第一章-复合材料的概念、分类及其发展历程.ppt

主要参考资料 5、复合材料的基本性能 可综合发挥各种组成材料的优点，使一种材料具有多种性能，具有天然材料所没有的性能。 可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造。 可制成所需的任意形状的产品，可避免多次加工工序。 聚合物基复合材料的主要性能 比强度、比模量大 耐疲劳性能好 减震性好 过载时安全性好 具有多种功能性 具有很好的加工工艺性 金属基复合材料的主要性能 高比强度、比模量 导热、导电性好 热膨胀系数小、尺寸稳定性好 良好的高温性能 耐磨性好 良好的疲劳性能和断裂韧性 不吸潮、不老化、气密性好 陶瓷基复合材料的主要性能 优点：强度高、硬度大、耐高温、抗氧化，高温下抗磨损性好、耐化学腐蚀性优良，热膨胀系数和相对密度较小。 缺点：抗弯强度不高，断裂韧性低。 水泥基复合材料的主要性能 在压缩性能、热能等方面具有优异的性能，但拉伸强度低，破坏前的许用应变小。 6、复合材料结构设计基础 三个结构层次 一次结构：由基体和增强材料复合而成的单层材料。其力学性能取决于组分材料的力学性能、相几何和界面区的性能。 二次结构：单层材料层合而成的层合体。其力学性能取决于单层材料的力学性能和铺层几何。 三次结构：通常所说的工程结构或产品结构。力学性能取决于层合体的力学性能合结构几何。 复合材料设计的三个层次 单层材料设计 铺层设计 结构设计 　　1990年以后则被认为是复合材料发展的第四代，主要发展多功能复合材料，如机敏（智能）复合材料和梯度功能材料等。 　　随着新型复合材料的不断涌现，复合材料不仅应用在导弹、火箭、人造卫星等尖端工业中，在航空、汽车、造船、建筑、电子、桥梁、机械、医疗和体育等各个部门都得到应用。 　　纵观复合材料的发展过程，可以看到： 　　早期发展出现的复合材料，由于性能相对比较低，生产量大，使用面广，可称之为常用复合材料。 　　后来随着高技术发展的需要，在此基础上又发展出性能高的先进复合材料。 ３、 复合材料的分类 　　随着材料品种不断增加，人们为了更好地研究和使用材料，需要对材料进行分类。 　　材料的分类，历史上有许多方法： （１）按材料的化学性质分类，有金属材料、非金属材料之分。 （２）按物理性质分类，有绝缘材料、磁性材料、远光材料、半导体材料、导电材料等。 （３）按用途分类，有航空材料、电工材料、建筑材料、包装材料等。 材料的分类 复合材料的分类方法也很多，常见的分类方法有以下几种： 一、按增强材料形态分为以下三类 1、纤维增强复合材料： a.连续纤维复合材料：作为分散相的长纤维的两个端点都位于复合材料的边界处； b.非连续纤维复合材料：短纤维、晶须无规则地分散在基体材料中； 2、颗粒增强复合材料：微小颗粒状增强材料分散在基体中； 3、板状增强体、编织复合材料：以平面二维或立体三维物为增强材料与基体复合而成。 其他增强体：层叠、骨架、涂层、片状、天然增强体 复合材料结构示意图a)层叠复合 b)连续纤维复合 c)细粒复合 d)短切纤维复合 纤维增强复合材料 纤维增强复合材料分为以下五种： ① 玻璃纤维复合材料； ② 碳纤维复合材料； ③ 有机纤维（芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、聚烯烃纤维等）复合材料； ④ 金属纤维（如钨丝、不锈钢丝等）复合材料； ⑤ 陶瓷纤维（如氧化铝纤维、碳化硅纤维、硼纤维等）复合材料。 　　混杂复合材料：　两种或两种以上增强体同一种基体制成的复合材料。可以看成是两种或多种单一纤维或颗粒复合材料的相互复合，即复合材料的“复合材料”。 ① 玻璃纤维复合材料 　　用玻璃纤维增强工程塑料的复合材料，即玻璃钢。玻璃钢分为两种，即热塑性玻璃钢和热固性玻璃钢。 Ａ、热塑性玻璃钢 　热塑性玻璃钢是以玻璃纤维为增强剂和以热塑性树脂为粘结剂制成的复合材料。 Ｂ、热固性玻璃钢 　热固性玻璃钢是以玻璃纤维为增强剂和以热固性树脂为粘结剂制成的复合材料。 ② 碳纤维复合材料　　 Ａ、碳纤维复合材料：作基体的树脂，目前应用最多的是环氧树脂、酚醛树脂和聚四氟乙烯。 Ｂ、碳纤维碳复合材料：用有机基体浸渍纤维坯块，固化后再进行热解，或纤维坯型经化学气相沉积，直接填入碳。 Ｃ、碳纤维金属复合材料：主要用于熔点较低的金属或合金，如在碳纤维表面镀金属，制成了碳纤维金属复合材料。 Ｄ、碳纤维陶瓷复合材料：我国研制了一种碳纤维石英玻璃复合材料。 ③硼纤维复合材料 硼纤维是由硼气相沉积在钨丝上来制取的。 Ａ、硼纤维树脂复合材料：基体主要为环氧树脂、聚苯并咪唑和聚酰亚胺树脂等。 Ｂ、硼纤维金属复合材料：常用的基体为铝、镁及其合金，还有钛及其合金等。 ④金属纤维复合材料 　作增强纤维的金属主要是强度较高的高熔点金属钨、钼、钢、不锈钢、钛、铍等，它们能被基体金属润