第十一章 复合材料基础
高分子物理与化学 第11章 合成纤维简介
过量的紫外线的辐照不仅对人体有害，对纺织 品也能造成纤维强度的下降和引起染料分子的变 化而褪色，对于作为汽车内装饰材料、窗帘布、 台布、沙发布等受到紫外线照射的织物用的纤维 就有必要是有抗紫外的性能，从而提高织物的使 用寿命和色彩的鲜艳度。 可添加无机的粉末如氧化锌、二氧化钛等，也 可添加有机的紫外线吸收和转换材料。无机的价 格便宜，用量多，纺丝加工性差，产品不透明； 有机的价格高，可融化在聚合物内，用量少纺丝 加工性好，产品透明。
⑵多孔三维卷曲纤维 作保暖填充材料或长毛绒玩具填充材 料。 是由涤纶切片多孔纺丝，经不同方法卷 曲（侧吹风不均匀冷却形成，热压卷曲 等）。好的纤维还要经过有机硅树脂弹性 处理，用有机硅处理，弹力高、长期压缩 不易压紧。 。这种纤维由于中间有多孔， 蓬松性好，类似羽绒，保暖性特好。作玩 具填充料，弹性好，不易压紧。也有用不 同的分子量的涤纶切片共混纺丝，利用不 同分子量的涤纶收缩性不同而使纤维在空 间卷曲。
⑦氨纶 聚异氰酸酯纤维，它分子链由软和硬链 段组成，有高回弹性。莱卡是杜帮公司生 产的氨纶的商标。 ⑧氯纶 在我国出现较早，但消失也早。这种纤 维在和别的物体摩擦是易带负电荷，在某 种程度上可说是最早的负离子纤维。当时 主要功能可治关节炎。由于聚氯乙烯是非 结晶聚合物，其玻璃化温度又低仅80多度， 在较高温度的水中即变形。因此逐步退出 了市场。
第十一章 合成纤维简介 合成纤维，又称化学纤维，是指原料是人工合 成或是天然纤维包括天然材料经过溶解或化学改性 后重新经过成纤纺丝工艺而得的纤维。 合成纤维可分二大类：服用纤维和产业用纤维 (特种纤维) 服用纤维，又可分为常规纤维和差别化纤维 （又称为新合纤、新新合纤） 产业用纤维，分为高性能纤维（高强高模、耐 高温）和高功能纤维（物理、化学、生体功能或是 同时有几种功能）
复合材料工艺与设备复习
0常用的增强材料0常用的树脂基体（包括热塑性、热固性）0常用的成型工艺典型的液体成型：树脂传递模塑(RTM)、树脂膜渗透（RFI）、VARTM、VARI、SCRIMP、RLI典型的热固性树脂成型：模压、喷射、RTM、RIM、拉挤、缠绕…典型的热塑性成型：挤出、GMT、LFT、注射…0工艺流程及其特点0成型工艺参数及其控制CM 复合材料FRP 纤维增强塑料FRTP 纤维增强热塑性塑料SMC 片状模塑料DMC 团状模塑料BMC 块状模塑料RTM 树脂传递模塑RIM 反应注射模塑RRIM 增强反应注射模塑GMT 热塑性片状模塑料AS AS树脂，丙烯腈—苯乙烯共聚物CM是指由两种或两种以上的不同材料，通过一定的工艺复合而成的，性能优于原单一材料的多相固体材料。
高性能：高强度、高模量、耐高温、低密度、轻质高强、力学性能好、耐热性好、介电性能好。
有些热防护功能、透波功能、吸波功能、阻尼功能等。
高性能树脂基复合材料的制备：1）选材好，选用耐热性能、力学性能好的树脂基体；2）选材好，选用力学性能比较好的碳纤维或者高性能的玻璃纤维；3）成型方法要选择合适；4）关键的成型设备要选择好；5）成型工艺控制好，通过优化成型工艺条件，可以大幅提升材料性能。
第三章夹层结构由高强度的蒙皮(表层)与轻质芯材组成的一种结构材料。
弥补玻璃钢弹性模量低、刚度差的不足。
在同样承载能力下，大大减轻结构的自重。
加芯材的目的：维持两面板之间的距离，使夹层面板截面的惯矩和弯曲刚度增大。
优缺点泡沫：质量轻、刚度大、保温隔热性能好、强度不高蜂窝：质量轻、强度大、刚度大//应用：构件尺寸较大、强度要求较高的部件波板：制作简单，节省材料，但不适用于曲面形状的制品，质量轻、刚度大。
第四章模压成型∙什么是模压？将一定量的模压料放入金属对模中，在一定温度、压力作用下，固化成型制品的方法。
加热加压的作用：使模压料塑化、流动，充满空腔，并使树脂发生固化反应模压料的工艺性：流动性、收缩性、压缩性。
复合材料的力学性能
18
3
三、复合材料的性能特点
1、高比强度、比弹性模量； 2、各向异性； 3、抗疲劳性能好； 4、减振性能好； 5、可设计性强。
4
四、结构设计原理
1、层次结构 一次结构（单层），不产生新相； 二次结构（铺层）有新相产生；能较好地过 渡； 三次结构（多层）形成多个铺层。 2、连续纤维与非连续纤维增强 连续纤维增强 方向性明显，性能受纤维的 粗细、数量、排列的影响。 非连续纤维增强 纤维的长度与直径之比 L/d，提高剪切强度。 返回
1 Vf Vm I: 1 Gc G f Gm (式11 - 20) 上限 下限
II II： GC G f Vf G m Vm (式11 - 26) II 合 成：G c (1 c )G 1 CG c C (式11 - 27)
9
4、泊松比υ
纵向泊松比
LT
横向泊松比
2
二、材料复合的物理冶金基础
1、界面与界面反应
界面上反应热力学与动力学： 相应温度下反应的可能性；反应常数；反应速度常数。 固溶与化合反应： 原子扩散，形成浓度不同的固溶体；新化合物。 过渡层的出现：
2、强化理论
第二相强化、弥散强化；形变带强化。 断裂及其机理： 裂纹的萌生及扩展；断裂。 聚合强度的作用。
14
二、弹性模量
弹性模量计算公式(式11-61）（式11-62）（式11-63）
三、强度
按混合定律计算。 用纤维的平均应力代替（11-39）中的纤维抗拉强度。 返回
15
§11.4 复合材料的断裂、冲击和疲劳
一、断裂
1、损伤累积机理 裂纹萌生：缺陷处 扩展： 2、非累积损伤机理 ①接力破坏 ②脆性粘接断裂机理 ③最薄弱环节破坏机理 3、复合材料的破坏形式 ①纤维断裂 ②基体变形和开裂 ③纤维脱胶 ④纤维拨出
第十一章机械工程材料的选择及应用
92第十一章 机械工程材料的选择及应用掌握各种工程材料的特性，正确地选择和使用材料，并能初步分析机器及零件使用过程中出现的各种材料问题，是对从事机械设计与制造的工程技术人员的基本要求，因为机器零件的设计不单是结构设计，还应该包括材料与工艺的设计。
为机器零件的设计不单是结构设计，还应该包括材料与工艺的设计。
许多机械工程师把选材看成一种简单而不太重要的任务。
当碰到零件的选材问题时，他们一般都是参考相同零件或类似零件的用材方案，选择一种传统上使用的材料（这种方法称为经验选材法）；当无先例可循，同时对材料的性能（如耐腐蚀性能等）又无特殊要求时，他们仅仅根据简单的计算和手册提供的数据，信手选定一种较万能的材料，例如45钢。
这种简单化的处理方法已日益暴露出种种缺点，并证明是许多重大质量事故的根源。
所以，选材正在逐渐变成一种严格地建立在试验与分析基础上的科学方法。
掌握这种选材方法的要领，了解正确选材的过程，显然具有很大的实际价值。
方法。
掌握这种选材方法的要领，了解正确选材的过程，显然具有很大的实际价值。
在机械制造业中，新设计的机械产品中的每一个机械零件或工程构件、工艺装备和非标准设备，机械产品的改型，机械产品中某些零件需要更换材料，进口设备中某些零配件需用国产零配件代用等，都会遇到材料的选用。
一般机械零件，在设计和选材时，大多以使用性能指标作为主要依据。
而对机械零件起主导作用的机械性能指标，时，大多以使用性能指标作为主要依据。
而对机械零件起主导作用的机械性能指标， 则是根据零件的工作条件和失效形式提出的。
则是根据零件的工作条件和失效形式提出的。
§11.1 零件的失效形式与提高材料性能的途径一、零件的失效与失效分析零件在工作过程中最终都要发生失效。
所谓失效是指：（1）零件完全破坏，不能继续工作；（2）严重损伤，继续工作很不安全；（3）虽能安全工作，但已不能满意地起到预定的作用。
只要发生上述三种情况中的任何一种，都认为零件已经失效。
汽车机械基础课件 第11章 非金属材料
2024/9/2
汽车机械基础
a ) 方向盘及仪表盘图
2024/9/2
b )汽车内饰
汽车机械基础
c )汽车前保险杠罩
d)车灯
2024/9/2
汽车机械基础
• 11.1.2 橡胶
• 橡胶是具有高弹性的有机高分子材料。 • 具有高的弹性，优良有伸缩性能，优异的吸振性和绝缘
性，以及良好的耐磨性、隔音性和电绝缘能力，所以用 途极广；橡胶的主要缺点是易于老化。 • 橡胶分为天然橡胶和合成橡胶两大类。 • 在机械工业和汽车工业中，橡胶的用途有： （1）动、静密封件，如旋转轴密封、管道接口密封； （2）减振防振件，如机座减振垫片、汽车底盘橡胶弹簧； （3）传动件，如三角皮带； （4）运输胶带、管道； （5）电线、电缆和电工绝缘材料； （6）各种轮胎。
本低广泛用于日用品和农用的塑料。主要品种有聚乙烯、 聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、ABS塑料、酚醛塑料等。 它们的产量约占塑料总产量的3/4以上。 • 工程塑料是工程结构和设备中应用的塑料。一般强度、 刚度和韧性较好，且耐高温、耐辐射、耐腐蚀，绝缘性 能良好，因而能代替金属制作某些机械结构件。这类塑 料主要有聚甲醛、聚酰胺（尼龙）、聚碳酸脂、ABS塑 料等四种。在实际应用中，工程塑料和通用塑料并没有 严格的界限。
2024/9/2
汽车机械基础
2024/9/2
a)车用皮带
b)车用密封圈
汽车机械基础
11.2 陶瓷材料
• 11.2.1 陶瓷的分类 • 11.2.2 陶瓷的性能及用途
2024/9/2
汽车机械基础
• 11.2.1 陶瓷的分类
• 陶瓷按成分和用途，可分为普通陶瓷、特种陶瓷和金属 陶瓷三大类。
材料科学与工程基础第十一章 复合材料
二、复合材料的分类
按基体材料分类 ： 无机非金属基复合材料 1） 如陶瓷基、水泥基复合材料等。 有机材料基复合材料， 2） 如塑料基、橡胶基复合材料。
金属基复合材料。 3） 如铝基、铜基、镍基、钛基复合材料等。
27
0.17
27
0.21
25
0.53
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1.03
97
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150
0.66
100
1.0
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0.5
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0.38
75
2.良好的抗疲劳性能
由于纤维增强复合材料特别是纤维.树脂复合材料对缺口应力集中敏感性小，而且纤维 和基体界面能够阻止疲劳裂纹扩展和改变裂纹扩展方向，因此复合材料有较高的疲劳 极限(图11-6)。实验表明，碳纤维增强复合材料疲劳极限可达抗拉强度的70%～80%， 而金属材料只有其抗拉强度的40%一50%。
1.比强度和比模量高 强度和弹性模量与密度的比值分别称为比强度和比模量。
表11-2金属与纤维增强复合材料性能比较
性能
钢 铝 钛 玻璃钢 高强碳纤维-环氧 高模碳纤维-环氧 硼纤维-环氧 有机纤维PRD-环氧 SiC纤维-环氧 硼纤维-铝
密度 (gcm-3)
7.8 2.8 4.5 2.0 1.45 1.6 2.1 1.4 2.2 2.65
2）纤维和基体之间有一定结合强度，这样才能保证基体所承受的载荷能通过界 面传递给纤维，并防止脆性断裂。
3）纤维的排列方向要和构件的受力方向一致，才能发挥增强作用。 4）纤维和基体之间不能发生使结合强度降低的化学反应。 5）纤维和基体的热膨胀系数应匹配，不能相差过大，否则在热胀冷缩过程中会 引起纤维和基体结合强度降低。
复合材料生产(一期)融资投资立项项目可行性研究报告(非常详细)
复合材料生产（一期）立项投资融资项目可行性研究报告(典型案例〃仅供参考)广州中撰企业投资咨询有限公司地址：中国〃广州目录第一章复合材料生产（一期）项目概论 (1)一、复合材料生产（一期）项目名称及承办单位 (1)二、复合材料生产（一期）项目可行性研究报告委托编制单位 (1)三、可行性研究的目的 (1)四、可行性研究报告编制依据原则和范围 (2)（一）项目可行性报告编制依据 (2)（二）可行性研究报告编制原则 (2)（三）可行性研究报告编制范围 (4)五、研究的主要过程 (5)六、复合材料生产（一期）产品方案及建设规模 (6)七、复合材料生产（一期）项目总投资估算 (6)八、工艺技术装备方案的选择 (6)九、项目实施进度建议 (6)十、研究结论 (6)十一、复合材料生产（一期）项目主要经济技术指标 (9)项目主要经济技术指标一览表 (9)第二章复合材料生产（一期）产品说明 (15)第三章复合材料生产（一期）项目市场分析预测 (15)第四章项目选址科学性分析 (15)一、厂址的选择原则 (15)二、厂址选择方案 (16)四、选址用地权属性质类别及占地面积 (17)五、项目用地利用指标 (17)项目占地及建筑工程投资一览表 (17)六、项目选址综合评价 (18)第五章项目建设内容与建设规模 (19)一、建设内容 (19)（一）土建工程 (19)（二）设备购臵 (20)二、建设规模 (20)第六章原辅材料供应及基本生产条件 (20)一、原辅材料供应条件 (21)（一）主要原辅材料供应 (21)（二）原辅材料来源 (21)原辅材料及能源供应情况一览表 (21)二、基本生产条件 (22)第七章工程技术方案 (23)一、工艺技术方案的选用原则 (23)二、工艺技术方案 (24)（一）工艺技术来源及特点 (24)（二）技术保障措施 (25)（三）产品生产工艺流程 (25)复合材料生产（一期）生产工艺流程示意简图 (25)三、设备的选择 (26)（一）设备配臵原则 (26)（二）设备配臵方案 (27)主要设备投资明细表 (27)第八章环境保护 (28)一、环境保护设计依据 (28)二、污染物的来源 (29)（一）复合材料生产（一期）项目建设期污染源 (30)（二）复合材料生产（一期）项目运营期污染源 (30)三、污染物的治理 (30)（一）项目施工期环境影响简要分析及治理措施 (31)1、施工期大气环境影响分析和防治对策 (31)2、施工期水环境影响分析和防治对策 (35)3、施工期固体废弃物环境影响分析和防治对策 (36)4、施工期噪声环境影响分析和防治对策 (37)5、施工建议及要求 (39)施工期间主要污染物产生及预计排放情况一览表 (41)（二）项目营运期环境影响分析及治理措施 (42)1、废水的治理 (42)办公及生活废水处理流程图 (42)生活及办公废水治理效果比较一览表 (43)生活及办公废水治理效果一览表 (43)2、固体废弃物的治理措施及排放分析 (43)3、噪声治理措施及排放分析 (44)主要噪声源治理情况一览表 (46)四、环境保护投资分析 (46)（一）环境保护设施投资 (46)（二）环境效益分析 (47)五、厂区绿化工程 (47)六、清洁生产 (48)七、环境保护结论 (48)施工期主要污染物产生、排放及预期效果一览表 (50)第九章项目节能分析 (51)一、项目建设的节能原则 (51)二、设计依据及用能标准 (51)（一）节能政策依据 (51)（二）国家及省、市节能目标 (52)（三）行业标准、规范、技术规定和技术指导 (53)三、项目节能背景分析 (53)四、项目能源消耗种类和数量分析 (55)（一）主要耗能装臵及能耗种类和数量 (55)1、主要耗能装臵 (55)2、主要能耗种类及数量 (55)项目综合用能测算一览表 (56)（二）单位产品能耗指标测算 (56)单位能耗估算一览表 (57)五、项目用能品种选择的可靠性分析 (58)六、工艺设备节能措施 (58)七、电力节能措施 (59)八、节水措施 (60)九、项目运营期节能原则 (60)十、运营期主要节能措施 (61)十一、能源管理 (62)（一）管理组织和制度 (62)（二）能源计量管理 (62)十二、节能建议及效果分析 (63)（一）节能建议 (63)（二）节能效果分析 (63)第十章组织机构工作制度和劳动定员 (64)一、组织机构 (64)二、工作制度 (64)三、劳动定员 (65)四、人员培训 (65)（一）人员技术水平与要求 (65)（二）培训规划建议 (66)第十一章复合材料生产（一期）项目投资估算与资金筹措 (66)一、投资估算依据和说明 (66)（一）编制依据 (67)（二）投资费用分析 (68)（三）工程建设投资（固定资产）投资 (69)1、设备投资估算 (69)2、土建投资估算 (69)3、其它费用 (69)4、工程建设投资（固定资产）投资 (70)固定资产投资估算表 (70)5、铺底流动资金估算 (71)铺底流动资金估算一览表 (71)6、复合材料生产（一期）项目总投资估算 (71)总投资构成分析一览表 (72)二、资金筹措 (72)投资计划与资金筹措表 (73)三、复合材料生产（一期）项目资金使用计划 (73)资金使用计划与运用表 (74)第十二章经济评价 (74)一、经济评价的依据和范围 (74)二、基础数据与参数选取 (75)三、财务效益与费用估算 (76)（一）销售收入估算 (76)产品销售收入及税金估算一览表 (76)（二）综合总成本估算 (76)综合总成本费用估算表 (77)（三）利润总额估算 (77)（四）所得税及税后利润 (78)（五）项目投资收益率测算 (78)项目综合损益表 (78)四、财务分析 (79)财务现金流量表（全部投资） (81)财务现金流量表（固定投资） (83)五、不确定性分析 (84)盈亏平衡分析表 (84)六、敏感性分析 (85)单因素敏感性分析表 (86)第十三章复合材料生产（一期）项目综合评价 (87)第一章项目概论一、项目名称及承办单位1、项目名称：复合材料生产（一期）投资建设项目2、项目建设性质：新建3、项目承办单位：广州中撰企业投资咨询有限公司4、企业类型：有限责任公司5、注册资金：100万元人民币二、项目可行性研究报告委托编制单位1、编制单位：广州中撰企业投资咨询有限公司三、可行性研究的目的本可行性研究报告对该复合材料生产（一期）项目所涉及的主要问题，例如：资源条件、原辅材料、燃料和动力的供应、交通运输条件、建厂规模、投资规模、生产工艺和设备选型、产品类别、项目节能技术和措施、环境影响评价和劳动卫生保障等，从技术、经济和环境保护等多个方面进行较为详细的调查研究。
复合材料力学课后答案
复合材料力学课后答案1. 引言。
复合材料是由两种或两种以上的不同材料组合而成的材料，具有优良的综合性能，被广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。
复合材料力学是研究复合材料在受力作用下的力学性能和行为的学科，对于了解复合材料的性能和设计工程结构具有重要意义。
本文将针对复合材料力学课后习题进行解答，帮助学生加深对复合材料力学的理解。
2. 课后答案。
2.1. 什么是复合材料？复合材料是由两种或两种以上的不同材料组合而成的材料，通过各种方式相互作用形成一种新的材料。
复合材料通常由增强相和基体相组成，增强相起到增强和刚度作用，基体相起到传递载荷和保护增强相的作用。
2.2. 复合材料的分类有哪些？根据增强相的形式，复合材料可以分为颗粒增强复合材料、纤维增强复合材料和层合板复合材料；根据基体相的形式，复合材料可以分为金属基复合材料、塑料基复合材料和陶瓷基复合材料。
2.3. 复合材料的力学性能有哪些？复合材料的力学性能包括强度、刚度、韧性、疲劳性能等。
其中，强度是指材料抵抗外部力量破坏的能力；刚度是指材料抵抗形变的能力；韧性是指材料抵抗断裂的能力；疲劳性能是指材料在循环载荷下的耐久性能。
2.4. 复合材料的力学行为受哪些因素影响？复合材料的力学行为受到多种因素的影响，包括增强相的类型、含量和排布方式，基体相的类型和性能，界面的结合情况，制备工艺等因素都会对复合材料的力学行为产生影响。
2.5. 复合材料的应用领域有哪些？复合材料由于其优良的性能，在航空航天、汽车、建筑、体育器材等领域得到了广泛的应用。
例如，航空航天领域的飞机机身、汽车领域的碳纤维车身、建筑领域的钢-混凝土复合梁等都是复合材料的典型应用。
3. 结论。
通过对复合材料力学课后习题的解答，可以加深学生对复合材料力学的理解，帮助他们更好地掌握复合材料的基本概念、分类、力学性能、影响因素和应用领域。
同时，也可以引导学生将理论知识应用到实际工程中，为未来的工程实践打下坚实的基础。
第十一章 机械工程常用材料
§11-1 常用金属材料 一 钢 1. 非合金钢（碳素钢） 碳素钢：含碳量<2.11%的铁碳合金。 按质量分数分类： 低碳钢、中碳钢、高碳钢 按质量等级分类： 普通质量、优质和特殊质量 按用途分类： 碳素结构钢、碳素工具钢
2. 合金钢 合金钢：在碳素钢的基础上，有目的的加入一些合金元 素, (如铬Cr、钒V、镍Ni、钨W)性能显著提高。
常用的黄铜 金奖黄铜 - H90
弹壳黄铜 -H70 ( H68 )
日用黄铜 -H62 ( H59 )
冷凝器管
法兰阀
闸阀
§11-1 常用金属材料
4) 青铜
1)定义 在黄铜中加入Al、Fe、Si、Cr、Ni、Sn、Mn 等元 素所形成的合金。
2)牌号
QSn4-3、ZCuSn5Pb5Zn5 3 轴承合金 用来制造轴承的特定材料。
用
途
举
例
铁素体 灰铸铁
低载荷和不重要零件，如盖、外罩、手轮、支 架等 承受中等应力的零件，如底座、床身、工作台、 阀体、管路附件及一般工作条件要求的零件
承受较大应力和较重要的零件，如汽缸体、齿 轮、机座、床身、活塞、齿轮箱、油缸等 床身导轨，车床、冲床等受力较大的床身、机 座、主轴箱、卡盘、齿轮等，高压油缸、泵体、 阀体、衬套、凸轮，大型发动机的曲轴、汽缸 体、汽缸盖等
Q235、Q275——拉杆、连杆、轴、齿轮、螺栓、螺母等
§11-1 常用金属材料
3) 优质碳素结构钢的编号及用途 两位阿拉伯数字，表示含碳量 * 45 --- Wc = 45%%的优质碳素结构钢 * 较高锰质量分数的优质碳素结构钢 45Mn --- Wc = 45%， WMn = 0.7%～1.0%
第十一章
机械工程常用材料
复合材料-课件1
§1-3 复合材料的定义
复合材料(composite materials):由两 种或两种以上不同性能、不同形 态的组分通过复合工艺组合而成 的一种多相材料，它既保持了原 组分材料的主要特点又显示了原 组分材料所没有的新性能。
智能材料（Smart Materials或者Intelligent Material
System）
智能材料是模仿生命系统，能感知环境变化并能实时地改变自身的 一种或多种性能参数，作出所期望的、能与变化后的环境相适应的复合 材料。 智能材料是一种集材料与结构、智然处理、执行系统、控制系统和 传感系统于一体的复杂的材料体系。构成智然材料的基本材料组元有压 电材料、形状记忆材料、光导纤维、电（磁）流变体、磁致伸缩材料和 智然高分子材料等。 研究重点： （1） 智能材料概念设计的仿生学理论研究 （2） 材料智然内禀特性及智商评价体系的研究 （3） 耗散结构理论应用于智能材料的研究 （4） 机敏材料的复合-集成原理及设计理论 （5） 智能结构集成的非线性理论 （6） 仿人智然控制理论
先进陶瓷材料是指采用精制的高 纯、超细的无机化合物为原料及先 进的制备工艺技术制造出的性能优 异的材料。制造的产品可以分别具 有压电、铁电、导电、半导体、磁 性等或具有高强、高韧，高硬、耐 磨。耐腐蚀、耐高温、高热导、绝 PTC陶瓷与压电陶瓷元件 热或良好生物相容性等优异性能。
先进陶瓷材料
研究热点包括陶瓷材料的 强韧化技术、纳米陶瓷材料的 制备合成技术、先进结构陶瓷 材料体系的设计以及电子陶瓷 材料的高匀、超细技术。
国务院关税税则委员会关于2011年关税实施方 案的通知》（金属钕的出口关税税率由15%提 高至25%
纳米材料：主要是纳米材料制备与应用关键技术，
复合材料的力学性能
复合材料的力学性能
§11.1 复合材料概论 §11.2 单向复合材料的力学性能 §11.3 短纤维复合材料的力学性能 §11.4 复合材料的断裂、冲击和疲劳
1
§11.1 复合材料概论
一、定义和分类
1、定义
由两种或两种以上异质、异形、异性的材料复合 形成的新型材料。
2、分类
按基体分：金属基复合材料；无机非金属复合材 料；聚合物复合材料。
Vfcrmu fu Nhomakorabea* m
* m
（式11-41）
∴当Vf<Vfmin时 复合材料的抗拉强度σCLu=σmu(1-Vf)
12
2、抗压强度 基体在纵向压缩中起重要作用。 基体给予纤维侧向支持，使纤维不屈曲。 拉压型和剪切型失稳模型中，纵向抗压强度 分别为 式11-44和式11-45
“纤维的微弯曲和基体剪切失稳是复合材料 纵向压缩的两个主要破坏机理”。
渡；
三次结构（多层）形成多个铺层。
2、连续纤维与非连续纤维增强
连续纤维增强 方向性明显，性能受纤维的
粗细、数量、排列的影响。
非连续纤维增强 纤维的长度与直径之比
L/d，提高剪切强度。
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5
§11.2 单向复合材料的力学性能
一、单向复合材料及其结构模型
1、定义 连续纤维在基体中呈同向平行排列的复 合材料，叫做单向连续纤维增强复合材料。
三、强度
按混合定律计算。 用纤维的平均应力代替（11-39）中的纤维抗拉强度。
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§11.4 复合材料的断裂、冲击和疲劳
一、断裂
1、损伤累积机理
裂纹萌生：缺陷处 扩展： 2、非累积损伤机理 ①接力破坏 ②脆性粘接断裂机理 ③最薄弱环节破坏机理 3、复合材料的破坏形式 ①纤维断裂 ②基体变形和开裂 ③纤维脱胶 ④纤维拨出
材料科学-第十一章 常用非金属材料简介
4．常用高分子材料 • • • • • 4.1塑料 4.2橡胶 合成纤维 胶粘剂 涂料
4.1工程塑料 • 塑料是以有机合成树脂为主要组成的高分子材料，它通常 可在加热、加压条件下塑制成型，故称为塑料。 • 塑料的组成 塑料是以有机合成树脂为基础，再加入添加剂所组成 的。 1.合成树脂 是由低分子化合物通过缩聚或加聚反应合 成的高分子化合物，如酚醛树脂、聚乙烯等，是塑料的主 要组成，也起粘接剂作用。 2.添加剂 为改善塑料的性能而加入的其它组成，主要 有： (1)填料或增强材料 填料在塑料中主要起增强作用。 (2)固化剂 可使树脂具有体型网状结构，成为较坚硬和 稳定的塑料制品。 (3)增塑剂 用以提高树脂可塑性和柔性的添加剂。 (4)稳定剂 用以防止受热、光等的作用使塑料过早老化。
• ④ 优良的高温强度和低的抗热震性 • 陶瓷的熔点高于金属，具有优于金属的高温强度。 • 陶瓷的熔点高于金属，具有优于金属的高温强度。大多数 金属在1000℃以上就丧失强度，而陶瓷在高温下不仅保持 高硬度，而且基本保持其室温下的强度，具有高的蠕变抗 力，同时抗氧化的性能好，广泛用作高温材料。 • 但陶瓷承受温度急剧变化的能力差（热震性差）当温度剧 烈变化时易裂。
3．分类 • (1) 普通陶瓷（传统陶瓷） 普通日用陶瓷 普通工业陶瓷 1).建筑卫生瓷 2).化学化工瓷 3).电工瓷 (2) 特种陶瓷 压电陶瓷 磁性陶瓷 电容器陶瓷 高温陶瓷 1).氧化物陶瓷 2).硼化物陶瓷 3).氮化物陶瓷 4).碳化物陶瓷
普通陶瓷的特点与应用
• 普通陶瓷的组分构成原料为粘土、石英和长石。其特点是 坚硬而脆性较大，绝缘性和耐蚀性极好；制造工艺简单、 成本低廉，用量大。 • 普通日用陶瓷作日用器皿和瓷器，良好光泽度、透明度， 热稳定性和机械强度较高。 • 普通工业陶瓷有炻器和精陶，有建筑卫生瓷（装饰板、卫 生间装置及器具等）、电工瓷（电器绝缘用瓷，也叫高压 陶瓷）、化学化工瓷（化工、制药、食品等工业及实验室 中的管道设备、耐蚀容器及实验器皿）等。
聚合物合成工艺学各章重点及要点
聚合物合成工艺学各章重点及要点部分内容不全，大家自己看书第一章绪论1．高分子化合物的生产过程及通常组合形式原料准备与精致，催化剂配置，聚合反应过程，分离过程，聚合物后处理过程，回收过程2．聚合反应釜的排热方式有哪些夹套冷却，夹套附加内冷管冷却，内冷管冷却，反应物料釜外循环冷却，回流冷凝器冷却，反应物料部分闪蒸，反应介质部分预冷。
第二章聚合物单体的原料路线1．生产单体的原料路线有哪些？（教材P24-25）石油化工路线，煤炭路线，其他原料路线（主要以农副产品或木材工业副产品为基本原料）2．石油化工路线可以得到哪些重要的单体和原料？并由乙烯单体可以得到哪些聚合物产品？（教材P24-25、P26、P31）得到单体和原料：乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯。
得到聚合物：聚乙烯、乙丙橡胶、聚氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、维纶树脂、聚苯乙烯、ABS树脂、丁苯橡胶、聚氧化乙烯、涤纶树脂。
3. 合成聚合物及单体工艺路线第三章自由基聚合生产工艺§ 3-1自由基聚合工艺基础1．自由基聚合实施方法及选择本体聚合、乳液聚合、溶液聚合、悬浮聚合。
聚合方法的选择只要取决于根据产品用途所要求的产品形态和产品成本。
2．引发剂及选择方法，调节分子量方法种类：过氧化物类、偶氮化合物，氧化还原体系。
选择方法：（1）根据聚合操作方式和反应温度条件，选择适当分解速度的引发剂。
（2）根据引发剂分解速度随温度的不同而变化，故根据反应温度选择适引发剂。
（3）根据分解速率常数选择引发剂。
（4）根据分解活化能选择引发剂。
（5）根据引发剂的半衰期选择引发剂。
分子量调节方法：控制引发剂用量、控制反应温度、选择适当分子量调节剂。
§ 3-2本体聚合生产工艺1．本体聚合传热方法、排热措施排热措施：采用预聚、后聚分步聚合法；反应达到一定转化率就分离出聚合物；较低温度，较低引发剂浓度下反应；紫外线或辐射引发聚合；强化聚合设备的传热。
选用工程材料的一般原则
机电工程 赵华洋
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第十一章 材料的选用
§1 选材的原则
二、工艺性能选材原则（高分子材料 ）
高分子材料的加工工艺主要为成型加工，且工艺 性能良好，所用工具为成型模（其中主要为塑料 模），具体的成型方法很多，如注射成型、吹塑成 型、挤压成型等；也易于进行切削加工，但因其导 热性能较差，在切削过程中应注意工件温度急剧升 高而导致的软化（热塑性塑料）和烧焦（热固性塑 料）现象。少数情况下，高分子材料还可进行焊接 与热处理，其工艺简单易行。
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第十一章 材料的选用
§1 选材的原则
二、工艺性能选材原则（金属材料）
2.压力加工性能 包括变形抗力，变形温度范围，
产生缺陷的可能性及加热、冷却要求等。一般来说， 铸铁不可压力加工，而钢可以压力加工但工艺性能 有较大差异，随着钢中碳及合金元素的含量增高， 其压力加工性能变差；故高碳钢或高碳高合金钢一 般只进行热压力加工，且热加工性能也较差，如高 铬钢、高速钢等；高温合金因合金含量更高，故热 压力加工性能更差。变形铝合金和大多数铜合金， 像低碳钢一样具有较好的压力加工性能。
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第十一章 材料的选用
§3 典型零件选材与工艺分析
二、齿轮类零件选材（性能要求）
2．主要失效形式
① 断裂——包括交变弯曲应力引起的轮齿疲劳断裂和 冲击过载导致的崩齿与开裂；
② 齿面损伤——包括交变接触应力引起的表面接触疲 劳（麻点剥落）和强烈摩擦导致的齿面过度磨损；
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第十一章 材料的选用
§3 典型零件选材与工艺分析
第11章绿色高分子材料
HOOC
+ COOH
_ H2O HOCH2CH2OH
O C
O
C OCH2CH2O
n
但是，曾经风靡一时、目前仍大量使用的涤纶，因其中的 苯环在自然界中很难降解而面临淘汰——赶走不再喜欢的“宠 物（PET）”——聚酯类本身存在高稳定与易降解的矛盾
第一节 可降解高分子材料的利用/ 二、合成的生物 降解高分子
便、安全可靠、空气污染小等优点，是绿色的合成方法。
O
OC O
三光气
开环聚合
H2N-CH-C-OH CH2CH2COOCH2Ph
HN-CH-C O CH2CH2COOC— ¡HC2POh2
O
HN-CH-C
n
CH2CH2COOCH2Ph
第二节 高分子材料合成的绿色化
三、使用绿色催化剂合成（上）
在聚乳酸类材料的研究中，即使是上述提及的用绿色试剂、 绿色原料的范例，仍有一个可能潜在的不安全因素，这就是催 化剂问题。目前，聚乳酸的合成，尤其是开环聚合法合成的主 要方法，大多使用辛酸亚锡为催化剂。辛酸亚锡虽然为美国 FDA所认可，但锡盐（包括辛酸亚锡）都可能具有生理毒性。
寻找合成纤维材料——1930年可抽丝的脂肪族聚酯——分 子量低、易水解等缺点——最终放弃——今天可降解聚酯的优 点：存在酯键的脂肪族高分子材料最易于生物降解。
第一节 可降解高分子材料的利用
二、合成的生物降解高分子
（一）发展史（中）
就在卡罗瑟斯放弃了聚酯的研究以后，英国的温费尔德在
吸取卡罗瑟斯上述研究成果的基础上，改用芳香族羧酸（对苯 二甲酸）与二元醇进行缩聚反应，1940年成功地合成了第一种 聚酯纤维——涤纶（PET），为服装材料带来了一场革命。
例如，荷兰学者Bruin报道了绿色原料赖氨酸二异氰酸酯 （LDI）等扩链由肌醇、L-丙交酯、ε-己内酯生成的星形预聚 体，合成降解后完全无毒的聚乳酸类网状弹性体材料的探索。 LDI是“绿色”的二异氰酸酯扩链剂，因为LDI扩链部分最终 的降解产物是无毒且生物相容的乙醇、赖氨酸等。
2018年北京交通大学961 材料工程基础专业课复习参考书目、考试大纲、考研真题、考研经验-新祥旭考研
2018年北京交通大学961 材料工程基础专业课复习参考书目、考试大纲、考研真题、考研经验一、专业课代码及名称961 材料工程基础二、专业课参考书《材料工程基础》；出版社：北京工业大学出版社；作者：周美玲，谢建新三、考试大纲第一章材料的熔炼。
要求掌握的内容：高炉炼铁、炼钢、金属铝的生产、铝合金的熔炼与凝固、铜冶金、金属的真空熔炼；要求了解的内容：单晶材料制备、玻璃的熔炼与凝固。
第二章粉末材料制备。
要求掌握的内容：粉末的基本特性、机械制粉方法、粒度测定；要求了解的内容：物理制粉方法、化学气相沉积法、颗粒大小的表征。
第三章高分子材料的聚合。
要求掌握的内容：高分子基本概念、高分子材料的结构特点、高分子材料的类别；要求了解的内容：三大合成材料特性、高分子聚合的基本概念、高分子的发展前景。
第四章金属的液态成形与半固态成形。
要求掌握的内容：金属液态成形、半固态成形；要求了解的内容：快速凝固成形。
第五章金属塑性加工。
要求掌握的内容：塑性加工的特点与分类、塑性与塑性变形、应力应变曲线、轧制、挤压、拉拔、锻造、冲压成形；要求了解的内容：应力、应变、屈服条件。
第六章粉末材料的成形与固结。
要求掌握的内容：粉末成形基本理论、压力成形、粉末烧结原理、烧结工艺；要求了解的内容：增塑成形、浆料成形、压坯的干燥与脱脂、凝胶固化。
第七章高分子材料成形与加工。
要求了解的内容：塑料成形加工、橡胶成形加工。
第八章材料的连接。
要求了解的内容：材料的焊接、焊接方法分类、焊接材料、材料粘接技术现状、基本原理、胶粘剂。
第九章金属材料的常规热处理。
要求掌握的内容：常规热处理的基本原理、加热、冷却、退火、正火、淬火、回火。
第十章材料的表面改性。
要求掌握的内容：感应加热表面淬火、钢材化学表面改性、三束表面改性；要求了解的内容：火焰加热表面淬火。
第十一章材料的表面防护。
要求掌握的内容：腐蚀的定义与分类、腐蚀理论、钢铁材料腐蚀防护、摩擦、磨损；要求了解的内容：润滑与润滑材料、减少磨损的方法。
第11章 复合材料结构设计
NUDT 12.6
第十一章 复合材料结构设计
Chap.04
11.2 结构设计 许用值的确定 1,使用许用值
② 压缩时使用许用值的确定 压缩时使用许用值取下述三种情况中的较小值: 压缩时使用许用值取下述三种情况中的较小值: 第一,对低速冲击后的试样,在使用环境条件下进行单轴压缩试验,测 第一,对低速冲击后的试样,在使用环境条件下进行单轴压缩试验, 定其破坏应变,并除以安全系数,经统计分析得出使用许用值. 定其破坏应变,并除以安全系数,经统计分析得出使用许用值. 第二,对开孔试样,在使用环境条件下进行单轴压缩试验,测定其破坏 第二,对开孔试样,在使用环境条件下进行单轴压缩试验, 应变,并除以安全系数,经统计分析得出使用许用值. 应变,并除以安全系数,经统计分析得出使用许用值. 第三,对低速冲击后的试样,在环境条件下进行压缩两倍疲劳寿命试验, 第三,对低速冲击后的试样,在环境条件下进行压缩两倍疲劳寿命试验, 测定其所能达到的最大应变值,经统计分析得出使用许用值. 测定其所能达到的最大应变值,经统计分析得出使用许用值.
NUDT 12.6
Chap.04
第十一章 复合材料结构设计
NUDT 12.6
第十一章 复合材料结构设计
Chap.04
11.1 概述 复合材料结构设计综合: 复合材料结构设计综合: 1)层合板设计 2)典型结构件设计 3)连接设计 考虑的因素: 考虑的因素: 1)设计条件 2)结构质量 3)研制成本 4)创造工艺 5)质量控制
NUDT 12.6
第十一章 复合材料结构设计
Chap.04
11.2 结构设计 结构设计的一般原则 (3) 复合材料失效准则只适用于复合材料的单层.在未规定 复合材料失效准则只适用于复合材料的单层. 使用某一失效准则时,一般采用蔡---吴失效准则,且正则 吴失效准则, 使用某一失效准则时,一般采用蔡---吴失效准则 化相互作用系数F 在未作专门规定时采用-0.5. 化相互作用系数F12*在未作专门规定时采用-0.5. (4) 有刚度要求的一般部位,材料弹性常数的数据可采用试 有刚度要求的一般部位, 验数据的平均值,对有刚度要求的重要部位要选择B基准值. 验数据的平均值,对有刚度要求的重要部位要选择B基准值.
大学_机械工程材料第3版(王运炎朱莉著)课后答案下载
机械工程材料第3版(王运炎朱莉著)课后答案下载机械工程材料第3版(王运炎朱莉著)内容简介第3版前言第2版前言第1版前言绪论一、材料的分类及其在工程技术中的应用二、材料的发展及材料科学的形成三、本课程的目的、任务和学习方法第一章金属材料的.力学性能第一节强度、刚度、弹性及塑性一、拉伸曲线与应力.应变曲线二、刚度和弹性三、强度四、塑性第二节硬度一、布氏硬度二、洛氏硬度三、维氏硬度第三节冲击韧性一、冲击试验方法与原理二、冲击试验的应用第四节断裂韧度一、裂纹扩展的基本形式二、应力场强度因子K1三、断裂韧度K1C及其应用第五节疲劳一、疲劳现象二、疲劳曲线与疲劳极限三、提高疲劳极限的途径四、其他疲劳习题与思考题第二章金属与合金的晶体结构第一节晶体的基本知识一、晶体与非晶体二、晶格、晶胞和晶格常数第二节金属的晶体结构一、金属的特性和金属键二、金属中常见的晶格三、晶体结构的致密度四、晶面与晶向第三节合金的晶体结构一、合金的基本概念二、合金的相结构第四节实际金属的晶体结构一、多晶体与亚组织二、晶体的缺陷习题与思考题第三章金属与合金的结晶第一节纯金属的结晶一、纯金属的冷却曲线和过冷现象二、纯金属的结晶过程三、金属结晶后的晶粒大小四、金属的同素异构转变第二节合金的结晶一、二元合金相图的基本知识二、二元匀晶相图三、二元共晶相图四、合金性能与相图间的关系习题与思考题第四章铁碳合金相图第一节铁碳合金的基本相一、铁素体二、奥氏体三、渗碳体第二节铁-渗碳体相图分析一、上半部分图形——由液态变为固态的一、次结晶(912℃以上部分)二、下半部分图形——固态下的相变三、铁一渗碳体相图中各点、线含义的小结四、铁一渗碳体相图中铁碳合金的分类第三节典型铁碳合金的结晶过程及其组织……第五章钢的热处理第六章金属的塑性变形及再结晶第七章钢第八章铸铁第九章有色金属及粉末冶金材料第十章高分子材料、陶瓷材料及复合材料第十一章机械制造中零件材料的选择附录参考文献机械工程材料第3版(王运炎朱莉著)目录本书为普通高等教育“十一五”__规划教材，曾荣获第三届高等学校机电类专业优秀教材二等奖。
弹性力学 第十一章 热弹性理论及其应用
引言
工业和技术的迅速发展，在高速飞机、火箭、导 弹、热核反应堆等尖端领域中，与材料寿命有关 的热应力分析在设计中已占据着首要地位，研究 有关结构的热应力分析的论文和热弹性理论的专 著己大量涌现，从而推动了热弹性力学理论的发 展。
(qx
qx x
dx)dydzdt
x
由式 qx
T x
得
qx dxdydzdt λ 2T dxdydzdt
x
x 2
同样可得：由 ADDA 和 BCCB两面传t
由ABCD 和ABCD两面传入的净热
量为：
λ
2T z 2
dxdydzdt
第二节 热传导微分方程的推导
2. 热传导微分方程的推导 如图取微小六面体dxdydz，
假定该六面体的温度在dt时间内
升高了T t ，它所积蓄热量是
T cdxdydzdt
t
其中是物体密度，c是比热容。
第二节 热传导微分方程的推导
在时间dt内，由六面体ABAB 面传入的热量为
qxdydzdt,由CDCD面传入的热量为 传入的净热量为： qx dxdydzdt
T n
cos(n,
y)
(6)
qz
T n
cos(n, z)
式（6）与式（2）比较得
qx
T x
qy
T y
qz
T z
(7)
式（7）表明，热流密度在任一方向上的分量，等
于导热系数乘以温度在该方向的递减率。
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材料的优缺点组合示意图
综上所述，复合材料应具有以下三个特点： (1)复合材料是由两种或两种以上不同性能的材 料组元通过宏观或微观复合形成的一种新型材 料，组元之间存在着明显的界面。 (2)复合材料中各组元不但保持各自的固有特性 而且可最大限度发挥各种材料组元的特性，并 赋予单一材料组元所不具备的优良特殊性能。 (3)复合材料具有可设计性。
③ 复合材料受到较大应力时，一些有裂纹的纤维 可能断裂，但塑性好和韧性好的基体能阻止裂 纹扩展。 ④ 纤维受载断裂时，断口不可能都在一个平面上， 若要使整体断裂，必然有许多根纤维从基体中 被拔出，因而必须克服基体对纤维的黏结力以 及基体与纤维之间的摩擦力，从而使材料的抗 拉强度大大提高，与此同时断裂韧度也增加。
（3）梯度功能材料
在这种复合材料中，组元的含量沿着某一方向产生连续 或非连续的变化。组元梯度化的目的是为了实现材料性能 的梯度化，赋予材料多种功能，以满足一些特殊的使用需 要。
三、复合材料的性能特点
1、比强度、比模量高
强度和弹性模量与密度的比值分别称为比强度 和比模量。它们是衡量材料承载能力的一个重要 指标，比强度愈高，在同样强度下，同一零件的 自重愈小；比模量越大，在重量相同的条件下零 件的刚度越大。
（2）化学键理论：认为界面结合力是由化学键 所 引起的。通过对增强相的表面处理形成能与基体 和增强相表面之间产生化学作用的涂层。
（3）可形变层理论：如果纤维与基体的热膨胀 系数相差较大，成型后在界面会产生残余应力； 载荷作用下界面上也会出现应力集中，形成微 裂纹，降低复合材料性能。纤维经表面处理后 在界面上形成一层塑性层，可以松弛并减小界 面应力，这种理论称为可形变层理论。
扩散、溶解结合：基体与增强相之间不发生化学 反应，但产生相互扩散或溶解； 反应结合：基体与增强相之间发生化学反应，在 界面上生成化合物。
1、粘结结合：指基体与增强相之间通过粘结作用 而形成的一种界面结合形式。
（1）表面润湿理论：界面的结合主要依靠基体对 增强相的润湿作用。
机械粘结
物理吸附
四、复合材料的用途
1、机械工业的应用
主要用于阀、泵、齿轮、风机、叶片、轴承及 密封件等。
2、汽车工业及交通运输的应用
汽车工业是复合材料应用最活跃的领域。车身、 驱动轴、操纵杆、方向盘、发动机罩、散热器罩、 底盘等。
3、化学工业的应用
化学工业存在的主要问题是腐蚀。槽、罐、釜、 塔、管道等。
4、航空宇航领域的应用
（4）扩散层理论：基体与增强体之间可以发生 原子或分子的互扩散，从而形成互扩散结合。 对于聚合物，这种粘结机理可以看作为分子链 的缠结；对于金属基和陶瓷基复合材料，是由 于生产过程不可避免涉及到高温，高温下扩散 系数随温度成指数关系增加。 D=D0exp(-Q/RT)
2、溶解结合：基体与增强体之间在充分润湿的情 形下产生一定的相互溶解的界面结合形式。这 种结合形式具有较好的界面结合强度，但同时 由于溶解作用而可能对强化相产生损伤作用。 3、反应结合：基体与增强相之间发生化学反应， 在界面形成反应产物的结合形式。
4、高温强度好 大多数增强纤维在高温下仍能保持高的强度， 用其增强金属和树脂基体时能显著提高它们的耐 高温性能。 5、阻尼减震性好 因为结构的自振频率与材料的比模量平方根成 正比，而复合材料的比模模高，其自振频率也高。 这样可以避免构件在工作状态下产生共振。而且 纤维与基体界面能吸收振动能量，即使产生了振 动也会很快地衰减下来，所以纤维增强复合材料 具有很好的减震性能。
《材料大辞典》：复合材料是根据应用的需要 进行设计，把两种以上的有机聚合物材料，或 无机非金属材料，或金属材料组合在一起，使 之互补性能优势，从而制成的一类新型材料。 一般由基体组元与增强材料或功能体组元所组 成，因此亦属于多相材料范畴。复合材料的特 点之一是不仅能保持原组分的部分优点，而且 产生原组分所不具备的新性能。特点之二是它 的可设计性。
《材料科学技术百科全书》：复合材料是由有 机高分子、无机非金属或金属等几类不同材料 通过复合工艺组合而成的新型材料。它既保留 原组成材料的重要特色，又通过复合效应获得 原组分所不具备的性能。可以通过材料设计使 各组分的性能互相补充并彼此关联，从而获得 更优越的性能，与一般材料的简便混合有本质 区别。
（2）颗粒增强的复合材料的增强机制 颗粒增强复合材料是用金属或高分子聚合物为粘结剂， 把具有耐热性好、硬度高但不耐冲击的金属氧化物、碳 化物，氮化物粘结在一起而形成的材料。这类材料的性
能既具有陶瓷的高硬度及耐热的优点，又具有脆性小、 耐冲击等方面的优点，显示了突出的复合效果。由于强 化相的颗粒较大，它对位错的滑移(金属基)和分子链运 动(聚合物基)已没有多大的阻碍作用，因此强化效果并 不显著。主要不是为了提高材料的强度，而是为了改善 材料的耐磨性和综合力学性能。
二、粒子增强型复合材料的增强机制 粒子增强型复合材料按照颗粒尺寸大小和数量 多少可分为： 弥散强化的复合材料，其粒子直径d一般为 0.0l~0.1μm，粒子体积百分数VP为1％~15％； 颗粒增强的复合材料，粒子直径d 为1~50μm， 体积百分数为VP＞20％。
（1）弥散强化的复合材料的增强机制 在外力的作用下，复合材料的基体主要承受载 荷，而弥散均匀分布的增强粒子将阻碍导致基体 塑性变形的位错运动(金属基体)或分于链运动(高 聚物基体)。而且增强粒子熔点、硬度较高，化学 稳定性好，所以粒子加入后，不但使常温下材料 的强度、硬度有较大提高，而且使高温下材料的 强度下降额度减少，即弥散强化复合材料的高温 强度高于单一材料。
散射和吸收效应：分散和吸收各种机械冲击和热 冲击的能量，提高材料抗外冲击的能力； 诱导效应：使强化相与基体既相互独立又相互协 调，弥补各自缺点，获得新的使用性能。
三、影响界面结合强度的因素
1、强化相的几何形状、表面形貌
2、强化相与基体的性能匹配
物理性能匹配：要求复合材料在承受应力作用
3、组成复合材料的集散情况
（1）分散强化型复合材料
按基体不同 按强化材料形态：颗粒弥散强化
晶须强化 纤维强化
按强化材料加入方式：掺入型
原生复合型
（2）层状复合材料 与强化分散型不同，不是一种材料分散于另一种材料之 中，而是各组元自成一个或数个整体，组元间通过界面结 合而复合成一体。传统的包覆材料是典型的层状复合材料。 金属/金属，金属/陶瓷，金属/高分子，陶瓷/高分子等。
二、复合材料的分类
1、按材料的主要作用 （1）结构复合材料：质量轻、强度刚度高，耐一 定温度，热膨胀系数小，绝热性能好，耐介质腐 蚀等。
（2）功能复合材料：除力以外提供其他物理性能 的复合材料。即电学性能、磁学性能、光学性能、 热学性能、声学性能等。 （3）智能复合材料：自诊断、自适应、自愈合、 自决策。
碳纤维环氧树脂复合材料断裂时，纤维的强度和弹性模量应比基体材料的高。
②基体和纤维之间要有一定黏结作用，而且应具有 适当的结合强度，以保证基体所受的应力通过界 面传递给纤维。
③纤维应有合理的含量、尺寸和分布。
纤维越细，则缺陷越小，材料强度越高；同时 细纤维的比表面积大，有利于增强与基体的结 合力。 连续纤维比短纤维的增强效果好。
2、按基体材料 （1）金属基复合材料(MMC) 基体：金属及其合金 增强材料：多为无机非金属，如：陶瓷颗粒、 碳、石墨、硼纤维等。 （2）陶瓷基复合材料(CMC) 强化材料主要有：各种陶瓷颗粒、晶须、纤维及 某些金属纤维。
（3）高分子基复合材料(PMC) 基体：热固性树脂和热塑性树脂 增强材料：颗粒材料、有机纤维、无机纤维等 （4）碳/碳复合材料：以碳(或石墨)纤维及其织物 为增强材料，以碳(或石墨)为基体，通过加工处 理和碳化处理制成的全碳质复合材料。
第十一章 复合材料基础
本章主要内容：
11.1 概述 11.2 复合材料的界面 11.3 复合材料的增强机制
11.1 概述
一、复合材料的定义
国际标准化组织：复合材料是由两种或两种以上 物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相 固体材料。复合材料的组分材料虽然保持其相对 独立性，但复合材料的性能却不是组分材料的简 单加和，而是有着重要改进。
2、抗疲劳性能好 实验表明，碳纤 维增强复合材料的 疲劳极限可达抗拉 强度的70％一80％， 而金属材料的只有 其抗拉强度的40％ 一50％。
3、抗断裂性能好
纤维复合材料中有大量独立的纤维，平均每平 方厘米面积上有几千到几万根。当纤维复合材料 构件由于超载或其它原因使少数纤维断裂时，载 荷就会重新分配到其它未破断的纤维上，因而构 件不致在短期内突然断裂，故破断安全性好。
和环境温度变化时，各相组分材料的力学性能 和其它的物理性能能够相互协调、匹配。
化学性能匹配：基体对增强材料表面的润湿
性 ；基体与增强材料之间的化学反应。
3、制备与成型工艺的选择
四、界面结合形式
复合材料界面结合形式一般分为三种类型：
粘结结合：基体与增强相之间既不发生化学反应， 也不产生相互溶解；
纤维的排列方向应符合构件的受力要求。
④ 纤维应与基体的线膨胀系数相匹配。通常要求 两者的线膨胀系数相近。对于韧性较低的基体 (例如陶瓷和热固性树脂)，纤维的线膨胀系数 应略高于基体的线膨胀系数；对于韧性较好的 基体，纤维的线膨胀系数应略低于基体的线膨 胀系数。 ⑤ 纤维与基体之间要有良好的相容性。以便在高 温作用下纤维与基体之间不发生化学反应，基 体对纤维不产生腐蚀和损伤作用。
11.3复合材料的增强机制
一、纤维增强复合材料的增强机制 纤维增强复合材料是由高强度、高弹性模量 的连续(长)纤维或不连续(短)纤维与基体(树脂或 金属、陶瓷等)复合而成。复合材料受力时，高 强度、高模量的增强纤维承受大部分载荷，而 基体主要作为媒介，传递和分散载荷。
① 增强纤维脆性较大，内部往往存在一些微裂纹， 容易断裂，材料的强度不能被充分利用。但是 如果能将脆性材料制成细纤维，因直径细小， 而使产生裂纹的几率降低，有利于纤维脆性的 改善和强度的提高。 ② 纤维处于基体之中，彼此隔离，纤维表面受到 基体的保护作用，不易遭受损伤，不易在承裁 过程中产生裂纹，使承载能力增强。