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复合材料,热应力 复合材料 热应力 复合材料学报 碳纤维复合材料 篇一：生物医学材料学 第七章 复合材料 知识总结 第七章 生物医用复合材料 7.1生物医用复合材料概述 1 定义：两种或两种以上的高分子、无机非金属、金属或天然生物材料通过各种方法组合而成的生物材料。 2 3分类： （1） 按基体材料分类：陶瓷基生物医用复合材料、高分子基生物医用复合材料、金属基 生物医用复合材料。 （2） 按材料植入体内后引起的组织材料反应分类：近于惰性的生物医用复合材料、生物 活性复合材料、可吸收生物医用复合材料。 4特点：增进材料的韧性、断裂形变或改善其生物学性能。一般性能改善：比强度、比模量高、抗疲劳性能好、抗生理腐蚀性好、力学相容性好等。 7.2 生物医用复合材料的界面与复合准则 1 生物医用复合材料的界面 （1） 复合材料的界面：复合材料中增强体与基体接触所构成的界面。（增强相与基体间的 交接面）；是一层具有一定厚度（纳米以上）、结构随基体和增强体而异、与基体有明显差别的新相——界面相或界面层。 （2） 复合材料组分 基体：复合复合材料中至少有两相，在复合材料中呈连续相的，为基体。 增强相（增强材料）：被基体所包容的一相。 界面相：界面附近的基体与增强体由于复合时的物理及化学等原因，具有不同于基体及增强材料的复杂结构，该部分的结构随交界面的距离而逐渐向本体结构变化。界面附近也被独立看成一相，即界面相。 （3） 界面产生原因：增强体与基体相互接触时，在一定条件下可能发生物理化学或化学 反应，如： 两相间组元的相互扩散、溶解，产生不同于原来两相的新相；由于基体的固化、凝固所产生的内应力；由于组织结构的诱导效应，导致接近增强体的基体发生结构上的变化或堆砌密度上的变化等；因而导致局部基体的性能不同于基体的本体性能，形成界面相。 （4） 界面影响 复合材料界面相的结构与性能对复合材料整体的性能影响很大，增强体与基体构成复合材料的界面时，二者之间产生一定的物理与化学作用，若二者不具有构成良好的复合材料界面的相容性，就不会有良好的界面结合及结合强度。在考虑复合材料的复合条件时，首先要对复合材料的界面性能作出评价。 界面的浸润性 界面的结合力及其类型（三类）：机械结合力、物理结合力、化学结合力 界面的稳定性：植入体复合材料在生理体液、生理活动等环境下，要求其界面能够长期保持稳定，如果复合材料在使用或加工中变起过程由于界面发生化而使性能下降或引生物组织反应，则该复合材料没有生物医用的应用价值。 界面的反应性：复合材料受到载荷作用时，通过界面的相互作用，把基体上的力传递到增强相上，需要考虑界面的黏结强度与界面的反应性之间的关系。复合材料要发挥起其性能优势，要有适当的黏结强度。 界面的残余应力：复合材料成型加工时产生的收缩应力及复合材料组分热膨胀系数不同形成的热应力都会形成材料的界面残余应力。残余应力对复合材料的性能影响较大，既影响材料的力学性能，又影响材料的生物学性能。一般应使基体处于压应力的状态以增 强复合材料的性能。 增强体形态：（a）颗粒（b）纤维（c）薄片 2生物医用复合材料的复合准则 （1）颗粒增强复合材料的复合准则 在颗粒增强的复合材料中：载荷主要由基体承担，颗粒高度分散于基体中。在有机聚合物基体中颗粒可阻碍高分子链的运动在陶瓷基体中颗粒有裂纹屏蔽效应等；从而起到强化基体的作用。颗粒增强的效果与其在复合材料中所占的体积百分数、分布的均匀程度、粒径大小等因素有关。 颗粒增强复合材料，颗粒随机分布于基体之中，宏观上可将可将颗粒增强复合材料看成是各向同性材料。复合材料的性能与有关成分的量及各成分的性质有关。用混合规律可预测复合材料的某些性质。 颗粒粒径与增强效果：0.01~0.1μm 通常增强效果较好；大于0.1μm颗粒周围将引起 受力状态下的应力集中；小于0.01μm ，增强作用不大。 材料的密度： ρc ＝ Σfiρi ρc ＝ f1ρ1 ＋ f2ρ2 ＋ f3ρ3 ＋……＋ fnρn ρc－复合材料的密度；ρ1，ρ2，… ρn 分别为复合材料中各组分的密度；f 1，f2，… fn 相应成分的体积分数。 复合材料的硬度、强度不能用混合法则计算。 （2）纤维增强复合材料的复合准则 外力沿纤维轴方向 假设：纤维与基体间为理想粘结，在界面上不发生滑移；——→则：在外力作用下，纤维与基体处于等应变条件：εc = εf = εm 作用在材料上的总力：纤维、基体受力的总和Fc ＝Fm ＋ Ff ；若纤维和基体呈弹性形变，则应力为：σ = E ε 所以F=σ A = E ε A 总载荷作用于复合材料整个横截面Ac上，则： 纤