gc11 复合材料
高性能金属基复合材料迎来发展新机遇
金属基复合材料研发的机构数量较 强大的产业竞争力。中国、美国高性
多，包括北京科技大学、哈尔滨工业 能金属基复材企业多为军工服务，在
大学、国防科技大学、中南大学、北方 成本控制上处于劣势，在民用领域的
工业大学和上海交通大学等高校，北 发展上还存在一定的瓶颈。
金属基复合材料制备方法
固态法
液态法
气态法
粉末冶金法
放电等离子烧结法 喷射沉积法 （固液两相）
搅拌鋳造法 压力浸渗法（真空 压力浸渗、自排气
压力浸渗）
真空吸铸法
气相沉积法（化 学气相沉积、物 理气相沉积）
图 3 金属基复合材料制备方法
其他先进技术
原位合成法 增材制造 搅拌摩擦焊
升，高性能金属基复合材料及器件的 （Advanced Composite）和联合材
1 性能优势显著，金属基复材 助力新一代热管理方案
金属基复合材料（Metal Matrix C o m p o s i t e s，M M C）是以金属为基 体，无机非金属的纤维、晶须、颗粒或 纳 米 颗 粒 等 为 增 强 体，经 复 合 而 成 的 新 材 料。根 据 基 体 材 料 不 同，金 属
铝、铜、镁 因 其 相 对 较 高 的 热 导 率、较低的密度以及优异的加工性，目 前已经成为热管理用金属基复材的 主流基体（如图 1）。其中，Al/S i C、镁 （M g）/ S i C体 系 具 有 密 度 低、热 导 率 高、热 膨 胀 系 数 可 调 等 优 势，在 航 空航天和电子封装领域已有成熟应 用 ；铝石墨（Al/Gr）、铜石墨（Cu/Gr） 体 系 除 具 有 密 度 低、热 导 率 高、热 膨 胀 系 数 可 调 等 优 势 外，还 具 有 成 本 低、易 加 工 的 显 著 优 势，更 具 产 业 化 潜力 ；铝金刚石（A l / D i a）、铜金刚石 （Cu/Dia）体系具有最高的热导率〔＞ 700W /（m·K）〕，在一些高附加值产 业领域如雷达TR组件、功率半导体器 件上有望大面积推广。
碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的研究及应用
碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的研究及应用目录1. 内容概述 (2)1.1 研究背景 (2)1.2 研究意义 (3)1.3 综述目的与范围 (4)1.4 结构与组织 (5)2. 碳纤维增强聚醚醚酮复合材料简介 (7)2.1 聚醚醚酮的基本特性 (8)2.2 碳纤维的材料特性 (9)2.3 纤维增强塑料的制造工艺 (10)3. 碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的性能特点 (11)3.1 力学性能 (12)3.2 耐热性能 (13)3.3 电绝缘性能 (15)4. 复合材料的研究进展 (17)4.1 纤维增强方式的探索 (18)4.2 增强机制与界面研究 (20)4.3 复合材料的微观结构与性能 (21)4.4 环境耐受性与防护 (22)5. 复合材料的应用领域 (23)5.1 航空航天 (25)5.2 汽车工业 (26)5.3 体育器材 (27)5.4 电子器件 (28)5.5 能源存储 (29)6. 复合材料的生产与加工 (30)6.1 材料加工工艺 (32)6.2 表面处理与涂层 (33)6.4 质量控制与检测 (36)7. 研发挑战与展望 (37)7.1 材料成本与环境问题 (38)7.2 性能提升与界面处理 (39)7.3 可持续性与发展方向 (41)1. 内容概述本研究报告深入探讨了碳纤维增强聚醚醚酮（PEEK）复合材料的研制、性能及其在各领域的应用潜力。
我们概述了碳纤维和PEEK的基本特性及其在复合材料制备中的优势。
详细阐述了复合材料的制备工艺、结构设计以及性能优化方法。
报告重点分析了复合材料在不同工程领域的应用表现，包括航空航天、汽车制造、医疗器械以及体育器材等。
我们还讨论了复合材料在环境友好性、成本效益和可持续性方面的优势，并对其未来发展前景进行了展望。
通过本研究，旨在为相关领域的研究人员和工程技术人员提供有价值的参考信息，推动碳纤维增强PEEK复合材料技术的进一步发展和广泛应用。
1.1 研究背景随着科技的不断发展，复合材料作为一种具有优异性能的新型材料，在各个领域得到了广泛的应用。
gc11复合材料分析
颗粒增强复合材料
叠层 复合 材料
三、复合材料中的增强材料
（一）纤维增强材料
增强效果最明显、应用最广。 主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤 维、硼纤维、碳化硅纤维和氧化铝 纤维等
gc11复合材料分析
常用增强纤维与金属丝性能对比
无碱玻璃纤维 高强度碳纤维（II） 高模量碳纤维（I） Kevlar49 硼纤维 SiC纤维（钨芯） 钢丝 钨丝 钼丝
• 一般铝合金在400～500℃时弹性模量急剧下降，强度也下降。 碳或硼纤维增强的铝复合材料，在上述温度时，其弹性模量和 强度基本不变。
• 此外，复合材料还有较好的减摩性、耐蚀性、断裂安全性和工 艺性等。
gc11复合材料分析
二、增强机制
（一）颗粒增强
颗粒增强复合是将增强颗粒高度弥散地分布在 基体中，基体承受载荷，而增强颗粒阻碍导致 基体塑性变形的位错运动（金属基体）或分子 链运动（高聚物基体）。
5. 碳化硅纤维 是以钨丝或碳纤维作纤芯，通过气相
沉积法而制得；或用聚碳硅烷纺纱， 经烧结而得； 是一种高熔点、高强度、高模量的陶 瓷纤维，主要用于增强金属和陶瓷； 优良的高温强度，在1100℃时强度仍 高达2100MPa。
gc11复合材料分析
gc11复合材料分析
（二）颗粒增强材料
主要增强颗粒为陶瓷颗粒，如Al2O3、SiC、 Si3N4、WC、TiC、B4C及石墨等；
密度 g/cm3
2.55
抗拉强度 拉伸模量 比强度 比模量
GPa
100GPa 106N.m/kg 106N.m/k g
3.40
0.71
1.33
28
1.74 2.42
2.16
1.39
常用复合材料介绍
非金属材料及复合材料学习目标：了解非金属材料和复合材料的种类、性能特点及应用，特别是塑料、橡胶、陶瓷、复合材料的性能特点及应用。
本章导读：塑料与橡胶为有机高分子材料，与金属相比质量轻，具有金属材料不可比拟的特殊性能，使用极为广泛；陶瓷为无机非金属材料，具有高硬度、耐蚀的性能，除日用陶瓷外，工业上使用的特种陶瓷更具有其独特的性能，在机械加工、航空航天、化学工业等领域都有应用；复合材料是由两种或多种材料组成的多相材料，具有较好的综合性能，其应用越来越受到广泛的重视，大家熟悉的玻璃钢、塑钢门窗、羽毛球拍等，都是用复合材料制造的。
第一节塑料与橡胶塑料与橡胶属高分子材料，目前，全世界合成高分子材料的年产量按体积计已超过钢铁材料，并正以每年14%的速度增长，其使用领域广泛，涉及工业制造及日常生活。
高分子材料是由若干原子按一定规律重复地连接而成的长链分子，长链分子的最大伸直长度可达毫米级，其分子量一般大于5000。
高分子材料按来源可分为天然高分子（天然橡胶、蚕丝、皮革、木材等）和合成高分子化合物（塑料、橡胶等）。
合成高分子化合物是由一种或几种单体（简单结构的低分子化合物）聚合而成的，因此高分子化合物又称高聚物或聚合物。
如聚乙烯分子就是由单体乙烯经聚合反应连接而成：n（CH2=CH2）—— --[ CH2—CH2 ]-- n乙烯聚乙烯高分子化合物的化学组成一般并不复杂，是由重复连接的结构单元组成的，这种重复连接的结构单元称为“链节”，如聚乙烯中的 --[ CH-2—CH2 ]--。
大分子链之间存在的相互作用力使链节连接起来，其连接方式决定了高分子化合物的性能。
一、塑料1．塑料的组成塑料的主要组成是合成树脂和添加剂。
合成树酯是具有可塑性的高分子化合物的统称，它是塑料的基本组成物，它决定了塑料的基本性能，塑料中合成树酯含量一般为30%~100%。
树酯在塑料中还起粘结剂的作用，许多塑料的名称是以树酯来命名的，如聚苯乙烯塑料的树酯就是聚苯乙烯；添加剂的作用主要是改善塑料的某些性能或降低成本，常用的添加剂有填充剂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、固化剂、着色剂等。
(最新整理)ch1复合材料的有效性质和均质化方法解析
均匀化（Homogenization）
均匀化（Homogenization）的目的是确定非均匀 材料的等效均匀介质的特征，根据局部本构关系 和相关的局部变量表达式，得到描述RVE整体 特征的宏观量。
2021/7/26 25
细观力学的理论分析主要解决两个问题
代表单元所对应的均质化等效介质的等效模量 均质化等效介质的等效强度
2021/7/26 30
等效模量就是建立平均应力和平均应变之间的关系
平均应力 细观本构
V1VxdV
xSx:x
线弹性
等效柔度
Seff : 即 Seff :
N相材料组成的复合材料，令第r相材料的平均应力
和宏观应力满足
A r ij
r ijkl kl
第r相材料的体积百分比为cr ，则有效柔度满足
2021/7/26 13
2. 基于离散微观结构的研究方法 周期性微观场方法(periodic micro-field approaches) 材料模型：真实的非均匀材料被近似为各组分周期 性排列、无限延伸； 适用范围：研究非均匀材料的非线性特性和本构模 型，给出胞元内局部应力应变微观场； 局 限 性：不适合研究宏观裂纹与微结构之间的相 互作用，计算费用高。
2）在不同载荷作用下，分析代表性体积单元的力学响 应，确定边界条件及细观应力场和应变场，用均匀化方法 寻找宏观均匀材料的性能，即有效材料的性能。
3）根据前面得到的结果，对结构进行整体分析，将研
2究021/结7/26果作为工程设计的依据。
10
代表单元（Representative Volume Element）
2021/7/26 32
等效模量就是建立平均应力和平均应变之间的关系
航天用C／C复合材料及其应用制备工艺
单 涂 层 两 层 涂 层 Ｃ ／Ｃ Ｃｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｐ ｒ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ Ａｅ ｒ ｏ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ 三层涂层
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｐ ａ ｔ ｅ ｎ ｔ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｎ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ／ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ （ Ｃ ／ Ｃ ）ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｓ ｉ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｔ ｅ ｄ Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｓ ， ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｉ ｆ ｉ ｆ —
化学气相沉积
０ 引 言
本 文从 专 利 文 献 分 析 的 角 度 Ｊ ， 分 析 美 国 的
加 压流 体 损 失
压
液 体 浸 渍
Ｃ ／ Ｃ复合 材 料具 有 耐 高 温 、 低 密度 、 摩 擦 性 能 好
等 一 系列优 异性 能 ， 在 航天 领域 得 到越来 越广 泛 的应
Ｑ ｉ ａ ｏ Ｓ ｈ ｕ ｘ ｉ ｎ
反 应 层 高 温煅烧
（ Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ａ ｅ ｒ ｏ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ Ｌ ｏ ｎ ｇ Ｍａ ｒ ｃ ｈ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ７ ６ ）
复合材料知识点
复合材料知识点南开大学2017年攻读博士学位研究生入学考试试题知识点考试科目：复合材料科目代码：3111 考试时间：月日（注：特别提醒所有答案一律写在答题纸上，直接写在试题或草稿纸上的无效！）———————————————————————————————1 什么是复合材料，复合材料有哪些特点，并结合复合材料的特点说明其应用领域广泛的原因。
答：复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。
各种材料在性能上互相取长补短，产生协同作用，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足不同的要求。
复合材料的特点：A 典型的复合材料是在一个特定的基体中，填充有一种或多种填充体；B 既能保留原组分或材料的主要特色，并通过复合效应获得原组分所不具备的性能；C 可以通过材料设计使各组分的性能相互补充并彼此关联，从而获得新的优越性能6 热塑性树脂基复合材料与热固性树脂基复合材料在性能和加工工艺上的区别是什么？答：热塑性树脂是指具有线型或分枝型结构的有机高分子化合物，热固性树脂是以不饱和聚酯、环氧树脂、酚醛树脂等为主的高分子化合物。
性能上：热塑性树脂—柔韧性大，脆性低，加工性能好，但刚性、耐热性、尺寸稳定性差。
热固性树脂—刚性大，耐腐蚀性、耐热性、尺寸稳定性好，不易变形，成型工艺复杂，加工较难加工工艺上：热塑性树脂—受热软化或熔融，可进行各种线型加工，冷却后变得坚硬。
再受热，又可进行熔融加工，具有可重复加工性。
热固性树脂—受热熔融的同时发生固化反应，形成立体网状结构，冷却后再受热不熔融，在溶剂中不溶解，不具有重复加工性。
三、如何改善聚合物的耐热性能？产生交联结构（对于热固性树脂、有机硅树脂等，工艺条件影响聚合物的交联密度）。
增加高分子链的刚性（引进不饱和共价键或环状结构（脂环、芳环、杂环）、引入极性基团）。
提高聚合物分子链的键能，避免弱键的存在（例：以C-F键完全取代C-H键，可大大提高聚合物的热稳定性）。
复合材料术语大全
复合材料术语大全热压罐autoclave一种为固化树脂基复合材料制品按要求可提供加热和加压环境的密闭设备。
热压罐属于高压容器，通常由罐体、真空泵、压气机、贮气罐、控制柜等组成。
罐内的温度由罐内的电加热装置提供，压力由压气机通过贮气罐进行充压。
通常情况使用空气，只在较高温度下使用氮气、二氧化碳等气体。
热压罐成型autoclave moulding热压罐成型是将复合材料毛胚、蜂窝夹芯结构或胶接结构用真空袋密封在模具上，置于热压罐中，在真空（或非真空）状态下，经过升温→加压→保温→降温和卸压过程，使其成为所需要求的先进复合材料及其构件的成型方法之一。
用热压罐成型的复合材料构件多应用于航空航天领域等的主承力和次承力结构。
该成型工艺模具简单，制件密实，尺寸公差小，空隙率低。
但是该方法能耗大，辅助材料多，成本高。
热塑性复合材料缠绕成型filament winding of thermoplastic composite是热塑性复合材料的成型方法之一。
该方法是将已浸有热塑性基体树脂的纤维束或带缠绕在芯模上，同时用高能束流对缠绕点现场实施快速加热熔融，随着缠绕进程，预浸丝束边熔融边硬化。
这种跟踪缠绕丝束熔融、硬化的过程是连续自动的，一般只适合于制作旋转体类的制件。
该方法需要一个能产生高能束流的热源，常用的加热源有激光、热空气、红外线、微波等。
热塑性复合材料滚压成型roll forming of thermoplastic composite是热塑性复合材料成型方法之一。
该方法是用预先加热到软化温度的热塑性预浸料层片连续通过滚压模具成型，过程类似于金属的滚压成型，可实现自动化连续生产，生产效率高，适合大批量生产。
热塑性复合材料拉挤成型pultrusion of thermoplastic composite是热塑性复合材料成型方法之一。
该方法类似于热固性复合材料的拉挤成型，但浸渍工艺和模具与热固性复合材料拉挤成型方法不同。
复合材料技术报告
航空预浸料- 热压罐工艺复合材料技术应用概况发布时间：2011-11-23 15:34:27先进复合材料自问世以来，由于其轻质、高强、耐疲劳、耐腐蚀等诸多优势，一直在航空材料领域得到重视。
随着近几十年来的发展，尤其是最近10年在大型飞机上井喷式的应用，先进复材料已经证明了其在未来航空领域的重要地位，它在飞机上的用量和应用部位也已经成为衡量飞结构先进性的重要标志之一[1] 如目前代表世界最先进战机的美国F-22 和F-35，其复合材料占机结构重量达到了26%（F-22 机身、机翼、襟翼、垂尾、副翼、口盖、起落架舱门；F-35 机身翼进气道、操纵面、副翼、垂尾），欧洲EF-2000 战机更是达到了35%~40%（机翼、垂尾、方向舵[2] ；民机领域的两大巨头波音和空客，在其最新型的大型客机波音787、A350XWB 机型中，大幅使用复合材料，分别达到50% 和52%[3],在机身主承力结构中，除一些特殊需要外，基本上实现了全复合材料化。
从当前的复合材料应用来看，航空复合材料具备以下几个方面的特点：在材料方面，飞主承力结构应用高韧性复合材料；在工艺方面，呈现出以预浸料- 热压罐工艺为主，积极开发液体成型工艺及其他低成本成型工艺的态势，对复合材料构件的制造综合考虑性能/ 成本因机[4]设计理念的广泛认知，复合材料已逐渐在主承力结构上站稳了脚跟，而且，为了进一步将复合材料的优点充分发挥，飞机结构设计越来越趋向于整体化和大型化。
复合材料在主承力结构上的应用技术是体现航空复合材料水平及应用程度的重要标志。
目前复合材料主承力构件仍是以预浸料- 热压罐工艺为主。
基于此，本文旨在介绍目前与航空预浸料- 热压罐工艺相关的复合材料技术。
主承力结构用预浸料1 高性能复合材料体系“计是主导，材料是基础，工艺是关键”[5]复合材料的制造技术与材料的发展息息相关。
航空预浸料-热压罐工艺高性能复合材料到目前已经历了3个阶段。
第一阶段的复合材料采用通用T300 级碳纤维和未增韧热固性树脂，具有明显的脆性材料特征，主要用于飞机承力较小的结构件。
颗粒增强钛基复合材料构型化复合研究进展
颗粒增强钛基复合材料构型化复合研究进展目录1. 内容概述 (2)1.1 钛基复合材料的发展背景 (3)1.2 构型化复合技术的优势 (4)1.3 文献综述及研究现状 (5)2. 颗粒增强钛基复合材料 (6)2.1 基体材料及性能 (8)2.2 颗粒增强材料 (9)2.2.1 陶瓷颗粒 (10)2.2.2 金属颗粒 (11)2.2.3 纳米颗粒 (12)2.3 复合材料制备方法 (14)2.4 颗粒增强钛基复合材料的力学性能 (15)3. 构型化复合材料研究进展 (16)3.1 构型化复合材料的概念及类型 (18)3.1.1 方向性复合材料 (19)3.1.2 梯度复合材料 (20)3.1.3 纳米复合材料 (21)3.2 不同构型对复合材料性能的影响 (23)4. 颗粒增强钛基复合材料构型化复合技术 (24)4.1 构型化复合制备方法 (27)4.2 构型化复合材料的性能表征 (28)4.3 研究案例及典型应用 (30)5. 应用前景与展望 (31)5.1 技术发展趋势 (33)5.2 应用领域展望 (34)1. 内容概述本文档专注于探讨颗粒增强钛基复合材料构型化复合研究的前沿领域与最新进展。
通过深入分析，本文旨在汇集当前的研究成果、技术创新以及应用中出现的新挑战。
重点在于展示如何通过创新的制备工艺、微观结构优化以及功能性设计，实现钛基复合材料在力学性能、热稳定性、耐腐蚀性等方面的突破。
钛基复合材料的关键性：阐述钛及其合金在航空航天、汽车、生物医疗等行业的重要地位，并强调构型化设计在提高材料性能和降低生产成本中的核心作用。
研究现状综述：总结当前的研究态势，包括颗粒增强型钛基复合材料的不同制备方法、微观结构与宏观性能间的关系理解，以及存在的问题和挑战。
重要实验与案例分析：通过介绍具有代表性的实验和实际案例，展示最新技术如何应用于提升钛基复合材料的性能。
未来发展方向与前景预测：基于目前的工作和方法，预测研究的未来趋势，讨论可能的新材料、新工艺以及预期的工业应用。
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（一）玻璃纤维增强塑料 俗称玻璃钢。按照塑 料的性质可以分为： 热塑性玻璃钢 热固性玻璃钢
1、热塑性玻璃钢
由 体 积 分 数 为 20 ～ 40% 的玻璃纤维与60～80%的热塑 性树脂组成。 具有高强度和高冲击韧性， 良好的低温性能及低的热胀系 数。
热塑性玻璃钢应用： ●尼龙66玻璃钢 刚度、强度、减摩性 好，作轴承、轴承架、齿轮等精密件、电工 件、汽车仪表、前后灯等 ●ABS玻璃钢 化工装置、管道、容器等 ●聚苯乙烯玻璃钢 汽车内装饰、收音 机机壳、空调叶片等 ●聚碳酸酯玻璃钢 耐磨件、绝缘仪表 等
• • • 1．比强度和比模量高
• 例如碳纤维和环氧树脂组成的复合材料，其比强度是钢的8倍， 比模量(弹性模量与密度之比)比钢大3倍。
2．抗疲劳性能好
• 例如碳纤维-聚酯树脂复合材料的疲劳强度是其抗拉强度的70％ -80％，而大多数金属的疲劳强度是其抗拉强度的30％～50％。
3．减振性能好
• 纤维与基体界面有吸振能力，可减小振动。例如，尺寸形状相 同的梁，金属梁9s停止振动，碳纤维复合材料制成的梁2.5s就 可停止振动。
特点 复合材料既保持组 成材料各自的最佳特性， 又具有组合后的新特性。
例1：建筑材料（复合材料的应 用）
泥土＋稻草 水泥＋钢筋
二、复合材料的分类
纤 维 增 强 复 合 材 料
颗粒增强复合材料
叠层 复合 材料
三、复合材料中的增强材料
（一）纤维增强材料 增强效果最明显、应用最广。 主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤 维、硼纤维、碳化硅纤维和氧化铝 纤维等
1. 玻璃纤维 由熔融玻璃经拉丝制成纤维； 密度 2.4 ～ 2.7 ，与铝相近，弹性模量低 于金属，但比强度和比模量高； 耐热性好，软化温度550～580℃； 耐蚀性好，除氢氟酸、浓碱、浓磷酸外， 对其它溶剂有良好的化学稳定性； 不吸水、不燃烧、尺寸稳定、隔热、吸 声、绝缘、透过电磁波等； 制取方便，价格便宜，是应用最广的增 强纤维。
常用增强纤维与金属丝性能对比
密度 g/cm3 抗拉强度 拉伸模量 比强度 比模量 GPa 100GPa 106N.m/kg 106N.m/k g
无碱玻璃纤维 高强度碳纤维（II）
高模量碳纤维（I） Kevlar49 硼纤维 SiC纤维（钨芯） 钢丝 钨丝 钼丝
2.55 1.74
2.00 1.44 2.36 2.69 7.74 19.40 10.20
碳黑和白碳黑（ Si2C 无定形微粉，呈白 色，具有类似碳黑的增强作用，故称之）可 明显提高橡胶的强度、硬度和弹性模量； 石墨、银粉、铜粉等可改善塑料的导电 性； Fe2O3磁粉可改善塑料的导磁性； MoS2可提高塑料的自润滑性； 空心玻璃微珠可减小塑料的密度并提高 其耐热性。
第二节 复合材料的性能
环氧树脂玻璃钢显微组织
酚醛树脂玻璃钢齿轮
（二）碳纤维增强塑料
组成 由碳纤维与聚脂 、酚 醛、 环 氧 、 聚 四氟 乙烯 等 树脂组成的复合材料。
碳纤维特点： ●碳是六方结构晶体(石墨)，共价键结 合； ●比玻璃纤维强度更高，弹性模量高几 倍； ●高温、低温性能好，很高的化学稳定 性、导电性；低的摩擦系数； ●脆性大，与树脂的结合力不如玻璃纤 维，表面氧化处理可改善其与基体的结合力。
2. 碳纤维 将有机纤维（如粘胶纤维、聚丙烯腈纤维、 沥青纤维等）在惰性气氛中经高温碳化而 制成wC>90%以上的纤维； 密度低、强度和模量高； 高、低温性能好（1500℃，-180℃）； 化学稳定性高，能耐浓盐酸、硫酸、磷酸、 苯、丙酮等；热胀系数小，热导率高，导 电性、自润滑性好； 缺点：脆性大，易氧化，与基体结合力差。
三、复合材料界面的结合
1) 机械结合。基体与增强材料之间不发生化学反应，纯粹机械
连结，靠纤维的粗糙表面与基体产生摩擦力而实现。
2) 溶解和润湿结合。基体润湿增强材料，相互之间发生原子扩 散和溶解，形成结合。界面是溶质原子的过渡带。 3) 反应结合。基体与增强材料间发生化学反应，在界面上生成 化合物，使基体和增强材料结合在一起。 4) 交换反应结合。基体与增强材料间发生化学反应，生成化合 物，还通过扩散发生元素交换，形成固溶体。
5) 混合结合。这种结合较普遍，是最重要的一种结合方式。是
以上几种结合方式中几个的组合。
界面的控制
界面的控制方法有以下几类：
一、 改变强化材料表面的性质； 二、向基体添加特定的元素 三、强化材料的表面涂层
第三节 常用复合材料
树脂基复合材料 金属基复合材料 陶瓷基复合材料
一、树脂基复合材料分类
第一节
概述
两种或者两种以 上的不同性质的材料， 通过不同的工艺方法人 工合成的多相材料。
复合材料
复合材料是一种由基体matrix 和增强 相 reinforced phase 组成的多相材料，通 常基体为连续相，而增强相为分散相。
复 合 材 料
基
颗粒增强材料、纤维增强材料、 片状增强材料
应用 主要用于宇航器上的结 构，比金属轻 30%。还可以 制作飞机的门、降落传动装 置、机翼等等。
风力发电叶片
呼吸器气瓶
（2）、金属基复合材料
目前是机械工程中用量最大 的一类材料。 塑性，韧性，硬度，弹性模 量比较高。但仍不能满足要 求，一直在改进。
金属基复合材料分类
主要应用的金属基复合材料： 纤维增强金属基复合材料 颗粒增强金属基复合材料 塑料—金属多层复合材料
• 4．高温性能好
• 一般铝合金在400～500℃时弹性模量急剧下降，强度也下降。 碳或硼纤维增强的铝复合材料，在上述温度时，其弹性模量和 强度基本不变。 • 此外，复合材料还有较好的减摩性、耐蚀性、断裂安全性和工 艺性等。
二、增强机制
（一）颗粒增强
颗粒增强复合是将增强颗粒高度弥散地分布在 基体中，基体承受载荷，而增强颗粒阻碍导致 基体塑性变形的位错运动（金属基体）或分子 链运动（高聚物基体）。 增强颗粒大小会直接影响增强效果： d 过大（ >0.1μm ）易引起应力集中而降低强度； d过小（<0.01μm）则接近于固溶体结构，不起 颗粒增强作用。 一般颗粒直径为d=0.01~0.1 μm。
陶瓷基复合材料 一、分类 ●颗粒增韧复合材料: Al2O3-TiC颗粒 ●晶须增韧复合材料: SiC-Al2O3晶须 ●纤维增韧复合材料: SiC-硼硅玻璃
细粒和晶须增强金属基复合材料 一、组成 基体材料：铝、镁、和钛合金 增 强 相：碳化硅、碳化硼、氧化铝细 粒或晶须 典型材料 SiC增强铝合金 细粒和晶须增强金属基复合材料是目前 应用最广泛的一类金属基复合材料。
二、细粒和晶须增强金属基复合材料 特点及应用
具有极高的比强度和比模量。 ●军工行业 如轻质装甲、导弹飞翼 ●航空工业 飞机部件 ●汽车工业 发动机活塞、制动件、 喷油嘴件
5. 碳化硅纤维 是以钨丝或碳纤维作纤芯，通过气相 沉积法而制得；或用聚碳硅烷纺纱， 经烧结而得； 是一种高熔点、高强度、高模量的陶 瓷纤维，主要用于增强金属和陶瓷； 优良的高温强度，在 1100℃时强度仍 高达2100MPa。
（二）颗粒增强材料
主要增强颗粒为陶瓷颗粒，如 Al2O3 、 SiC 、 Si3N4、WC、TiC、B4C及石墨等； 陶瓷颗粒性能好、成本低，易于批量生产； 在聚合物中添加不同的填料，构成以填料 为分散相、聚合物为连续相的复合材料， 可改善制品的力学性能、耐磨性能、耐热 性能、导电性能、导磁性能、耐老化性能 等。
纤维增强金属基复合材料 基体材料：铝合金、镁合金、钛合金、 镍合金 增强纤维：硼纤维、碳化硅纤维、氧化 铝纤维、高强度金属丝。
硼纤维、陶瓷纤维、碳纤维等增强相都 是无机非金属材料，密度低、强度和模量高， 耐高温性好。 这类复合材料有比强度高、比模量高和 耐高温等优点。
纤维增强金属基复合材料适合制造： ●航天飞机主舱骨架支柱、发动机叶 片、尾翼、空间站结构材料； ●汽车构件、保险杠、活塞连杆 ●自行车车架、体育运动器械
1. 以基体性质分类 热固性树脂复合材料 热塑性树脂复合材料 橡胶类复合材料
2. 按增强相类型分类 分为纤维增强、晶须增强、层片增强、 颗粒增强等聚合物基复合材料。
使用最广泛的是纤维增强塑料。按纤 维的性质可以把塑料基复合材料分为： 玻璃纤维增强塑料 碳纤维增强塑料 硼纤维增强塑料 碳化硅纤维增强塑料 基体材料：热固性塑料、热塑性塑料
3. 硼纤维 将元素B用蒸汽沉积的方法沉积到耐热金属 丝－纤芯（钨丝）上制得的一种复合纤维； 熔点高（2300℃）； 强度、弹性模量高； 良好的耐蚀性； 缺点：密度较大，直径较粗，生产工艺复 杂，成本高； 不及玻璃纤维和碳纤维应用广泛。
4. 芳纶纤维 亦称Kevlar纤维，是一种将聚合物溶解在 溶剂中，再经纺丝制成的芳香族聚酰胺类 纤维； 密度小，比强度、比弹性模量高； 抗拉强度比玻璃纤维高45％，韧性好； 耐热性好，能在290℃下长期作用； 优良的抗疲劳性、耐蚀性、绝缘性和加工 性，且价格便宜。
特点 高比强度和比模量； 良好的耐热性； 缺点是各向异性严重。
应用 主要用于航天和航空 工业中要求高刚度的构件， 如飞机机身，机翼等。
（四）碳化硅纤维增强塑料
组成 由碳化硅纤维与环氧 树脂组成的复合材料。
特点
高比强度和比模量； 抗拉强度接近碳纤维 — 环氧树 脂复合材料，但抗压强度是其 两倍； 碳化硅 — 环氧树脂复合材料是 一种很具有发展前途的新型材 料。
纤维增强复合条件
① 纤维的强度和弹性模量应远高于基体； ② 纤维与基体间应有一定的界面结合强度，以 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 纤维的排列方向要与构件的受力方向一致； ④ 纤维与基体的热胀系数应匹配； ⑤ 纤维与基体不能发生使结合强度降低的化学 反应； ⑥ 纤维所占体积分数、纤维长度和直径及长径 比等必须满足一定要求。