.4.Constituent Materials Testing
8.5.Lamina and Laminate Nonmechanical Testing
8.6.Lamina and Laminate Mechanical Testing
8.7.Element and Subcomponent Testing
8.8.Full-Scale Structural Testing
9.Properties and Performance
9.1.Properties and Performance of Polymer-Matrix Composites
9.2.Properties of Metal-Matrix Composites
9.3.Properties and Performance of Ceramic-Matrix and Carbon-9.4.Carbon Composites
10.Product Reliability, Maintainability, and Repair
10.1.Introduction to Product Reliability, Maintainability, and Repair
10.2.Designing for Repairability
10.3.Repair Engineering and Design Considerations
10.4.Repair Applications, Quality Control, and Inspection
10.5.Ship Structure Repairs
10.6.Rehabilitation of Reinforced Concrete Structures Using Fiber-Reinforced Polymer Composites
10.7.Maintainability Issues
10.8.Bonded Repair of Metal Structures Using Composites
10.9.Worldwide Repair Standardization
10.10.Product Reliability, In-Service Experience, and Lessons Learned
11.Failure Analysis
11.1.Introduction to Failure Analysis
11.2.Failure Causes
11.3.Failure Analysis Procedures
11.4.Visual Analysis, Nondestructive Testing, and Destructive
11.5.Testing
11.6.Microscopy
11.7.Thermal Analysis
11.8.Fractography
11.9.Case Histories
11.10.Fatigue Properties and Quantitative Fractography of Metal-Matrix Composites
11.11.Failure Analysis of Ceramic-Matrix Composites
12.Recycling and Disposal
12.1.Introduction to Recycling and Disposal of Composites
12.2.Recycling and Disposal of Polymer-Matrix Composites
12.3.Recycling and Disposal of Metal-Matrix Composites
13.Applications and Experience
13.1.Introduction to Applications
13.2.Automotive Applications
13.3.Automotive Applications of Metal-Matrix Composites
13.4.Space Applications
13.5.Aeronautical Applications of Metal-Matrix Composites
13.6.High-Temperature Applications
13.7.Aircraft Applications
13.8.Applications of Carbon-Carbon Composites
13.9.Sports and Recreation Equipment Applications
13.10.Thermal Management and Electronic Packaging Applications
13.11.Marine Applications
13.12.Civil Infrastructure Applications
13.13.Applications of Ceramic-Matrix Composites
14.Supplementary Information
14.1.Glossary of Terms
14.2.Abbreviations, Symbols, and Tradenames

文章来源:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news.php?show=detail&c_id=288&news_id=3871