王国荣版复合材料概论的课件 第一章_总论
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复合材料概论全套课件312P
复合材料概论全套课件312P一、教学内容本节课我们将学习《复合材料概论》一书的第1章“复合材料概述”和第2章“复合材料的组成与结构”。
详细内容包括复合材料的基本概念、分类、性能特点，以及复合材料的基体、增强体、界面等基本组成部分和作用。
二、教学目标1. 了解复合材料的基本概念、分类及性能特点。
2. 掌握复合材料的组成、结构和制备方法。
3. 能够运用所学知识分析复合材料的性能与应用。
三、教学难点与重点教学难点：复合材料的组成、结构和性能关系。
教学重点：复合材料的基本概念、分类、性能特点及其应用。
四、教具与学具准备1. 教具：多媒体课件、黑板、粉笔。
五、教学过程1. 导入：通过展示复合材料在日常生活中的应用实例，激发学生的学习兴趣，引入本节课的主题。
2. 知识讲解：（1）复合材料的基本概念、分类及性能特点；（2）复合材料的组成、结构和制备方法。
3. 例题讲解：分析一个具体复合材料的性能，引导学生运用所学知识解决问题。
4. 随堂练习：设计若干有关复合材料的选择题、填空题和简答题，巩固所学知识。
5. 小组讨论：分组讨论复合材料在实际应用中的优势与局限性，培养学生的团队协作能力。
六、板书设计1. 复合材料基本概念2. 复合材料分类3. 复合材料性能特点4. 复合材料组成与结构5. 复合材料制备方法七、作业设计1. 作业题目：（1）简述复合材料的基本概念及其分类。
（2）解释复合材料的性能特点及其应用。
（3）分析复合材料组成、结构与性能之间的关系。
2. 答案：（2）复合材料具有轻质、高强度、耐腐蚀、耐磨损、导电性等特点，广泛应用于航空航天、汽车、建筑、电子等领域。
（3）复合材料的性能取决于基体、增强体和界面的性质。
基体负责传递应力，增强体负责提供强度和刚度，界面则是连接基体和增强体的桥梁。
八、课后反思及拓展延伸2. 拓展延伸：鼓励学生查阅相关资料，了解复合材料在新能源、生物医学等领域的应用，拓宽知识视野。
重点和难点解析1. 教学内容的难点与重点；2. 教学过程中的例题讲解；3. 作业设计中的题目和答案；4. 课后反思及拓展延伸。
复合材料概论总论
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1.5.4 工艺特性
不同复合材料成型及加工工艺差别很大， 但各类复合材料相对于其所用的基体材料而 言，成型与加工工艺并不复杂，有时很简单。 如：
RMC、MMC、CMC可整体成型，可大大 减少结构中的装配零件数量，提高构件的质 量和使用可靠性；
短纤维或颗粒增强MMC，可采用传统的 金属工艺进行制备和二次加工。
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1.6.1 航空航天领域中的应用
复合材料的高比强度、高比模量、良好 的抗疲劳损伤、独特的可设计性，可使飞行 器显著提高结构效率和寿命，减轻重量，改 善气动力性能，同时在隐身、智能、结构综 合等方面显示巨大的潜力。
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国外军用飞机上应用情况
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1.5.5 影响复合材料性能的主要因 素
增强材料的性能； 基体材料的性能； 含量及其分布状况； 界面结合情况； 作为产品还与成型工艺和结构设计。
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1.6 复合材料的应用
目前复合材料已大量应用在航空航天、 国防、建筑、化工、能源、体育等国民经济 经济各领域。
比强度、比模量高；
耐磨性好（MMC、C/C复合材料）；
抗疲劳性能好，通常金属材料的疲劳强度 极限/拉伸强度=30-50%，而CFRP的疲劳强度 极限/拉伸强度=70-80%；
抗冲击能力强（如：RMC）； 高温性能好（如：MMC、C/C复合材料）
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表1-1 传统金属材料与复合材料性能比较
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续 表
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国外民用飞机上复合材料的应用
复合材料第一章-绪论
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第一章 绪论
1.1 前言 1.1.1 材料、材料分类及材料与社会文明 1.1.2 材料科学的形成及现状 1.1.3 复合材料的提出及发展简史 1.2 复合材料的定义、特点、基本性能及分类 1.2.1 复合材料的定义、特点及构成 1.2.2 复合材料的构成模式及分类 1.2.3 复合材料的命名 1.2.4 结构复合材料的性能简介、应用实例 1.3 复合材料在二十一世纪中应起的作用 1.4 复合材料的新生长点和有待于深入研究、开拓的问题
复合材料学 Composite Materials
第一章 绪论 Introduction
1
教学目的:通过本章的学习，全面理解和掌握复合材 料的定义、分类、特点、基本组成及在各领域中的 应用；了解复合材料研究的重点和难点。
重点内容: 1、材料按使用性能的分类及各自性能。 2、复合材料的定义、分类、特点、组成及作用。 3、按基体和增强体对复合材料进行分类。 4、复合材料研究重点和难点。
迈尔《新百科全书》中材料的含义：材料是从原材料中取 得的，为生产半成品、工件、部件和成品的初始物料，如金属 、石块、木料、皮革、塑料、纸、天然纤维和化学纤维等等。
9
类别 classifications
材料可以根据化学组成、状态、作用和使用 领域分类。
化学组成分类 components
金属材料 无机非金属材料 有机高分子材料
6
1
1.1 前言
1.1.1 材料、材料分类及材料与社会文明
• 材料(Materials)是国民经济的物质基础。 • 广义的材料包括人们的思想意识之外的所有物质(substance)。
• 材料无处不在，无处不有。⎧工农业生产
⎪⎪国防 ⎨⎪科学技术 ⎪⎩人民生活
第一章 绪论
1.1 前言 1.1.1 材料、材料分类及材料与社会文明 1.1.2 材料科学的形成及现状 1.1.3 复合材料的提出及发展简史 1.2 复合材料的定义、特点、基本性能及分类 1.2.1 复合材料的定义、特点及构成 1.2.2 复合材料的构成模式及分类 1.2.3 复合材料的命名 1.2.4 结构复合材料的性能简介、应用实例 1.3 复合材料在二十一世纪中应起的作用 1.4 复合材料的新生长点和有待于深入研究、开拓的问题
复合材料学 Composite Materials
第一章 绪论 Introduction
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教学目的:通过本章的学习，全面理解和掌握复合材 料的定义、分类、特点、基本组成及在各领域中的 应用；了解复合材料研究的重点和难点。
重点内容: 1、材料按使用性能的分类及各自性能。 2、复合材料的定义、分类、特点、组成及作用。 3、按基体和增强体对复合材料进行分类。 4、复合材料研究重点和难点。
迈尔《新百科全书》中材料的含义：材料是从原材料中取 得的，为生产半成品、工件、部件和成品的初始物料，如金属 、石块、木料、皮革、塑料、纸、天然纤维和化学纤维等等。
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类别 classifications
材料可以根据化学组成、状态、作用和使用 领域分类。
化学组成分类 components
金属材料 无机非金属材料 有机高分子材料
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1.1 前言
1.1.1 材料、材料分类及材料与社会文明
• 材料(Materials)是国民经济的物质基础。 • 广义的材料包括人们的思想意识之外的所有物质(substance)。
• 材料无处不在，无处不有。⎧工农业生产
⎪⎪国防 ⎨⎪科学技术 ⎪⎩人民生活
第一章-复合材料的概念、分类及其发展历程PPT课件
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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。
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(3) 复合材料具有可设计性。
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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。
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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。
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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。
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。
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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。
《复合材料概论》课件
航天器结构材料
在卫星、火箭和空间站等航天器中， 复合材料用于制造结构件，如太阳能 电池板、卫星天线和推进器等。
汽车工业领域
汽车车身
复合材料可以减轻车身重量，提高燃油经济性和 降低排放，广泛应用于汽车车身制造。
汽车零部件
复合材料也可用于制造汽车零部件，如发动机罩 、车门和座椅骨架等。
汽车功能材料
复合材料在汽车功能件中也有广泛应用，如电池 外壳、传感器和油箱等。
THANKS
感谢观看
冷却凝固。
金属基复合材料的制备方法 主要包括
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01
03
粉末冶金法：将增强材料与 金属粉末混合，然后进行热
压或烧结。
喷射沉积法：将增强材料与 金属熔体一起喷射并沉积在
冷却表面上。
04
05
这些方法的选择取决于所需 的复合材料的性能和用途。
陶瓷基复合材料的制备
陶瓷基复合材料的制备方法 主要包括
04
晶须增强法：将陶瓷晶须与 陶瓷基体混合，然后进行烧 结或热压。
体育器材领域
高性能运动器材
复合材料具有高强度、轻质和抗 冲击等特点，广泛应用于制造高 性能运动器材，如网球拍、滑雪 板和自行车等。
休闲运动器材
在休闲运动器材中，复合材料也 用于制造轻便、舒适和耐用的运 动装备，如泳镜、潜水服和滑水 板等。
建筑领域
建筑材料
复合材料可以用于制造轻质、高强度 的建筑材料，如复合板、玻璃纤维增 强水泥和碳纤维增强混凝土等。
良好的热性能和化学稳定性
复合材料在高温和恶劣环境下仍能保持较好 的性能。
抗腐蚀性
某些复合材料具有较好的耐腐蚀性能，能够 延长使用寿命。
易于加工和制造
复合材料的加工和制造相对简单，能够快速 成型，降低生产成本。
复合材料概论绪论PPT学习教案
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二、复合材料种类
三大材料：
金属 无机非金属 有机高分子
复合材料
金属 材料
复合
材
无机
有机
非金属 料 高分子
材料
材料
取长补短
协同作用
产生原来单第一25页材/共67料页 本身所没有的
新性能
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三、复合材料的特点
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；
泥）为基体。
第40页/共67页
41
按材料作用分类
① 结构复合材料：用于制造受力构件； ② 功能复合材料：具备各种特殊性能（如阻尼、
导电、导磁、摩擦、屏蔽等）。
同质复合材料（增强材料和基体材料属于 同种物质，如碳/碳复合材料）
异质复合材料（复合材料多属此类）。
第41页/共67页
42
复合材料系统组合
晶须/陶瓷基复合材料
粒子填充塑料
金 玻 纤维
属 材
璃 颗粒
纤维/树脂基复合材料
料
纤维 碳纤维/金属基复合材料 碳纤维/陶瓷基复合材料 碳纤维/树脂基复合材料
碳
炭黑
颗粒/橡胶；颗粒/树脂基
有机 高分 子材
料
有机纤维 塑料 橡胶
金属/塑料
纤维/树脂基复合材料
第42页/共67页
43
各种材料的发展状况
玻璃钢和树脂基复合材料 非常成熟
结构复合材料
以其力学性能如强度、 刚度、形变等特性为工程所 应用，主要用于结构承力或 维持结构外形。
功能复合材料
以其声、光、电、热、磁 等物理特性为工程所应用，用 于如绝热、透波、耐腐蚀、耐 磨、减振或热变形等热、声、
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二、复合材料种类
三大材料：
金属 无机非金属 有机高分子
复合材料
金属 材料
复合
材
无机
有机
非金属 料 高分子
材料
材料
取长补短
协同作用
产生原来单第一25页材/共67料页 本身所没有的
新性能
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三、复合材料的特点
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；
泥）为基体。
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按材料作用分类
① 结构复合材料：用于制造受力构件； ② 功能复合材料：具备各种特殊性能（如阻尼、
导电、导磁、摩擦、屏蔽等）。
同质复合材料（增强材料和基体材料属于 同种物质，如碳/碳复合材料）
异质复合材料（复合材料多属此类）。
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复合材料系统组合
晶须/陶瓷基复合材料
粒子填充塑料
金 玻 纤维
属 材
璃 颗粒
纤维/树脂基复合材料
料
纤维 碳纤维/金属基复合材料 碳纤维/陶瓷基复合材料 碳纤维/树脂基复合材料
碳
炭黑
颗粒/橡胶；颗粒/树脂基
有机 高分 子材
料
有机纤维 塑料 橡胶
金属/塑料
纤维/树脂基复合材料
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各种材料的发展状况
玻璃钢和树脂基复合材料 非常成熟
结构复合材料
以其力学性能如强度、 刚度、形变等特性为工程所 应用，主要用于结构承力或 维持结构外形。
功能复合材料
以其声、光、电、热、磁 等物理特性为工程所应用，用 于如绝热、透波、耐腐蚀、耐 磨、减振或热变形等热、声、
1复合材料-绪论58页PPT
A12O3f /Al复合材料性能特点
二、汽车驱动轴
20％Al2O3颗粒／ Al合金，其优点为：
(1)刚度高； (2)密度低， (3)韧性满足要求。
汽车驱动轴
汽车驱动轴是简单的管材，它将动力传输到差动器处，然后 分配到轮上。这就要求轴要有极高的动力稳定性和很高的抗 扭曲能力。发生动力学不稳定性时的临界速率(w’)取决于轴 长(L)、内径与外径(R1，R0)以及管子材料的刚度与密度。
八、微电子器件的基座
20-65％SiC颗粒／Al合金，其： (1)热膨胀匹配(8×10-6K-1)； (2)导热系数高； (3)适于钎焊； (4)密度低； (5)导电； (6)尺寸稳定性好。
微电子器件的基座－要求
九、飞机发动机部件
40% SiC单片纤维／钛基合金，其： (1)高温性能好； (2) 强度提高； (3)密度 低； (4)部件简化； (5) 刚度提高。
很有希望的替代材料，但其抗点蚀、擦伤磨 损、流蚀磨损及热疲劳的性能等均较欠缺。 使用以铸铁作为垫圈的铝基缸体时，可以改 善气缸功率与其重量之比。作为这一方向的 逻辑性发展，Honda 公司制造并测试了以铝 基MMC作垫圈的铝缸体。Honda “preluda” 发动机的16阀门、2升缸体就是用Al-Si过共 晶合金铸造的，在该合金中加入了碳及氧化 铝纤维的混合坯件。测试表明，这些发动机 的效能比使用铸铁垫圈的缸体又有显著的提 高。
引言（1）
金属基复合材料学科是一门相对较新的材料科学，涉及材料表面、界面、 相变、凝固、塑性形变、断裂力学等，仅有40余年的发展历史。
金属基复合材料的发展与现代科学技术和高技术产业的发展密切相关， 特别是航天、航空、电子、汽车以及先进武器系统的迅速发展对材料提 出了日益增高的性能要求，除了要求材料具有一些特殊的性能外，还要 具有优良的综合性能，有力地促进了先进复合材料的迅速发展。如航天 技术和先进武器系统的迅速发展，对轻质高强结构材料的需求十分强烈。
【大学课件】复合材料PPT
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③ 基体金属与增强物的相容性
金属基复合材料需要在高温下成型，制备 过程中，处于高温热力学非平衡状态下的纤维与 金属之间很容易发生化学反应，在界面形成反应 层。界面反应层大多是脆性的，当反应层达到一 定厚度后，材料受力时将会因界面层的断裂伸长 小而产生裂纹，并向周围纤维扩展，容易引起纤 维断裂，导致复合材料整体破坏。
• 仿照骨骼的组织特点，人们制造了类似结构的风力发电机和 直升飞机的旋翼，外层是刚度、强度高的碳纤维复合材料， 中层是玻璃纤维增强复合材料、内层是硬泡沫塑料。
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9.3 复合材料的基体材料
复合材料的原材料： • 基体材料
– 金属材料 – 陶瓷材料 – 聚合物材料
• 增强材料
– 纤维 – 晶须 – 颗粒
则、增韧机制和界面作用； • 了解复合材料的成型工艺。
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3
参考书目
• 王荣国 主编，复合材料概论，哈尔滨工业大学 出版社，1999
• 闻荻江主编，复合材料原理，武汉理工大学出 版社，1998
• 鲁云，先进复合材料，机械工业出版社，2004 • ASM International, Engineered materials
– 基体主要是镍基、铁基耐热合金和金属间化合物。较成熟 的是镍基、铁基高温合金，金属间化合物基复合材料尚处 于研究阶段。
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9.3.1.3 功能用金属基复合材料的基体
• 要求材料和器件具有优良的综合物理性能，如同时具 有高力学性能、高导热、低热膨胀、高导电率、高抗 电弧烧蚀性、高摩擦系数和耐磨性等。
Chapter 9 Composites
复合材料
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1
本章内容
1. 复合材料概述 2. 复合材料分类 3. 复合材料的基体 4. 复合材料的增强相 5. 复合材料的复合原理 6. 复合材料的成型工艺
第1章绪论
复合材料
授课教师：马艾丽 Tel:13923371102 E-mail:44784403@
课程的性质和地位 本课程是高分子材料与工程专业的一门专业限 选课。（48学时，3学分） 考核办法 本课程为考查课程，平时成绩（包括作业、讨 论、出勤等）占40%，期末考试成绩占60%。
推荐教材及主要参考书 王汝敏，郑水蓉，郑亚萍编：《聚合物基复合材 料及工艺》，科学出版社，2004年，第一版。 倪礼忠主编：《复合材料科学与工程》，科学出 版社，2002年，第一版。 王荣国主编：《复合材料概论》，哈尔滨工业大 学出版社，1999年，第一版。 陈华辉主编：《现代复合材料》，中国物资出版 社，1998年，第一版。
学时 2 6 10 6 14 6 4 48
第1章 绪
本章教学目的：
论
1. 了解复合材料的定义、命名及分类、成型方法 2. 了解复合材料的特性、应用 3. 了解复合材料的进展
本章重点难点：
复合材料的基本概念、应用及进展
本章课时安排：2学时
第1章 绪 1.1 引言
材料种类 金属材料 无机非金属材料 高分子材料
1）手糊成型 2）层压成型
3）模压成型
4）缠绕成型
5）喷射成型
第1章 绪 论
1.5 复合材料的特性
优点：
1）比强度，比模量高（强度/密度，模量/密度）P6表1-1 2）耐疲劳性能好，破损安全性能高 3）阻尼减振性好 4）多种功能性（电绝缘、摩擦、耐腐蚀、光、磁）
5）良好的加工工艺性（可设计性、多种成型方法、整体成型）
第1章 绪 论 1.3 复合材料的命名及分类
分类
基体材料：金属基复合材料
复 合 材 料
聚合物基复合材料 无机非金属基复合材料 增强材料：碳纤维复合材料 玻璃纤维复合材料 芳纶纤维复合材料 增强材料外形：连续纤维（短纤维）复合材料 片状（粒状）材料增强复合材料
授课教师：马艾丽 Tel:13923371102 E-mail:44784403@
课程的性质和地位 本课程是高分子材料与工程专业的一门专业限 选课。（48学时，3学分） 考核办法 本课程为考查课程，平时成绩（包括作业、讨 论、出勤等）占40%，期末考试成绩占60%。
推荐教材及主要参考书 王汝敏，郑水蓉，郑亚萍编：《聚合物基复合材 料及工艺》，科学出版社，2004年，第一版。 倪礼忠主编：《复合材料科学与工程》，科学出 版社，2002年，第一版。 王荣国主编：《复合材料概论》，哈尔滨工业大 学出版社，1999年，第一版。 陈华辉主编：《现代复合材料》，中国物资出版 社，1998年，第一版。
学时 2 6 10 6 14 6 4 48
第1章 绪
本章教学目的：
论
1. 了解复合材料的定义、命名及分类、成型方法 2. 了解复合材料的特性、应用 3. 了解复合材料的进展
本章重点难点：
复合材料的基本概念、应用及进展
本章课时安排：2学时
第1章 绪 1.1 引言
材料种类 金属材料 无机非金属材料 高分子材料
1）手糊成型 2）层压成型
3）模压成型
4）缠绕成型
5）喷射成型
第1章 绪 论
1.5 复合材料的特性
优点：
1）比强度，比模量高（强度/密度，模量/密度）P6表1-1 2）耐疲劳性能好，破损安全性能高 3）阻尼减振性好 4）多种功能性（电绝缘、摩擦、耐腐蚀、光、磁）
5）良好的加工工艺性（可设计性、多种成型方法、整体成型）
第1章 绪 论 1.3 复合材料的命名及分类
分类
基体材料：金属基复合材料
复 合 材 料
聚合物基复合材料 无机非金属基复合材料 增强材料：碳纤维复合材料 玻璃纤维复合材料 芳纶纤维复合材料 增强材料外形：连续纤维（短纤维）复合材料 片状（粒状）材料增强复合材料
第一章复合材料概述课件
第一章复合材料概述课件一、教学内容本节课我们将学习教材中第一章“复合材料概述”的内容。
具体包括：1.1节复合材料的定义与分类，详细探讨复合材料的组成、结构特点及其分类方法；1.2节复合材料的基本性能，介绍复合材料的力学、热学、电学等性能及其影响因素；1.3节复合材料的应用领域，分析复合材料在航空、航天、汽车、建筑等行业的应用实例。
二、教学目标1. 了解复合材料的定义、分类及其基本性能；2. 掌握复合材料的应用领域，培养学生的创新意识；3. 提高学生对复合材料结构与性能关系的认识，培养学生的科学素养。
三、教学难点与重点难点：复合材料的基本性能及其影响因素，复合材料的应用领域。
重点：复合材料的定义与分类，复合材料的结构与性能关系。
四、教具与学具准备1. 教具：复合材料样品、PPT课件、投影仪；五、教学过程1. 导入：展示复合材料样品，让学生观察并思考：什么是复合材料？它们有什么特点？2. 讲解：通过PPT课件，讲解复合材料的定义、分类、基本性能及应用领域。
3. 实践情景引入：介绍复合材料在生活中的应用实例，如碳纤维自行车、玻璃钢船舶等。
4. 例题讲解：讲解复合材料力学性能的计算方法，并进行随堂练习。
5. 课堂讨论：分析复合材料在航空、航天等领域的应用优势，引导学生探讨其未来发展方向。
六、板书设计1. 复合材料的定义与分类2. 复合材料的基本性能3. 复合材料的应用领域七、作业设计1. 作业题目：请简述复合材料的定义、分类及其应用领域。
2. 作业题目：请举例说明复合材料的基本性能及其影响因素。
答案：复合材料的基本性能包括力学性能、热学性能、电学性能等。
影响因素包括：基体材料、增强材料、界面结合、制备工艺等。
例如，碳纤维增强树脂基复合材料具有较高的强度和模量，其性能受碳纤维的排列方式、含量、界面结合等因素影响。
八、课后反思及拓展延伸本节课通过讲解复合材料的基本概念、性能和应用，使学生了解复合材料的优势和特点。
【材料课件】第一章复合材料的概念、分类及其发展历程.pptx
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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。
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偏重于考虑复合材料的结构，诸如： （１）复合材料是两种或多种材料在宏观尺度上组合而成的
一种有用的材料。 （２）复合材料就是两种或两种以上的不同化学性质或不同
组织相的物质，以微观或宏观的形式组合而成的材料。 （３）复合材料是不同于合金的一种材料，在合金中，每一
种组分都保留着它们独立的特性，而构成复合材料时，仅取它 们的优点而避开其缺点，从而获得一种改善了的材料。
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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。
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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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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。
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)。
8
（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。
9
偏重于考虑复合材料的结构，诸如： （１）复合材料是两种或多种材料在宏观尺度上组合而成的
一种有用的材料。 （２）复合材料就是两种或两种以上的不同化学性质或不同
组织相的物质，以微观或宏观的形式组合而成的材料。 （３）复合材料是不同于合金的一种材料，在合金中，每一
种组分都保留着它们独立的特性，而构成复合材料时，仅取它 们的优点而避开其缺点，从而获得一种改善了的材料。
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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。
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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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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。
《复合材料概论》课件
这些制备方法的选择取决 于所需的复合材料的性能 和用途。
化学反应法：通过化学反 应将增强材料与聚合物结 合，形成复合材料。
金属基复合材料的制备
金属基复合材料的制备方法主要包括
这些制备方法的选择取决于所需的金属 基复合材料的性能和用途。
喷射沉积法：将增强材料与金属熔体一 起喷射并沉积在基体上，形成复合材料 。
《复合材料概论》课件
• 复合材料的定义与分类 • 复合材料的组成与结构 • 复合材料的制备方法 • 复合材料的性能与应用 • 复合材料的发展趋势与挑战
01
复合材料的定义与分类
定义
总结词
复合材料的定义是指由两种或两种以上材料组成的新材料，各组分之间具有显著的相界 面。
详细描述
复合材料是通过物理或化学的方法将两种或两种以上的材料结合在一起，形成一个新的 材料。这些原始组分在复合材料中保持相对独立，并能够共同发挥作用，以满足特定的
智能复合材料是指具有感知、响应和 自适应能力的复合材料，是未来复合 材料发展的重要方向之一。
纳米复合材料的研究
纳米技术的应用为复合材料的发展带 来了新的机遇，纳米复合材料在提高 材料性能、增强材料功能等方面具有 显著优势。
环保与可持续发展
绿色复合材料的推广
随着环保意识的提高，绿色复合材料在生产和使用过程中对环境的 影响越来越受到关注，推广绿色复合材料是可持续发展的必然要求。
改善界面性能是提高复合材料 性能的关键手段之一，可以通 过表面处理、偶联剂等方法来
实现。
03
复合材料的制备方法
聚合物基复合材料的制备
聚合物基复合材料的制备 方法主要包括
聚合物溶液法：将增强材 料浸渍在聚合物溶液中， 然后去除溶剂，形成复合 材料。
化学反应法：通过化学反 应将增强材料与聚合物结 合，形成复合材料。
金属基复合材料的制备
金属基复合材料的制备方法主要包括
这些制备方法的选择取决于所需的金属 基复合材料的性能和用途。
喷射沉积法：将增强材料与金属熔体一 起喷射并沉积在基体上，形成复合材料 。
《复合材料概论》课件
• 复合材料的定义与分类 • 复合材料的组成与结构 • 复合材料的制备方法 • 复合材料的性能与应用 • 复合材料的发展趋势与挑战
01
复合材料的定义与分类
定义
总结词
复合材料的定义是指由两种或两种以上材料组成的新材料，各组分之间具有显著的相界 面。
详细描述
复合材料是通过物理或化学的方法将两种或两种以上的材料结合在一起，形成一个新的 材料。这些原始组分在复合材料中保持相对独立，并能够共同发挥作用，以满足特定的
智能复合材料是指具有感知、响应和 自适应能力的复合材料，是未来复合 材料发展的重要方向之一。
纳米复合材料的研究
纳米技术的应用为复合材料的发展带 来了新的机遇，纳米复合材料在提高 材料性能、增强材料功能等方面具有 显著优势。
环保与可持续发展
绿色复合材料的推广
随着环保意识的提高，绿色复合材料在生产和使用过程中对环境的 影响越来越受到关注，推广绿色复合材料是可持续发展的必然要求。
改善界面性能是提高复合材料 性能的关键手段之一，可以通 过表面处理、偶联剂等方法来
实现。
03
复合材料的制备方法
聚合物基复合材料的制备
聚合物基复合材料的制备 方法主要包括
聚合物溶液法：将增强材 料浸渍在聚合物溶液中， 然后去除溶剂，形成复合 材料。
《复合材料概论》PPT课件
• 集成电路散热元件： Ag、Cu、Al
33
2.环境温度
• <450℃ Al、Mg • 450～700℃ Ti合金 • 700～1000℃ Ni、Fe、Co耐热合金或金属间化合物
3. 纤维长度
• 与长纤维复合： 纤维承载，宜选纯金属。 • 与短纤维复合： 基体承载，宜选合金。
4. 相容性
• Al、Mg Tm低，化学活性高
的基材。
32
二. 金属基材料
Al、Mg、Ti、Ni、Cu、Fe、Co、Zn、Pb及其合金， 金属间化合物（TiAl、NiAl等）
选材原则：
1．使用要求
• 航天航空：选轻金属 Al、Mg及其合金
• 高性能发动机： Ti、Ni及其合金
• 汽车发动机活塞汽缸套： Al合金
• 工模具： Fe、Co、Ni、Ag、Cu
1.06
0.4
1.50
1.4
1.4
0.8
1.38
2.1
1.0
2.0
比强度 107cm 0.13 0.17 0.21 0.53 1.03
1.0 0.66 0.38
比模量 109cm 0.27 0.26 0.25 0.20 0.97 0.57
1.0 0.57
9
⑴、硬度
2、取决于基பைடு நூலகம்相的性能
陶瓷基 > 金属基 > 树脂基
复合材料概论
目录
§1、概述
§6、金属基复合材料
§2、基体材料
§7、陶瓷基复合材料
§3、增强材料
§8、水泥基复合材料
§4、复合界面
§9、C/C复合材料
§5、聚合物基复合材料 §10、混杂纤维复合材料
2
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复合材料在中国
• 始于军品开发，1958年研制出玻璃钢快艇、手 提火箭发射管 • 60年代研制成用于远程火箭的GF-酚醛树脂烧 蚀防热弹头、 GFRP直升机螺旋桨 • 1970年制造出直径44米的GFRP雷达罩 • 70年代以后GFRP逐渐转入民用，如冷却塔、 化学储罐、水箱、汽车部件、运动器材等 • 目前研发FRTP、MMC和CMC
1) 印刷线路板
• 玻璃布基敷铜箔板具有高耐潮湿性、绝缘 强度及绝缘电阻大，已大量取代纸基板而 广泛应用于彩电、计算机、雷达等的印刷 线路板； • 美国杜邦公司Kevlar复合材料印刷线路板， 其抗拉强度高、尺寸稳定性好、有效抑制 了树脂基体与铜因受热膨胀引起的分层， 尺寸稳定性好。
2) 天馈系统
复合材料的高比强度、高比模量、良好 的抗疲劳损伤、独特的可设计性，可使飞行 器显著提高结构效率和寿命，减轻重量，改 善气动力性能，同时在隐身、智能、结构综 合等方面显示巨大的潜力。
国外军用飞机上应用情况
续 表
国外民用飞机上复合材料的应用
波音767用复合材料
某飞机垂尾使用复合材料减轻的重量
美国90年就计划到20世纪末在先进作战飞机上复合材料 的用量将占结构总重量的26%—65%。每架飞机平均使 用2.4-4.5t，年增长率8%-20%，到2000年先进复合材料 在飞机上的用量超过3万t.
直升飞机上应用
金属桨叶的寿命一般不超过3000h，而复合材 料桨叶的寿命可达10000h以上。1987年第一架全复 合材料飞机——波音公司的360直升机，被称为直 升机技术的第二次革命。
航天器结构对材料的要求 • 发射时，航天器受到很大的加速度过载和强 烈的振动，要求材料有足够的强度； •为了避免航天器和发射系统共振，要求结构 有足够的刚度； •在轨运行中航天器处于高低温交变环境中， 某些部件（如卫星抛物线天线等）尺寸精度 要求很高，必须有尽可能小的热膨胀系数； • 高真空及粒子、紫外辐射下具有足够的稳定 性； •返回式航天器结构，还要求防热、耐热。
1.6.3 医疗、体育、娱乐方面应用
• 医疗器具：X射线透光板，采用CFRP是铝 的8倍；玻璃钢轮椅； • 体育、娱乐器械：FRP赛艇、FRP皮艇、 CFRP桨、CFRP高尔夫球杆、网球拍、滑 雪板、弓箭、钓鱼竿；GFRP水上滑道，儿 童滑梯等
1.64 复合材料在电子工业中的应用
• 电子功能材料是电子元器件和电子装备的 基础和支撑。复合材料可赋予电子产品以 轻质、高强度、高刚度、高尺寸精度等特 性。 • 例如：印刷线路板、天馈系统、电磁屏蔽 系统、计算机壳体等
• 密度小：比强度、比模量高； • 低膨胀系数小：热稳定性好,（如CFRP、 KFRP可设计成零膨胀结构）； • 导电、导热性：导电和超导材料、散热结构；
• 抗冲刷、耐烧蚀：CMC、C/C复合材料；
• 阻尼性能：受力结构的自振频率除与形状有关 外，还同结构材料的比模量平方根成正比。减振 结构材料（CFRP）、隐身材料；
应用例
• 卫星天线：用石墨/环氧复合材料天线支撑桁架 比铝合金减重50%，可设计成零膨胀系数结构； • 太阳电池帆板：要求高比模量、低热变形，采 用碳/环氧材料； • 空间平台材料：石墨/铝； • 热结构材料：C/C、C/SiC、SiC/SiC； • 隔热材料：SiC/SiO2防热瓦使用温度高达1260 ℃，用于哥伦比亚和挑战者，各用了31000块； • 低密度烧蚀材料、对流冷却结构、热管结构等
复合材料概论
• • • • • • • 总论 基体 增强材料 树脂基复合材料 金属基复合材料 陶瓷基复合材料 C/C复合材料 主要以介绍性能、成型方法、应用
第一章 总论
• 复合材料？
• 简历？ • 复合材料的那些类型？ • 复合材料的特性？ • 用途？
1.1 复合材料定义
• 复合材料（Composite material） • 定义：由两种或两种以上物理化学性质不同 的物质，经人工组合而成的多相固体材料。
现代复合材料
• 进入20世纪70年代，GFRP比强度和比 刚度还不够理想，满足不了对重量敏感、 强度和刚度要求很高的尖端技术要求。 因而开发了一批如碳纤维、碳化硅纤维、 氧化铝纤维、硼纤维、芳纶纤维、高密 度聚乙烯纤维等高性能增强材料，并以 此增强高性能树脂、金属与陶瓷制成先 进复合材料（ACM）。用于飞机、火箭、 卫星、飞船等航天飞行器。
1.5.4 工艺特性
不同复合材料成型及加工工艺差别很大， 但各类复合材料相对于其所用的基体材料而 言，成型与加工工艺并不复杂，有时很简单。 如：
• RMC、MMC、CMC可整体成型，可大大 减少结构中的装配零件数量，提高构件的质 量和使用可靠性；
• 短纤维或颗粒增强MMC，可采用传统的 金属工艺进行制备和二次加工。
1.3 复合材料的组成
1.4 复合材料的命名和分类
1）按材料作用分类 2）按增强材料形状分类 3) 按基体材料分类
按材料作用分类
按增强材料形状分类
按基体材料分类
1.5 复合材料的特性
• 复合材料能构保持原组分材料的部分特性 和优点的同时取长补短，从而可获得比单一 组分材料更为优异的性能。 • 复合材料主要特性 1）性能可设计性 2）力学性能 3）物理性能 4）工艺特性 • 性能的可设计性是复合材料最大特点。
表1-1 传统金属材料与复合材料性能比较
材料 C/环氧 芳纶/环氧 密度 g/cm3 1.6 1.4 抗拉强度 MPa 1800 1500 拉伸模量 GPa 128 80 比强度 *1e6/cm 11.3 10.7 比模量 *1e8/cm 8 5.7 膨胀系数 *1e-6/K 0.2 1.8
B/环氧 碳化硅/环 氧
• 发电：风力发电机叶片； • 船舶：渔船、游艇、救生艇、军用舰艇承 载/隐身一体化结构
扫雷舰
目前最大的复合材料猎扫雷舰为美国的复仇者 （avenger）级猎扫雷舰，全船船体为木层-玻璃钢 混合结构。其骨架为夹层木板所制，其船体外板为4 层厚木板，外层包玻璃钢
护卫舰
法国海军生产的“拉菲特”级护卫舰上层建筑 后半部包括机库主要采用玻璃纤维增强复合材料 （GFRP）夹层板
小结
本章重点掌握内容：
1. 复合材料定义； 2. 复合材料的组成和各组分的作用； 3. 复合材料的分类方法； 4. 复合材料的主要特性； 5. 复合材料应用领域。
与传统材料相比，复合材料一般具有优异 的力学性能，主要表现在 • 比强度、比模量高； • 耐磨性好（MMC、C/C复合材料）； • 抗疲劳性能好，通常金属材料的疲劳强度 极限/拉伸强度=30-50%，而CFRP的疲劳强度 极限/拉伸强度=70-80%； • 抗冲击能力强（如：RMC）； • 高温性能好（如：MMC、C/C复合材料）
石墨纤维/ 铝
2.1 2.0
2.2
1600 1500
800
220 130
231
7.6 7.5
3.6
10.5 6.5
10.5
4.0 2.6
2.0
钢 铝合金 钛合金
7.8 2.8 4.5
1400 500 1000
210 77 110
1.4 1.7 2.2
2.7 2.8 2.4
12 23 9.0
1.5.3 物理性能
近代复合材料
近代复合材料的发展主要从军事上轻质、高 性能需求发展起来的。 • 纤维增强橡胶：轮胎是以帘子线增强橡胶复合 材料； • 玻璃钢：1932年在美国出现，1940年制成了 玻璃纤维增强聚酯的军用飞机雷达罩，其后美 国莱特空军发展中心设计制造了GFRP为机身 和机翼的飞机。二战以后开始迅速扩展到民用 材料。
• 天线：美国“海盗号”火星宇宙飞船的抛 物面天线反射体采用CFRP为正反面蒙皮， 正面贴敷铝箔，中间为铝蜂窝夹心结构。 整个天线重量是铝制天线的1/3，且在空间 环境下的热稳定性好。我国也在1991年研 制成功CFRP天线用于直升机反潜雷达。 • 馈源：1987年我国研制出CFRP战场雷达天 线用馈源重量只有0.88kg，而铜馈源是 4.04kg。
1.6.4 其他应用
• 建筑工业：建筑雕塑、卫生洁具、冷却塔、 建筑补强，水处理设备等
• 化学工业：防腐蚀设施、容器、管道； • 机电工业：齿轮、轴承、飞轮、永磁体；
1.7 复合材料知识体系
• • • • • • • 复合材料力学 复合材料结构力学 复合材料结构数值分析 复合材料结构设计方法 复合材料成型工艺 复合材料机械 复合材料测试技术
应用例
复合材料壳体
• 主要指标：在满足强度和刚度的前提下减 重，比铝合金减重30%以上
应用
图片
1.6.2 交通与能源工业中的应用
• 机场路面：钢纤维混凝土；
• 汽车：壳体、保险杠、板簧（GFRP板簧疲 劳寿命>钢板弹簧，而重量仅为钢板弹簧的 20%）、发动机进气歧管（GF/尼龙）、活 塞（Al2O3/铝硅合金）；
哥伦比亚航天飞机所用复合材料
导弹
• • • • 烧蚀材料 复合材料壳体 喷管材料：CMC、C/C 固体火箭发动机的全复合材料化：美 国飞马座火箭的三级固体火箭发动机 采用的复合材料已占其构件质量的 94%，大富大降低了结构重量。
烧蚀材料
导弹运行环境：飞行速度>20马赫、弹头锥体表面温 度3500℃左右。 • 早期的宇宙神、大力神、雷神导弹弹头采用热容量 大、比热容高的金属如钨、钼、铜制作弹头的锥部， 以吸收大量的气动热量而防止熔化，但材料密度大， 使弹头结构笨重、吸热量不够大。 • 烧蚀式防热材料：在热流作用下能发生分解、熔化、 蒸发、升华等多种物理和化学变化，借材料自身的 质量消耗带走大量的热量，以防止热流传入弹头内 部的目的。
1.5.1 性能可设计性
复合材料最显著的特性是其性能（主要指 力学性能、物理性能和工艺性能）在一定范围 内具有可设计性。 • 选择基体、增强体的类型及其含量； • 增强体在基体中的排列方式； • 基体与增强体之间的界面性能。 来获得常规材料难以提供的某一性能或综 合性能 。 例如：FRP1.5.2 力学性能来自1.2 复合材料发展概况