第一章复合材料的概念分类及其发展历程
复合材料
复合材料
1.前言
复合材料是指由两种或两种以上不同性质的材料，通过不同的工艺方法人工合成的，各组分间有明显界面且性能优于各组成材料的多相材料。它是二十世纪最重要的人工材料之一，成为继金属、陶瓷、高分子材料之后的第四类材料。从“二战”玻璃纤维增强复合材料应用开始，到目前以碳纤维增强复合材料为代表的各种先进复合材料，由于其优越性能和可设计性等突出优点，备受关注。复合材料的发展大都以国防、航空航天需求为牵引，通过材料研发与应用水平的提高，不断的更新换代，现已被推广到航空航天、船舰、交通、能源、建筑、桥梁以及休闲等领域。
2.复合材料的发展历史
复合材料具有很长的历史，人类在远古时代就从实践中认识到，可以根据用途需要，组合两种或多种材料，利用性能优势互补，制成原始的复合材料。所以，复合材料既是一种新型材料，也是一种古老的材料。复合材料的发展历史，可以从用途、构成、功能，以及设计思想和发展研究等，大体上分为古代复合材料和现代复合材料两个阶段。从使用方面讲，复合材料可以分为三个时期：远古时代，古代，近代。复合材料因为时代的不同而不断发展，每个时期都有具一定代表的材料，在远古时期主要是人们用稻草掺入黏土做土坯，在古代时期人们用钢铁层压法制成刀剑等，在近代，发展较快是以1942年制出的玻璃纤维强化塑料为起点。随后为了提高纤维的弹性率，开发了硼纤维、碳纤维、耐热氧化铝纤维等。另一方面，为改善树脂的耐热性，对金属基复合材料也开展了研究。FRM 的耐热温度已达450℃，强度在1500 MPa以上。同时，对陶瓷等无机材料作为复合材料的基体也有了新的认识，在研究开发基础上有了广泛的应用。
复合材料结构与性能
预浸料制备
将增强纤维与聚合物基体混合，经过浸渍、加热、冷却等 工艺过程，制备成预浸料。预浸料的质量直接影响复合材 料的性能。
热压成型
将预浸料放在模具中，加热加压，使聚合物熔化流动，同 时使增强纤维相互交织形成整体结构。热压成型工艺简单 ，适合批量生产。
缠绕成型
将预浸料缠绕在芯模上，加热加压固化，得到一定形状和 尺寸的复合材料制品。缠绕成型工艺适合制造各种形状复 杂的管材和型材。
层压成型
将多层预浸料叠加在一起，加热加压固化，得到层压复合 材料。层压成型工艺适合制造大型平板和薄板。
金属基复合材料的制备工艺
01
粉末冶金法
将增强材料与金属粉末混合，经过压制、烧结等工艺过程，制备成金属
基复合材料。粉末冶金法制备的复合材料具有高强度、高耐磨性等特点
。
02
铸造法
将增强材料放入金属熔体中，通过搅拌或其它方式使增强材料在金属基
汽车内饰
复合材料因其美观、耐用 和易清洁等特点，被用于 制造汽车内饰件。
建筑领域的应用
桥梁和高层建筑
复合材料因其高强度和轻质等特点，被用于制造 桥梁和高层建筑的构件。
节能建筑
复合材料在节能建筑中用于制造保温隔热材料， 提高建筑的保温性能。
建筑装饰
复合材料在建筑装饰中用于制造美观、耐用和易 清洁的装饰材料。
料的制造工艺和结构设计。
复合材料介绍课件(2024)
应用领域及市场前景
应用领域
复合材料在航空航天、汽车、建筑、能源、 电子、医疗等领域得到了广泛应用。例如， 碳纤维增强树脂基复合材料在航空航天领域 被用于制造轻质高强度的飞机结构件；金属 基复合材料在汽车领域被用于制造高性能的 发动机零件；陶瓷基复合材料在建筑领域被 用于制造耐高温、耐腐蚀的建筑材料。
可设计性
通过选择合适的原材料和加工工艺，可以设计出满足不 同性能要求的复合材料。
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优异的力学性能
复合材料往往具有比单一材料更高的强度、刚度和韧性 等力学性能。
耐腐蚀性
许多复合材料具有良好的耐腐蚀性，能够在恶劣环境下 长期使用。
功能性
一些复合材料还具有特殊的功能，如导电、导热、隔音 、隔热等。
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市场前景
随着科技的不断进步和环保意识的提高，复 合材料的应用领域将不断扩大，市场需求也 将持续增长。未来，复合材料将在新能源、 智能制造、生物医疗等新兴领域发挥更大的 作用，同时也将面临更高的性能要求和更严
格的环保标准。
6
02
复合材料组成与结构
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基体材料选择与性能
发展历程
复合材料的发展经历了从天然复合材料到人工合成复合材料的过程。随着科技的不断进步，复合材料的种类和性 能不断得到拓展和提升。
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复合材料的概念、分类及其发展历程
按应用领域分类
航空航天复合材料
用于制造飞机、卫星、火箭等 航空航天器，要求具有高强度
、轻质、耐高温等特性。
汽车复合材料
用于制造汽车零部件，要求具 有耐磨、耐冲击、减震等特性 。
建筑复合材料
用于建筑结构和装饰，要求具 有防火、隔音、保温等特性。
复合材料能够提供高性能的运动 器材，如碳纤维自行车、高尔夫 球杆等，提高运动员的成绩和表
现。
轻量化体育器材
复合材料能够实现体育器材的轻 量化，如羽毛球拍、网球拍等， 提高运动员的灵活性和机动性。
安全防护器材
复合材料具有较好的抗冲击和抗 碰撞性能，能够提供安全防护器 材，如头盔、护具等，保护运动
员的安全。
复合材料的定义
复合材料是由两种或两种以上材料组 成的一种多相材料，各相之间具有明 显的界面。
复合材料通过优化各组分的性能，可 以获得单一材料无法达到的综合性能 。
02
复合材料的分类
按形态分类
01
02
03
04
颗粒复合材料
由一种或多种颗粒分散在基体 中构成，如金属粉末、陶瓷颗
粒等。
纤维增强复合材料
用等方面。
提高性能与功能
未来复合材料将朝着更高性能、更多功能 的方向发展，以满足更加严苛的工程要求。
第一章复合材料的概念、分类及其发展历程
第一章复合材料的概念、分类及其
13
发展历程
以下面五点概括了复合材料的特点： 1、复合材料的组分和相对含量是由人工选择和设计的； 2、复合材料是以人工制造而非天然形成的（区别于具有 某些复合材料形态特征的天然物质）；
第一章复合材料的概念、分类及其
14
发展历程
3、组成复合材料的某些组分在复合后仍然保持其固有 的物理和化学性质（区别于化合物和合金）；
复合材料
第一章复合材料的概念、分类及其
1
发展历程
主要参考资料
1、现代复合材料----陈华辉 邓海金 李 明 （中国物质出版社,1998） 2、复合材料概论----王荣国 武卫莉 （哈尔滨工业大学出版社,1999） 3、复合材料--------吴人洁（天津大学出版社,2000） 5、复合材料及其应用—尹洪峰,任耘（陕西科学技术出版社,2003） 6、高性能复合材料学---郝元恺,肖加余 (化学工业出版社,2004) 7、先进复合材料----鲁 云 朱世杰 马鸣图 （机械工业已出版社,2004） 8、复合材料--------周曦亚（化学工业出版社,2005）
第一章复合材料的概念、分类及其
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发展历程
《材料大辞典》中关于复合材料的定义为：
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。
材料学概论基础知识点总结
材料学概论基础知识点总结
一、材料学概论概念及发展历程
材料学是一门研究材料结构、性能、加工工艺及应用的学科，是现代工程技术和科学研究
的基础。材料学的研究对象主要包括金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合
材料等。材料学概论是材料学的基础课程，主要介绍材料学的基本概念、发展历程、分类、性能和应用等内容。
材料学的发展可以追溯到古代，人类在生产和生活中使用各种原始材料制作工具、器物、
建筑等。随着工业革命的到来，材料学得到了迅速的发展，尤其是在20世纪以来，材料
科学和工程学得到了迅速发展，涌现了一大批优秀的材料科学家和工程师，推动了材料学
的发展。
二、材料的分类和基本性能
1. 材料的分类
材料按其化学成分和组织结构可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合
材料四大类。根据材料的性能和用途，还可以进一步细分为结构材料、功能材料和特种材
料等。
金属材料是由金属元素组成的材料，具有亲密的金属结合，通常具有优良的导电性、导热
性和塑性等特点，广泛应用于工程技术中。
无机非金属材料是由非金属元素或其化合物组成的材料，主要包括陶瓷、硅酸盐、玻璃等，具有高硬度、抗热、抗腐蚀等特点，广泛应用于建筑、电子、化工等领域。
有机高分子材料是由含碳的高分子化合物组成的材料，主要包括塑料、橡胶、纤维等，具
有轻质、良好的可塑性和绝缘性能，广泛应用于包装、建筑、医疗、轻工等领域。
复合材料是由两种或两种以上的不同材料组合而成的新材料，具有多种材料的优点，广泛
应用于航空航天、汽车、建筑、体育用品等领域。
2. 材料的基本性能
《复合材料概论》课程教学大纲
《复合材料概论》课程教学大纲
课程代码：ABCL0410
课程中文名称：复合材料概论
课程英文名称：Introduction of Composite Materials
课程性质：选修
课程学分数：1.5
课程学时数：24
授课对象：材料化学专业
本课程的前导课程：物理化学、材料科学基础等
一、课程简介
本课程是材料化学等专业的一门重要的专业课程。是从事无机材料科学研究和工程制造的科技人员必须具备的专业基础知识。通过本课程的学习，使学生掌握材料表面与界面的基本概念、基本理论和基本研究方法，为今后在工作中打下有关材料研究和材料表面改性的理论基础。本课程以恰当的比例分别对复合材料的各种增强材料、复合材料的各种基体材料以及聚合物基复合材料、陶瓷基复合材料等的性能、制备、应用和发展动态进行了较为系统的讨论。使学生在已有的材料科学的基础上，较为系统地学习复合材料的各种基体材料和增强材料，以及各种复合材料的性能、制备方法与应用，了解材料的复合原理，以及复合材料的发展方向。从而丰富和拓宽学生在材料及材料学方面的知识。
二、教学基本内容和要求
1、绪论
课程教学内容：复合材料的国内外发展状况及今后的发展方向；复合材料的分类；复合材料的基本性能；复合材料的增韧增强原理；复合材料的特性；复合材料的应用。
课程教学要求：掌握复合材料的基本性能及分类，了解复合材料的应用。
2、材料的基体材料
课程教学内容：
金属材料：金属的结构与性能、各种合金材料；
陶瓷材料：包括水泥、氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷；
聚合物材料：聚合物的种类、结构与性能，复合材料选用聚合物的原则。
《复合材料》PPT课件
02
颗粒增强材料
03
片状增强材料
如碳化硅颗粒、氧化铝颗粒等， 可提高复合材料的硬度、耐磨性 和热稳定性。
如石墨片、金属片等，可改善复 合材料的导热、导电性能和力学 性能。
界面与相互作用
界面类型
包括物理界面和化学界面，前者通过机械结合实现载荷传递，后 者通过化学键合实现紧密结合。
界面作用
界面在复合材料中起到传递载荷、阻止裂纹扩展和调节复合材料 性能的作用。
界面优化
通过改变界面结构、引入界面相或采用表面处理等方法，可优化 界面性能，提高复合材料的整体性能。
03 复合材料的制备工艺
CHAPTER
原材料选择与预处理
增强材料的选择
根据性能要求选择合适的纤维、颗粒等增强材料， 如碳纤维、玻璃纤维、陶瓷颗粒等。
基体材料的选择
根据应用场景和性能要求选择合适的树脂、金属、 陶瓷等基体材料。
建筑领域应用
建筑结构
复合材料可用于制造建 筑结构部件，如梁、板、 柱和墙体等，具有轻质、 高强度和耐腐蚀等优点。
建筑材料
复合材料还可作为建筑 材料使用，如复合地板、 复合门窗和复合墙板等， 具有美观、环保和耐用 等特点。
装饰装修
复合材料也可用于建筑 装饰装修领域，如吊顶、 隔断和家具等，具有多 样化的外观和优良的性 能。
生物相容性
部分复合材料具有良好的生物相 容性，可用于医疗器械、生物植 入物等领域。
复合材料的发展历程
复合材料的发展历程
Composite materials have played a significant role in the development of various industries, including aerospace, automotive, and construction. These materials are made up of two or more components with different physical and chemical properties, combined to create a material with enhanced characteristics. The history of composite materials dates back to ancient times, where natural fibers such as straw and mud were used to build structures. However, it was not until the 20th century that modern composite materials, such as fiberglass and carbon fiber, were developed.
复合材料在各个行业的发展中发挥着重要作用，包括航空航天、汽车和建筑。这些材料由两种或两种以上具有不同物理和化学特性的成分组成，结合在一起形成具有增强特性的材料。复合材料的历史可以追溯到古代，当时使用天然纤维如稻草和泥土来建造建筑物。然而，直到20世纪，现代复合材料，
第一章 复合材料的概念、分类及其发展历程
40
13
材料科学家们认为，就世界范围而论，从1940 年到1960年这20年间，是玻璃纤维增强塑料时代， 可以称为复合材料发展的第一代。 复合材料发展的第一代 第一代：1940年到1960年，玻璃纤维增强塑 料；
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玻璃钢硬度高，比钢材轻得多。玻璃钢加 工容易，不锈不烂。 喷气式飞机上用它作油箱和管道，可减轻 飞机的重量。 登上月球的宇航员们 玻璃钢储罐 ，他们 身上背着的微型氧气瓶，也是用玻璃钢制成 的。 我国已广泛采用玻璃钢制造各种小型汽 艇、救生艇、游艇，以及汽车制造业等，节 约了不少钢材
复合材料的命名
•强调基体材料：树脂基复合材料 •强调增强体材料：碳纤维增强复合材料 •基体与增强体材料共用：玻璃纤维增强 环氧树脂，玻璃纤维/环氧树脂，
37
复合材料的命名
• • • • • • MMC (metal matrix composite) FRP (Fiber Reinforced composite) GF/Epoxy SiCf /Al SiCp /Al SiCw/Al
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1990年以后则被认为是复合材料发展的第四代，主要发 复合材料发展的第四代 展多功能复合材料，如 机敏（智能）复合材料和 多功能复合材料 机敏（智能）复合材料 梯度功能材 料等。 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。
复合材料PPT课件
按基体类型分类
按增强体类型分类
颗粒增强复合材料、纤维增强复合材 料、层状复合材料等。
聚合物基复合材料、金属基复合材料、 陶瓷基复合材料等。
发展历程及现状
发展历程
从20世纪初的萌芽阶段，到20世纪中 后期的快速发展阶段，再到21世纪的 广泛应用阶段，复合材料经历了不断 发展和完善的过程。
现状
目前，复合材料已经在航空航天、汽车、 建筑、电子、医疗等领域得到了广泛应 用，并且随着科技的不断进步，其性能 和应用范围仍在不断拓展。
分类
金属基体、陶瓷基体、树 脂基体等。
选择原则
具有良好的工艺性、稳定 性、与增强材料相容性以 及满足产品要求的物理、 化学和力学性能。
增强材料
定义
增强材料是复合材料中承 载的主体，起到提高复合 材料力学性能的作用。
分类
纤维增强材料（如碳纤维、 玻璃纤维等）、颗粒增强 材料（如陶瓷颗粒、金属 颗粒等）。
开发能够主动驱动或响应外部刺激的复合材 料，如压电材料、形状记忆材料等。
THANKS
感谢观看
良好的隔音性能
复合材料的内部结构可以有效吸收和隔绝声 音，降低噪音传播。
化学性能
耐腐蚀性
许多复合材料具有出色的耐腐蚀性， 能够抵抗酸、碱、盐等化学物质的侵 蚀。
耐候性
复合材料在户外环境中能够抵抗紫外 线、氧化、潮湿等自然因素的影响， 保持性能稳定。
【材料课件】第一章复合材料的概念、分类及其发展历程.pptx
吴人洁教授“在复合材料的未来发展”一文中指出：复 合材料将由宏观复合形式向微观(细观)复合形式发展。微观 复合材料包括：均质材料在加工过程中内部析出的增强相和 剩余的基体相构成的原位复合材料或纤维增强复合材料，也 包括用纳米级增强体的复合材料以及刚强棒状分子增强的分 子复合材料等。
综上所述，复合材料定义所阐述的主要有两点，即组成规 律和性能持征。
复合材料
化学化工学院 薄其兵
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主要参考资料
1、现代复合材料----陈华辉 邓海金 李 明 （中国物质出版社,1998） 2、复合材料概论----王荣国 武卫莉 （哈尔滨工业大学出版社,1999） 3、复合材料--------吴人洁（天津大学出版社,2000） 4、复合材料科学与工程---倪礼忠,陈麒(科学出版社,2002) 5、复合材料及其应用—尹洪峰,任耘（陕西科学技术出版社,2003） 6、高性能复合材料学---郝元恺,肖加余 (化学工业出版社,2004) 7、新材料概论--- 谭毅, 李敬锋(冶金工业出版社,2004) 8、先进复合材料----鲁 云 朱世杰 马鸣图 （机械工业已出版社,2004）
建议教材：复合材料--------周曦亚（化学工业出版社,2005）
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目录
第一章 复合材料的概念、分类及其发展历程
第二章 复合材料基本特性、应用及其研究现状
第三章 复合材料的基体材料
复合材料的发展历程
复合材料的发展历程
复合材料的“破茧成蝶”之路——一段颠覆性创新历程
从古至今，人类对于材料的探索从未止步，而其中最为璀璨夺目的一颗星，莫过于复合材料。它宛如一只历经风雨、破茧而出的蝴蝶，以其独特的魅力和无限潜力，在科技的舞台上翩翩起舞，一次次改写着人类生活的篇章。
遥想当年，“复合”这一概念尚未深入人心，单一材料独领风骚的时代，人们受限于材料性能的瓶颈，难以实现对更高、更快、更强的追求。然而，自上世纪40年代始，复合材料犹如石破天惊般崭露头角，一场材料领域的革命悄然拉开帷幕。以玻璃纤维增强塑料（GFRP）为代表的初代复合材料，凭借其轻质高强的特点，瞬间点亮了航空航天及汽车制造等行业的曙光。
进入70年代，碳纤维增强复合材料（CFRP）横空出世，其强度是钢铁的数倍，重量却只有其几分之一，堪称材料界的“黑科技”。这一突破性的进展，如同在材料科学领域扔下一颗震撼弹，让世人看到了复合材料那前所未有的可能性。不论是F1赛车的速度狂飙，还是波音787梦幻飞机的翱翔天际，都离不开CFRP的助力。此刻，复合材料已不再仅仅是科研实验室里的神秘客，而是实实在在地飞入寻常百姓家，成为支撑现代工业发展的中流砥柱。
步入21世纪，纳米复合材料、生物复合材料等新型复合材料如雨后春笋般涌现，它们不仅继承了前辈们的优良基因，更是在多功能化、智能化等方面实现了全新的飞跃。比如，自我修复复合材料能自动修复损伤，仿佛拥有生命一般；生物可降解复合材料则致力于解决环保难题，为构建可持续发展的未来添砖加瓦。这些革新之举，让人惊叹不已，也再次印证了复合材料那无穷无尽的创造力与生命力。
复合材料在土木工程中的发展与应用探讨
复合材料在土木工程中的发展与应用探讨
摘要：近年来，我国的科技发展迅速，尤其是材料科学取得了极大的进步与成果，新型的复合材料不断出现，并在多个行业与领域获得广泛的应用。土木工程
时我国的热点行业与领域之一，随着我国经济的发展，各种大中型的土木工程项
目不断出现，在土木工程的发展与建设过程中，复合材料的应用越来越多，并取
得了较好的效果，体现出极大地优势与前景。复合材料具有成本低、强度大、质
量轻、抗腐蚀能力强以及环保易用等多种优势。本文对复合材料在土木工程中的
发展与应用进行分析，从复合材料的概念以及分类出发，分析复合材料的特性，
并论探讨其发展与应用的前景。
关键词：复合材料；土木工程；发展；应用
前言：
随着我国经济的高速发展，我国的土木工程建设项目越来越多，规模越来越大，发展越
来越快，应用的新技术与新材料越来越频繁。在土木工程建设中复合材料的应用成为新的趋
势之一，得益于我国基础科学的进步，材料合成领域的成果不断的出现，极大的丰富了土木
工程中材料的可选择性。相比于传统的单一材料，复合材料有多种优点，比如成本更低、承
压能力更好、结构强度更高、质量更强等等，极大的促进了我国土木工程建设技术的发展。
目前，在我国大部分的土木工程项目的施工建设中，都应用了较多的复合材料，并且随着新
型复合材料的出现，这一趋势还在不断加强与发展。
一、复合材料的概念与分类
1.复合材料的概念
复合材料指的是通过一定的技术手段，以化学反应或者物理结合的方式，将两种或者两
种以上的材料进行融合形成一种的一种新型材料。复合材料通常情况下结合了不同材料的优
《无机复合材料及工艺》-绪论
无机复合材料及工艺
主讲：岳光辉副教授（yuegh@）周志东副教授（zdzhou@）
绪论
Introduction
⏹无机复合材料的重要性⏹无机复合材料的基本概念⏹本课程的主要内容及要求
一、无机复合材料的重要性
材料是人类社会发展的基石
人类社会发展历程
复合材料作为一类重要的高技术新材料，是一门多学科交叉的新型学科、是新材料开发应用的一个新型领域。
从学科发展和技术革新两方面均有其独特的重要性。
2005年国家科技部颁发了两项国家技术发明一等奖
国家技术发明一等奖，这个代表着我国原创性发明最高水准的奖项，在连续6年的国家科技奖励中一直空缺。国人翘首以盼，科技界望眼欲穿！2005年3月，6年的沉寂终于被打破！
这两项均是有关复合材料的项目，而且均是无机复合材料。
★西北工业大学张立同院士等，以“耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合材料应用技术研究”荣获国家技术发明一等奖。
★中南工业大学黄伯云院士等，以“高性能炭/炭航空制
动材料的制备技术”荣获国家技术发明一等奖。
耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合
材料应用技术
胡锦涛总书记接见张立同院士张立同院士工作照
阅读资料1：《国家科技发明一等奖获得者张立同院士创新之路》
耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合
材料应用技术
该项目研制的连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料，在国际上被公认为是反映一个国家先进航空航天器制造能力的战略性新型热结构材料。
它比铝还轻、比钢还强、比碳化硅陶瓷更耐高温、抗氧化烧蚀，而且克服了陶瓷的脆性，不会发生突发灾难性破坏，替代金属材料可解决目前航空航天器燃料20%至30%浪费的问题，以满足其向高速度、高精度、高搭载和长寿命发展的需求。
《复合材料》PPT课件-2024鲜版
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增强材料
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纤维增强材料
01
如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等，具有高比强度、高比模量、
耐疲劳等优点。
颗粒增强材料
02
如碳化硅颗粒、氧化铝颗粒等，可提高复合材料的硬度、耐磨
性和热稳定性。
片状增强材料
03
如石墨片、金属片等，可改善复合材料的导热性、导电性和阻
尼性能。
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界面与相互作用
复合材料的制备工艺
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原材料选择与预处理
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增强材料选择
如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等，具有高比强度、高比模量等 优点。
基体材料选择
如环氧树脂、聚酰胺、聚酯等，具有良好的粘结性、耐腐蚀性等 特点。
原材料预处理
包括清洗、干燥、剪裁、浸润等步骤，以确保原材料的质量和性 能。
良好的电性能
复合材料可以通过选择合适的组分来实现良好 的电绝缘性或导电性。
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良好的隔音和减振性能
复合材料能够有效地吸收和分散声波和振动能量，具有良好的隔音和减振效果。
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化学稳定性及耐腐蚀性
良好的化学稳定性
许多复合材料在酸、碱、盐等腐蚀性介质中能够 保持稳定的性能，不易发生化学反应。
发动机和底盘部件 复合材料可用于制造汽车发动机罩、底盘护板等部件，具 有减振、降噪和提高耐久性等优点。
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• (3) 复合材料具有可设计性。
• 复合材料的结构通常是一个相为连续相，称为基体；而 另一相是以独立的形态分布在整个连续相中的分散相，与连 续相相比，这种分散相的性能优越，会使材料的性能显著增 强，故常称为增强体 (也称为增强材料、增强相等)。
• 在大多数情况下，分散相较基体硬，强度和刚度较基体 大。分散相可以是纤维及其编织物，也可以是颗粒状或弥散 的填料。在基体与增强体之间存在着界面。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
• 上述复合材料的定义较易被普遍接受，它不仅明确指 出复合材料是“通过人工复合的”和“有特殊性能的”材 料，而且还指明了复合材料的组分、结构特点及与其他种 材料（如简单混合物、化合物、合金）的特征区别。 • 根据上述复合材料的定义，复合材料应不包括ห้องสมุดไป่ตู้然形 成的具有某些复合材料形态的物质、化合物、单相合金和 多相合金。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
• 因此复合材料必须通过对原材料的选择，各组分 分布的设计和工艺条件的保证等，以使原组分材料的优 点互相补充，同时利用复合材料的复合效应使之出现新 的性能，最大限度地发挥优势。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
• 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 具备的优良持殊性能。
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
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
•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
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
通过对各种定义、解释加以总结，复合材料应包括： 组元是人们根据材料设计的基本原则有意识地选择， 至少包括两种物理和力学性能不同的独立组元，其中一组元 的体积分数一般不低于20％，第二组元通常为纤维、晶须或 颗粒； 复合材料是人工制造的，而非天然形成的。 复合材料的性质取决于组元性质的优化组合，它应优 于独立组元的性质，特别是强度、刚度、韧性和高温性能。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
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：
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
•材料的分类
•（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。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
•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；
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而我国则常把这类复合材料通称为“玻璃钢”。碳纤维
和金属基体构成的复合材料叫“金属基复合材料”，也
可写为“碳／金属复合材料”。碳纤维和碳构成的复合
材料叫“碳／碳复合材料”。
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• 国外还常用英文编号来表示，如MMC（Metal Matrix Composite）表示金属基复合材料，FRP（Fiber Reinforced Plastics）表示纤维增强塑料，而玻璃纤维/环 氧则表示为GF/Epoxy, 或G/Ep(G-Ep)
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•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
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第一章 复合材料的概念、分类及其发展历程
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
材料分类：金属、无机非金属、有机高分子材料 各有千秋 扬长避短
克服单一材料的缺点 产生原来单一材料没有本身所没有的新性能
复合材料
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•各种材料在各个历史时期相对重要性
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•2、复合材料的命名
• 复合材料在世界各国还没有统一的名称和 命名方法，比较共同的趋势是根据增强体和基 体的名称来命名，通常有以下三种情况：
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•（1）强调基体时以基体材料的名称为主。如树脂基复 合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等。 •（2）强调增强体时以增强体材料的名称为主。如玻璃 纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、陶瓷颗粒增 强复合材料等。
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•１、复合材料的定义
• 什么是复合材料 (Composition Materials , Composite) ? • 要给复合材料下一个严格精确而又统一的定义是很困难 的。概括前人的观点，有关复合材料的定义或偏重于考虑复 合后材料的性能，或偏重于考虑复合材料的结构
• 按这Matthews和Rawlings给出的定义，钢铁及其合 金不应属于复合材料，如Co—Cr—Mo—Si合金不属于 复合材料，因为这种合金经过熔化和凝固过程；而仅有 像SiC颗粒强化的Al合金这种混合而成的材料才属于复合 材料。因此有人认为可将复合材料划分为广义复合材料 和狭义复合材料。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
• 以下面五点概括了复合材料的特点： •1、复合材料的组分和相对含量是由人工选择和设计的； •2、复合材料是以人工制造而非天然形成的（区别于具有 某些复合材料形态特征的天然物质）；
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•3、组成复合材料的某些组分在复合后仍然保持其固有 的物理和化学性质（区别于化合物和合金）； •4、复合材料的性能取决于各组成相性能的协同。复合 材料具有新的、独特的和可用的性能，这种性能是单个 组分材料性能所不及或不同的； •5、复合材料是各组分之间被明显界面区分的多相材料。
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•（3）基体材料名称与增强体材料并用。这种命名方法 常用来表示某一种具体的复合材料，习惯上把增强体材 料的名称放在前面，基体材料的名称放在后面。
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例如：“玻璃纤维增强环氧树脂复合材料”，或
简称为“玻璃纤维/环氧树脂复合材料或玻璃纤维/环氧”。
第一章 复合材料的概念 分类及其发展历程
2020/11/27
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
主要参考资料
•1、现代复合材料----陈华辉 邓海金 李 明 （中国物质出版社,1998） •2、复合材料概论----王荣国 武卫莉 （哈尔滨工业大学出版社,1999） •3、复合材料--------吴人洁（天津大学出版社,2000） •5、复合材料及其应用—尹洪峰,任耘（陕西科学技术出版社,2003） •6、高性能复合材料学---郝元恺,肖加余 (化学工业出版社,2004) •7、先进复合材料----鲁 云 朱世杰 马鸣图 （机械工业已出版社,2004） •8、复合材料--------周曦亚（化学工业出版社,2005）
•金 •铜 •铁
•高分子
•木材
•皮肤 •动物胶 •纤维
•钢 •合金钢
•导电高分子
•高温合金
•复合材料
•石材 •陶器
•陶瓷 •玻璃
•橡胶
•高模聚合物
•电木
•尼龙
•聚酯
•金属基复合材料
•PAN
•PE •PS •PC
•PP
•陶瓷基复合材料
•水泥 •耐火材料
•熔融硅
•耐湿陶瓷
•韧性机械陶瓷
•10000BC •5000BC
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•《材料大辞典》中关于复合材料的定义为： •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。
材料。
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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”。
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•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。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
• F．L. Matthews和Ｒ．D．Rawlings认为，复合材料 是两个或两个以上组元或相组成的混合物，并应满足下面 三个条件： • (1)组元含量大于5％； • (2)复合材料的性能显著不同于各组元的性能， • (3)通过各种方法混合而成。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
国际标准化组织：由两种以上在物理和化学上不同的物质 组合起来而得到的一种多相固体材料。 《材料科学技术百科全书》中关于复合材料的定义如下： 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。
• 从广义上讲，复合材料是由两种或两种以上不同化学性 质的组分组合而成的材料。但在现代材料学界中，复合材料专 指由两种或两种以上不同相态的组分所组成的材料。 • 复合材料可定义为：用经过选择的、含一定数量比的两 种或两种以上的组分（或称组元），通过人工复合、组成多相、 三维结合且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的材料。
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•偏重于考虑复合后材料的性能 •诸如（１） 复合材料是由两种或更多的组分材料结合 在一起，复合后的整体性能应超过组分材料，保留了所 期望的性能(高强度、刚度、轻的重量)，抑制了所不期 望的特性(低延性)。
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•（２） 复合材料是多功能的材料系统，它们可提供任 何单一材料所无法获得的特性；它们是由两种或多种成 分不同，性质不同，有时形状也不同的相容性材料，以 物理形式结合而成的。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
•目 录
第一章 复合材料的概念、分类及其发展历程
第二章 复合材料基本特性、应用及其研究现状
第三章 复合材料的基体材料
第四章 复合材料的增强材料
第五章 复合材料的成型工艺
第六章 功能复合材料
第七章 复合材料的复合原则及界面
第八章 陶瓷基复合材料
第九章 金属基复合材料
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
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。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
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。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
• 根据《材料大辞典》中关于复合材料的定义可以看出, 复合材料具有两个鲜明的特点: •１、复合材料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。 •２、复合材料具有可设计性。由于各种原材料都具有各自的 优点和缺点，所以在组合时可能出现如下图所示的结果。