第二章-复合材料的基体材料
复合材料中的基体材料
复合材料中的基体材料复合材料是由两种或更多种不同材料组成的材料，其中一种材料称为基体材料。
基体材料在复合材料中起到支撑和固定增强材料（通常是纤维或颗粒）的作用。
基体材料的选择对复合材料的性能和应用起着至关重要的作用。
下面将介绍一些常见的基体材料及其特点。
1.金属基体材料：金属基体材料主要是指铝、镁、钛等金属材料。
金属基复合材料具有高强度、高刚度、优良的导热性、良好的耐腐蚀性和可加工性等优点。
金属基复合材料广泛应用于航空航天、汽车工业、船舶制造和建筑等领域。
2.高分子基体材料：高分子基体材料主要是指树脂类材料，如环氧树脂、聚酯树脂、聚酰亚胺等。
高分子基复合材料具有重量轻、绝缘性能好、抗腐蚀性能好等特点。
高分子基复合材料广泛应用于航空航天、汽车工业、电子电器等领域。
3.陶瓷基体材料：陶瓷基体材料主要是指氧化铝、氧化硅、碳化硅等无机材料。
陶瓷基复合材料具有高硬度、高耐磨性、抗高温等特点。
陶瓷基复合材料广泛应用于制造耐火材料、摩擦材料和高温结构材料等领域。
4.碳基体材料：碳基体材料主要是指碳纤维、炭黑等碳材料。
碳基复合材料具有重量轻、高强度、高刚度、耐高温、导电性能好等特点。
碳基复合材料广泛应用于航空航天、汽车工业、体育器材等领域。
5.纳米基体材料：纳米基体材料主要是指纳米颗粒、纳米管、纳米片等纳米材料。
纳米基复合材料具有独特的物理、化学和力学性能，如高强度、高硬度、低摩擦系数等。
纳米基复合材料在材料科学领域具有重要的应用前景。
总之，基体材料是复合材料中重要的组成部分，其种类和性能直接影响着复合材料的性能和应用范围。
随着科技的发展，不断有新型的基体材料涌现，为复合材料的开发和应用带来了新的可能性。
复合材料----复合材料的复合原理及界面
复合材料
第二章复合材料的复合原理及界面
1、弥散增强和颗粒增强的原理
1）弥散增强：复合材料是由弥散颗粒与基体复合而成，荷载主要由基体承担，弥散微粒阻碍基体的位错运动，微粒阻碍基体位错运动能力越大，增强效果愈大，微粒尺寸越小，体积分数越高，强化效果越好。
2）颗粒增强：复合材料是由尺寸较大（直径大于1 m）颗粒与基体复合而成，载荷主要由基体承担，但增强颗粒也承受载荷并约束基体的变形，颗粒阻止基体位错运动的能力越大，增强效果越好；颗粒尺寸越小，体积分数越高，颗粒对复合材料的增强效果越好。
2、什么是混合法则，其反映什么规律
混合法则（复合材料力学性能同组分之间的关系）：σc=σf V f+σm V m，E c=E f V f+E m V m式中σ为应力，E为弹性模量，V 为体积百分比，c、m和f 分别代表复合材料、基体和纤维；反映的规律：纤维基体对复合材料平均性能的贡献正比于它们各自的体积分数。
3、金属基复合材料界面及改性方法有哪些
金属基复合材料界面结合方式：
①化学结合
②物理结合
③扩散结合
④机械结合。
界面改性方法：
①纤维表面改性及涂层处理；
②金属基体合金化；
③优化制备工艺方法和参数。
4、界面反应对金属基复合材料有什么影响
界面反应和反应程度（弱界面反应、中等程度界面反应、强界面反应）决定了界面的结构和性能，其主要行为有：
①增强了金属基体与增强体界面的结合强度；
②产生脆性的界面反应产物；
③造成增强体损伤和改变基体成分。
复合材料的基体材料
基体材料
高分子化合物的物理形态
基体材料
环氧树脂
泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的 有机高分子化合物，分子结构是以分子链中 含有活泼的环氧基团为其特征
O 环氧基团：—CH—CH—
基体材料
性能和特性
1、形式多样。各种树脂、固化剂、改性剂体系几乎可以适应 各种应用对形式提出的要求，其范围可以从极低的粘度到高熔 点固体。 2、 固化方便。选用各种不同的固化剂，环氧树脂体系几乎可 以在0～180℃温度范围内固化。 3、 粘附力强。环氧树脂分子链中固有的极性羟基和醚键的存 在，使其对各种物质具有很高的粘附力。环氧树脂固化时的收 缩性低，产生的内应力小，这也有助于提高粘附强度。 4、 收缩性低。环氧树脂和所用的固化剂的反应是通过直接加 成反应或树脂分子中环氧基的开环聚合反应来进行的，没有水 或其它挥发性副产物放出。它们和不饱和聚酯树脂、酚醛树脂 相比，在固化过程中显示出很低的收缩性（小于2%）。
基体材料
基体的作用
把纤维粘在一起； 分配纤维间的载荷； 保护纤维不受环境影响
基体材料
基体材料的工艺性
成型的基本过程：用树脂浸渍纤维—烘干定型— 固化 浸润性能、黏接性能、流动性能、固化性能（成 型方法选择和工艺参数确定的主要依据）。 固化：线形树脂在固化剂存在或加热条件下，发 生化学反应转变成不溶、不熔、具有体型结构的 固态树脂的全过程。黏流态——固态
基体材料
第二章复合材料的基体材料ppt课件
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
❖ 四、 聚合物材料 ❖ 1. 复合材料中常用的聚合物种类
❖ （1）不饱和聚酯树脂。用于玻璃纤维复合材料 ❖ （2）环氧树脂。性能优异，用于碳纤维复合材
料和优质玻璃纤维复合材料。 ❖ （3）酚醛树脂。性能较差，且需高压成形，用
性好的；对于非连续性增强复合材料，选高强度
合金为基体。
• （3）根据基体金属与增强物的相容性选择
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
2.1.2 结构复合材料的基体
结构复合材料的基体大致可分为轻金属基体和耐热合金基体两大类。
❖ 主要的增强物为：陶瓷颗粒或晶须。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
❖
Байду номын сангаас
Al2O3（刚玉）—典型的纯氧化物陶瓷。
有较高室温和高温强度。
❖
ZrO2—使用温度达2000～2200℃，主要
用作耐火坩锅，反应堆的绝缘材料，金属表面的
二、 无机胶凝材料 水泥，石膏，菱苦土，水玻璃等。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
2.2 陶瓷材料
传统陶瓷是指陶器和瓷器，主要由含二氧化硅的 天然硅酸盐矿物质制成。
现代陶瓷：高纯度、高性能的氧化物、碳化物、 硼化物、氮化物等。
聚合物复合材料 基体
2.4.2 环氧树脂
环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子 化合物，除个别外，它们的相对分子质量都不高。
E-44
E-31 相对分子质量都不高
★ 环氧树脂的性能和特性
a、 形式多样 各种树脂、固化剂、改性剂体系几乎可以适应各种 应用要求，其范围可以从极低的粘度到高熔点固体。
基体与增强材料的结合性，包括浸润性和粘合性，决定了复合材 料应力传递途径中最关键的界面层的特性，因此，对复合材料的力学 性能、断裂特性和疲劳性能起着关键的作用。
影响聚合物对增强材料粘结能力的主要因素是聚合物与填料的化 学结构、聚合物的粘度、填料的几何形状等。为了提高基体聚合物对 增强材料、填料的粘附能力： 有时须对增强材料、填料进行表面粘合活化处理 基体中需加增粘剂或偶联剂
（8）交联不饱和聚酯的网状分子结构
①为大致均匀的连续网状结构； ②为不均匀的连续网状结构，在密度 较大的连续网之间有密度较低的链型 分子互相联结； ③为不连续的网状结构，密度较大的 连续分散于未键合的组分中间。
交联不饱和聚酯主要形成 第二种网状结构的大分子
三维网！
（9）不饱和聚酯固化特征—三阶段
粘流态树脂 凝胶阶段
凝胶态
定型阶段
具有硬度的 固态
熟 化 阶 段
交联完全 固态树脂
① ②③
（10）不饱和聚酯固化体系
不饱和聚酯：1mol 交联剂：苯乙烯、氯化苯乙烯、乙烯基甲苯、α-甲基苯乙烯、
2，5-二溴苯乙烯等。用量1.5~3.0mol 引发剂：过氧化物或偶氮化合物，用量1~4% 促进剂：环烷酸钴 增粘剂：MgO，CaO，Ca(OH)2，Mg(OH)2 触变剂：气相法白碳黑（SiO2），用量2~6% 常温固化系统：过氧化甲乙酮+环烷酸钴
第二章聚合物基复合材料的基体
第二章聚合物基复合材料的基体1．聚合物基体的作用复合材料＝基体+增强剂（填充剂）复合材料的原材料包括基体材料和增强材料聚合物基体是FRP的一个必需组分。
在复合材料成型过程中，基体经过复杂的物理、化学变化过程，与增强纤维复合成具有一定形状的整体，因而整体性能直接影响复合材料性能。
基体的作用主要包括以下四个部分①将纤维粘合成整体并使纤维位置固定，在纤维间传递载荷，并使载荷均衡；②基体决定复合材料的一些性能。
耐热性、横向性能、剪切性能、耐介质性能(如耐水、耐化学品性能)等；③基体决定复合材料成型工艺方法以及工艺参数选择等。
④基体保护纤维免受各种损伤。
此外，基体对复合材料的另外一些性能也有重要影响，如纵向拉伸、尤其是压缩性能，疲劳性能，断裂韧性等。
2．聚合物基体材料的分类用于复合材料的聚合物基体有多种分类方法，如按树脂热行为可分为热固性及热塑性两类。
热塑性基体如聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚砜、聚醚醚酮等，它们是一类线形或有支链的固态高分子，可溶可熔，可反复加工成型而无任何化学变化。
热固性基体如环氧树脂、酚醛树脂、双马树脂、不饱和聚酯等，它们在制成最终产品前，通常为分子量较小的液态或固态预聚体，经加热或加固化剂发生化学反应固化后，形成不溶不熔的三维网状高分子，这类基体通常是无定形的。
聚合物基体按树脂特性及用途分为：一般用途树脂、耐热性树脂、耐候性树脂、阻燃树脂等。
按成型工艺分为：手糊用树脂、喷射用树脂、胶衣用树脂、缠绕用树脂、拉挤用树脂等。
不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂及被称为三大通用型热固性树脂。
它们是热固性树脂中用量最大、应用最广的品种。
3．聚合物基体的选择对聚合物基体的选择应遵循下列原则：（１）能够满足产品的使用需要；如使用温度、强度、刚度、耐药品性、耐腐蚀性等。
高拉伸(或剪切)模量、高拉伸强度、高断裂韧性的基体有利于提高FRP力学性能。
(2)对纤维具有良好的浸润性和粘接力；(3)容易操作，如要求胶液具有足够长的适用期、预浸料具有足够长的贮存期、固化收缩小等。
复合材料的基体材料
聚合物受热变化
提高树脂耐热性方法：
增加高分子链刚性：引入共轭双键、三键或环状结构； 进行结晶：-C-O-C-, -OH, -NH2等； 进行交联：交联键增加，提高分子间作用力。
25
三、耐腐蚀性能
树脂的腐蚀 物理作用：溶胀或溶解，导致结构破坏，性能下降 化学作用：化学键破坏或新的化学键 影响因素： 树脂结构 树脂含量 树脂固化交联密度
CH2 O
CH
31
一、 环氧树脂及其固化物的优缺点 (1) 力学性能高。环氧树脂具有很强的内聚力， 分子结构致密，所以它的力学性能高于酚醛树脂和不 饱和聚酯等通用型热固性树脂。 (2) 附着力强。环氧树脂固化体系中含有活性极 大的环氧基、羟基以及醚键、胺键、酯键等极性基团， 赋予环氧固化物对金属、陶瓷、玻璃、混凝士、木材 等极性基材以优良的附着力。 (3) 固化收缩率小。一般为1％～2％。是热固性 树脂中固化收缩率最小的品种之一(酚醛树脂为8％～ 10％；不饱和聚酯树脂为4％～6％；有机硅树脂为4 ％～8％)。线胀系数也很小，一般为6×10-5/℃。所 以固化后体积变化不大。 (4) 优良的电绝缘性优良。环氧树脂是热固性树 脂中介电性能最好的品种之一。
理性能将直接影响复合材料的性能。金属材料
分为结构金属材料和功能用金属基复合材料。
2
金属复合材料的优点
1 2 3 与陶瓷材料相 比，金属基复合 材料具有高韧性 和高冲击性能、 热膨胀系数小等 优点
与传统金属材 料相比，金属 基复合材料具 有较高的比强 度、比刚度和 耐磨性
与树脂基复合材 料相比，金属基 复合材料具有优 良的导电、导热 性，高温
聚合物形变：普弹形变、高弹形变、粘流形变
普弹形变：由聚合物分子的键长和键角改变引起， 变形较小（1%） 高弹形变：由大分子链的链段移动引起，是聚合物主 要变形形式（Tg以上） 强迫高弹形变（Tg以下）：在外力作用量够大，时间 是够长条件下出现 决定因素：大分子链的柔韧性、大分子链间的交联密度
第二章_复合材料的基体材料
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3）用于1000℃以上的高温MMC金属基体
用于1000℃以上的基体材料主要是镍基、 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 MMC尚处于研究阶段。
W/Ni合金，可以大幅度提高其高温性能— —高温持久性能和高温蠕变性能，一般可 提高1-3倍，主要用于高性能发动机叶片等 重要零件。
石202纤0/12维/11 、碳化硅颗粒复合。
4
2）金属基复合材料的组成特点
连续纤维增强MMC：基体的主要作用是以
充分发挥增强材料性能为主，基体本身应 与纤维有良好的相容性和塑性。
如：连续C/Al中，纯铝或含有少量合金 元素的铝合金作为基体比高强度铝合金好 得多。且铝合金强度越高，其MMC的性能 越低。
7
1）用于450℃以下MMC的轻金属基体
目前研究发展最成熟、应用最广泛的 MMC是铝基和镁基复合材料，用于航天飞机、 人造卫星、空间站、汽车发动机零件、刹车 盘等，并以形成工业化规模生产。
对于不同类型的 复合材料应选用合适的 铝或镁合金基体。
连续纤维增强MMC：一般选用纯铝或含
合金元素少的单相铝合金；
② 碳化物陶瓷：一般具有比氧化物陶瓷更高的熔点。最 常用的是SiC、WC、B4C、TiC，制备过程应有气氛 保护；耐热温度约为900—1000℃
③ 氮化物陶瓷：具有优良的综合力学性能和耐高温性能。 应用最广泛的是Si3N4，还有TiN、BN、AlN、C3N4； 耐热温度约为1300—1700℃， BN可达2000 ℃
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2
2.1.1 选择基体的基本原则
在选择基体金属时应考虑因素： MMC的使用要求 MMC的组成特点 基体金属与增强物的相容性
复合材料概论第2章--复合材料的基体材料
国产太行战机用涡轮风扇航空发动机——高温高性能高铌钛铝合金材料
6
2.1.1 选择基体的原则
金属与合金品种繁多，目前用作金属基复合材料 的金属有：铝及铝合金，镁合金，钛合金，镍合 金，铜与铜合金，锌合金，铅、钛铝、镍铝金属 间化合物等。 基体材料成分的正确选择对能否充分组合和发挥
基体金属和增强物性能特点，获得预期的优异综 合性能十分重要。
第二章 复合材料的基体材料
金属材料 陶瓷材料 聚合物材料
1
2.1 金属材料
现代科学技术的发展对材料性能的要求越来
越高，特别是航天航空、军事等尖端科学技术的
发展，使得单一材料难以满足实际工程的要求，
这促进了金属基复合材料的迅猛发展。
2
1
2
3 与陶瓷材料相 比，金属基复合 材料具有高韧性 和高冲击性能、 热膨胀系数小等 优点
共价键化合物的原子自扩散系数非常高，高
纯的Si3N4 的固相烧结极为困难。因此，常用反
应烧结和热压烧结。前者是将Si3N4粉以适当的
方式成形后，在氮气氛中进行氮化合成(约
1350℃）。后者是将加适当的助烧剂
(MgO,Al2O3,1600~1700℃) 烧结。
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氮化硼和氮化钛陶瓷
氮化硼陶瓷
BN有两种晶型：六方BN结构，性能与石墨相似，因此
化和高分子交联反应。 （临界温度和半衰期，常用的引发剂，p26）
促进剂：与催化剂或交联剂并用时，可以提高反应速率的表：Li2O-Al2O3-SiO2
32
微晶玻璃具有热膨胀系数小、导热系数 较大等特点，同时还具有一定的机械强度。
33
为获得力学性能优良的复合材料，加入的纤 维或晶须应与基体的热膨胀系数及弹性模量匹配，
第二章之不饱和聚酯
耐电弧性/s
数据
1014 15-20 3.0-4.4 0.003 125
上午10时37分
5/43
上午10时37分
6/43第二章 基体材料来自第一节 不饱和聚酯树脂
⑷聚酯链末端上的羧基可以和碱土金属氧化物或氢氧化物[例如 MgO，CaO，Ca(OH)2等]反应，使不饱和聚酯分子链扩展，最终使 树脂很快稠化，形成凝胶状物，因此将这些物质称为增粘剂。
不饱和聚酯树脂一般可通过引发剂、光、高能辐射等方式引发不 饱和聚酯中的双键与可聚合的乙烯基类单体(通常为苯乙烯)进行自 由基型共聚反应，使线型的聚酯分子链交联成具有三维网络结构的 体型分子，见示意图2-4。
上午10时37分
27/43
第二章 基体材料
不饱和聚酯树脂与苯乙烯的固化体系 固化三阶段：凝胶；硬化；最终固化
4/43
第二章 基体材料
第一节 不饱和聚酯树脂
③耐化学腐蚀性能。耐水、稀酸、稀碱的性能较好，耐有机溶 剂的性能差，同时，树脂的耐化学腐蚀性能随其化学结构和几何形 状的不同，可以有很大的差异。
④介电性能。介电性能良好，见表2-2。
表2-2 通用刚性不饱和树脂的电学性能
性能
体积电阻/Ω.cm 击穿电压/Kv.mm-1
优点：反应比较平稳、易于控制，产品颜色比较好， 缺点：要有分水装置，且要防爆。
上午10时37分
23/43
（3） 典型配方
分类 通用型
邻苯型
对苯型
环氧改性
上午10时37分
原料
丙二醇 顺酐 苯酐
苯乙烯
对苯二甲酸二甲酯 二缩三乙二醇 顺酐 乙酸锌 对苯二酚
一缩二乙二醇 二缩二乙二醇
复合材料的基体材料
复合材料的基体材料
复合材料的基体材料是复合材料的核心，包括基体材料和纤维材料，
是支撑和固定复合材料结构的主要材料。
市场上主要的基体材料有：金属
材料、陶瓷材料、树脂材料、橡胶材料等，其中，金属材料主要是钢材、
铝材、铜材等，陶瓷材料主要是碳化硅等陶瓷，树脂材料主要是玻璃树脂、聚氨酯树脂等，橡胶材料主要是聚氯乙烯橡胶、氯丁橡胶等。
金属材料是复合材料中最常用的基体材料，因其强度高、韧性好、耐
磨性好等特点，被广泛应用于航空航天、舰船、汽车、机械制造等领域。
除了可以直接作为复合材料的基体材料外，金属材料还可以作为复合材料
的抗剥裂固化剂和增强剂，为复合材料的抗剥裂性能和强度增加提供有效
支撑。
陶瓷材料是复合材料中热强度高、导热性好的基体材料，主要用于抗
高温高压腐蚀等领域。
陶瓷材料具有良好的耐寒性、耐热性和耐腐蚀性，
能够在极端的温度和压力条件下发挥出良好的性能。
树脂材料是复合材料中最常用的基体材料，可以提供轻量、柔韧、隔
热和耐腐蚀的性能，主要用于制造复合材料工件。
《复合材料力学》2复合材料的基体材料(标准版)
行复合，如碳化硅/铝，碳纤维/铝，氧化铝/铝等 复合材料用作发动机活塞、缸套等零件。
20
工业集成电路： 高导热、低膨胀 如：银、铜、铝作为基体，与高导热性、低热膨胀
的超高模量石墨纤维、金刚石纤维、碳化硅颗粒 复合，用作散热元件和基板。
21
2 金属基复合材料组成特点
针对不同的增强体系，应充分分析和考虑 增强物的特点来正确选择基体合金材料。
强材料与基体复合而成的复合材料。
4
复合材料性能的综合比较
使用温度 ℃
强度 耐老化
导热性 W/(mK)
耐化学 腐蚀
树脂基复 合材料
60~250
可设计
最差
0.35~0.45
最好
金属基复 合材料
400~600
可设计
一般
50~65
一般
陶瓷基复 1000~150
可设计
合材料
0
5
最好
0.7~3.5
最好
工艺 成熟 一般 复杂
氮化硅陶瓷(Si3N4)
共价键化合物的原子自扩散系数非常高，高 纯的Si3N4 的固相烧结极为困难。因此，常用反 应烧结和热压烧结。前者是将Si3N4粉以适当的 方式成形后，在氮气氛中进行氮化合成(约 1350℃）。后者是将加适当的助烧剂 (MgO,Al2O3,1600~1700℃) 烧结。
复合材料基体
复合材料基体
复合材料基体是指在复合材料中起支撑、传递载荷和保护纤维的主要成分，是
复合材料的基础结构。
复合材料基体的选择对于复合材料的性能具有至关重要的影响，因此，对于复合材料基体的研究和选用具有重要意义。
首先，复合材料基体的选择应考虑到其与纤维的粘结性能。
粘结性能直接影响
着复合材料的强度和韧性。
若基体与纤维的粘结性能不佳，容易导致复合材料的层间剥离和断裂，从而降低了复合材料的整体性能。
因此，选择具有良好粘结性能的基体材料是十分重要的。
其次，复合材料基体的力学性能也是需要考虑的重要因素。
基体材料应具有较
高的强度和刚度，以保证复合材料在受力时能够有效地传递载荷。
同时，基体材料的韧性也是需要考虑的因素之一，良好的韧性可以有效地提高复合材料的抗冲击性能，延缓疲劳破坏的发生。
另外，复合材料基体的耐腐蚀性能也是需要重视的。
在实际应用中，复合材料
往往需要在恶劣的环境条件下工作，因此基体材料应具有良好的耐腐蚀性能，以保证复合材料的使用寿命和可靠性。
此外，基体材料的加工性和成本也是需要考虑的因素。
良好的加工性能可以降
低复合材料的制造成本，提高生产效率，而低成本的基体材料可以降低复合材料的整体成本，提高其在市场上的竞争力。
总的来说，复合材料基体的选择应综合考虑粘结性能、力学性能、耐腐蚀性能、加工性和成本等因素，以确保复合材料具有良好的整体性能和经济性。
在实际应用中，需要根据具体的工程要求和环境条件，选择合适的基体材料，并通过合理的设计和制造工艺，充分发挥复合材料的优势，满足工程应用的需求。
复合材料学(第二章 复合材料的基体材料) (2)
是主要承载物，基体的强度对非连续增强金 属基复合材料具有决定性的影响。因此要获 得高性能的金属基复合材料必须选用高强度 的铝合金为基体，这与连续纤维增强金属基 复合材料基体的选择完全不同。如颗粒增强 铝基复合材料一般选用高强度的铝合金为基 体。
用于电子封装的金属基复合材料有：高碳 化 硅 颗 粒 含 量 的 铝 基 (SiCp/A1) 、 铜 基 (SiCp/Cu)复合材料，高模、超高模石墨纤维 增强铝基(Gr/Al)、铜基(Gr/Cu)复合材料， 金刚石颗粒或多晶金刚石纤维铝、铜复合材 料，硼／铝复合材料等， 其基体主要是纯铝
和纯铜。
1、用于450℃以下的轻金属基体
目前研究发展最成熟、应用最广泛的金属 基复合材料是铝基和镁基复合材料， 用于航
天飞机、人造卫星、空间站、汽车发动机零 件、刹车盘等，并已形成工业规模生产。对 于不同类型的复合材料应选用合适的铝、镁 合金基体。连续纤维增强金属基复合材料一 般选用纯铝或含合金元素少的单相铝合金， 而颗粒、晶须增强金属基复合材料则选择具 有高强度的铝合金。
用于耐磨零部件的金属基复合材料有：碳 化硅、氧化铝、石墨颗粒、晶须、纤维等增 强铝、镁、铜、锌、铅等金属基复合材料， 所用金属基体主要是常用的铝、镁、锌、铜、 铅等金属及合金。
用于集电和电触头的金属基复合材料有： 碳(石墨)纤维、金属丝、陶瓷颗粒增强铝、 铜、银及合金等。
功能用金属基复合材料所用的金属基体均 具有良好的导热、导电性和良好的力学性能， 但有热膨胀系数大、耐电弧烧蚀性差等缺点。
飞机和人造卫星构件上应用，取得了巨大的 成功。
基体材料是金属基复合材料的主要组成， 起着固结增强物、传递和承受各种载荷(力、 热、电)的作用。基体在复合材料中占有很大 的体积百分数。在连续纤维增强金属基复合 材 料 中 基 体 约 占 50%-70% 的 体 积 ， 一 般 占 60%左右最佳。颗粒增强金属基复合材料中 根据不同的性能要求，基体含量可在90% ～ 25%范围内变化。多数颗粒增强金属基复合 材料的基体约占80%～90%。而晶须、短纤 维增强金属基复合材料基体含量在70%以上，
《复合材料概论》心得与总结
《复合材料概论》心得与总结卫琦 1306030118通过学习《复合材料概论》，我了解了复合材料的命名、分类以及复合材料的基本性能。
复合材料的基体材料有四种：金属材料、无机胶凝材料、陶瓷材料、聚合物材料。
了解了碳纤维的优点以及碳纤维在生活中被广泛的应用。
以及对聚合物基复合材料，金属基复合材料，陶瓷基复合材料的了解。
以下是我对一些知识点的总结。
第一章总论一、复合材料定义：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；在复合材料中通常有一个相为连续相，称为基体，另一相为分散相，称为增强材料。
二、复合材料的分类1．按增强材料形态分类（连续纤维复合、短纤维复合、颗粒复合、编织复合）2．按增强材料纤维种类分类（玻璃纤维、碳纤维、有机纤维、金属纤维、陶瓷纤维、混合）3．按基体材料分类（聚合物基、金属基、无机非金属基）4．按材料作用分类（结构复合材料、功能复合材料）三、复合材料的基本性能1．可综合发挥各组成材料的优点2．可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造（最大特点！）3．可制成所需的任意形状的产品四、复合材料结构设计的三个结构层次①：一次结构：指由基体和增强材料复合而成的单层材料②：二次结构：指由单层材料层合而成的层合体③：三次结构：指通常所说的工程结构或者产品结构第二章复合材料的基体材料复合材料的基体材料有以下四种：①：金属材料主要包括铝及铝合金、镁合金、钛合金、镍合金、铜与铜合金、锌合金、铅、钛铝、镍铝金属间化合物等无机胶凝材料主要包括水泥、石膏、菱苦土和水玻璃等陶瓷材料主要包括玻璃、玻璃陶瓷、氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷聚合物材料主要包括不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂及各种热固性/热塑性聚合物。
第三章复合材料的增强材料一、增强材料的定义：在复合材料中，凡事能基体材料力学性能的物质，均称为增强材料。
二、玻璃纤维的分类：1．以玻璃原料成分分类：无碱玻璃纤维（E玻纤）；中碱玻璃纤维；有机玻璃纤维（A玻璃）；特种玻璃纤维。
复合材料学的基体材料和增强材料各论
设计人员可根据所需制品对力学及其它性能的要求， 对结构设计的同时对材料本身进行设计。
具体体现在两个方面
力学设计—— 给制品一定的 强度和刚度
功能设计——给 制品除力学性能 外的其他性能
3、工艺性能好 复合材料的工艺性能十分a、优电越绝，缘其性成能好型，方不法受
多种多样，成型条件机动灵活。电磁作用； 具1导的/体1热玻0到0系 璃～玻数 钢1璃/小 可1纤0， 耐0维0是瞬；增金时特强属高殊树材温类脂料。型基复合bc制、、材品可微料。制波特作穿性成透：不性带好静；电的
碳纤维II/环氧 1.45
1.5
1.4
1.03
0.97
碳纤维I/环氧
1.6
1.07
2.4
0.67
1.5
有机纤维/环氧 1.4
1.4
0.8
1.0
0.57
硼纤维/环氧
2.1
1.38
2.1
0.66
1.0
硼纤维/铝
2.65
1.0
2.0
0.38
0.57
由表1-2可见：FRC的密度约为钢的1/5，铝的1/2
比模量：高模量碳纤维/环氧复合材料为钢的5倍，
2007年6月8日， “阿特兰蒂斯”号 航天飞机在位于美 国佛罗里达州卡纳 维拉尔角的肯尼迪 航天中心发射升空， 飞往国际空间站。
美国全部用碳纤维复合材料制成一架八座商用飞机-里尔芳2100号，并试飞成功，这架飞机仅重567kg，它 以结构小巧重量轻而称奇于世。
采用大量先进复合材料制成的哥伦比亚号航天飞机。
无机非金属材料：具有性质稳定，抗腐蚀、 耐高温等优点。但质脆，经不起热冲击。
金属材料：力学性能好，耐高温。但密度 大，抗腐蚀性能差。
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热塑性聚合物
热塑性聚合物
结构特点：线型、分枝型，遇热软化或熔融且可反复进行 力学性能： ①具有明显的力学松弛现象； ②较大的断裂延伸率； ③抗冲击性能好。
电学性能：优异的绝缘性能，对腐蚀性介质稳定。
举 例：聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚甲醛、
聚丙烯-十二烯-苯乙烯（ABS树脂）等。
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蚀性极强，能耐王水及沸腾的氢氟酸（塑料王）
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RMC用高性能热塑性树脂优点：耐热性好 • 聚苯硫醚：300℃短期荷载、240 ℃长期； • 聚砜和聚醚砜：200 ℃下长期使用； • 聚醚醚酮：160 ℃长期使用。 高性能热塑性树脂缺点：成型难、成本高。
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1.4 橡 胶
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2） 用于450-700℃的MMC金属基体
钛合金具有相对密度小、耐腐蚀、耐氧化、强
度高等特点，可在450-700 ℃使用。SiC/Ti制成的叶 片和传动轴等零件可用于高性能航空发动机。
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3）用于1000℃以上的高温MMC金属基体
• 用于1000℃以上的基体材料主要是镍基、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MMC尚处于研究阶段。
按制品使用温度要求分为：轻金属基体和耐热合金基体
1）用于450℃以下MMC的轻金属基体
目前研究发展最成熟、应用最广泛的MMC是铝 基和镁基复合材料，用于航天飞机、人造卫星、空 间站、汽车发动机零件、刹车盘等，并以形成工业 化规模生产。 对于不同类型的 复合材料应选用合适的铝或镁 合金基体。 • 连续纤维增强MMC：一般选用纯铝或含合金元 素少的单相铝合金； • 颗粒、晶须增强MMC：则选用具有高强度的铝 合金。
微结构
热反应
性质
不定形塑料与结晶性塑料的结构与性质之比较
热塑性树脂的基本性能
1、力学性能 决定合成树脂力学性能的结构因素有以下五个： ①大分子链的主价力； ②分子间的作用力； ③大分子链的柔韧性； ④分子量； ⑤大分子链的交联密度。
热塑性树脂与热固性树脂在结构上的显著差别在
于前者的大分子链为线型结构，而后者的大分子 链为体型网状结构。 由于这一结构上的差别，使热塑性树脂与热固性 树脂相比在力学性能上有以下几个显著特点：① 具有明显的力学松弛现象；②在外力作用下，形 变的能力较大，即当应变速度不大时，可具有相 当大的断裂延伸率；③抗冲击性能好。
我国热塑性塑料产业
规模企业分布，％
25 20 15 10 5 0 广东 浙江 江苏 山东 上海 福建 辽宁 其他
东部
复合材料常用热塑性树脂 迄今，几乎所有的热塑性树脂皆可用玻璃纤
维或其它纤维增强。
1、聚烯烃
包括聚乙烯（产量最大）、聚丙烯、聚苯乙烯和聚丁烯等
2、聚酰胺 定义：分子链中含有酰胺基团（尼龙） 性能：具有良好的力学性能 良好的耐磨性和耐腐蚀性
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2、氧化物陶瓷
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2、非氧化物陶瓷
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氮化硅陶瓷
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氮化钛陶瓷
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碳化硅陶瓷
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2．3 聚合物材料
• 聚合物（高分子化合物）：是指那些众多 原子或原子团主要以共价键结合而成的相 对分子质量在一万以上的化合物。 • 特性：聚合物分子量很大，因而具有与低 分子同系物完全不同的物理性能。如高分 子化合物具有高软化点、高强度、高弹性、 其溶液和熔体具有高粘度等性质。 • RMC中聚合物的主要作用是：把纤维粘接在 一起；分配纤维间的荷载；保护纤维不受 环境影响。 • 分类：热固性树脂和热塑性树脂两大类。
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如何增强基体 金属与增强物 的相容性？
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3）基体金属与增强物的相容性
例：在纯铝中加入少量的Ti、Zr等元素，可明显改善 MMC的界面结构和性质，大大提高MMC的性能。 Fe、Ni高温时会破坏CF的结构，使其丧失原有强 度，因此不能直接用作CF的基体。
2.1.2 结构复合材料的基体
2、电学性能 热塑性树脂的电性能按其大分子的极性不同可分为：以下几： （1）非极性： 这类树脂如聚乙烯、聚丁二烯、聚四氟
乙烯等。
高频率的电解质
（2）弱极性： 这类树脂如聚苯乙烯、聚异丁烯等。 （3）极性： 这类树脂如聚氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、 聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯等。
（4）强极性： 这类树脂如聚酯。 低频率的介电体
2.3.1 热固性树脂
• 热固性树脂定义：低分子物在引发剂、促 进剂作用下生成的三维体形网状结构聚合 物。固化物加热不软化，不溶不融。 • 不饱和聚酯树脂 • 环氧树脂 • 酚醛树脂 • 其它热固性树脂
1）不饱和聚酯树脂
• 定义：主链上同时具有重复酯键和不饱和 双键的一类聚合物。 • 主要优点：工艺性好、固化物的综合性能 好、价格低廉、品种多。 • 主要缺点：固化收缩率大，耐热性、强度 和模量较低，因此很少用于受力很大的制 品中。 • 使用方法：树脂、引发剂、促进剂按配比 配制，并按固化制度固化。
基合金、镍基合金及金属间化合物。如SiC/Ti、W/Ni。
• 汽车发动机活塞、缸套：耐高温+耐磨、导热，选择C/Al、 Al2O3/Al、SiC/Al。 • 高集成电子器件：要求高导热+低膨胀，选择高导热率的银、铜、 铝等与高导热性、低膨胀的石墨纤维、金刚石纤维、碳化硅颗粒 复合。
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2.1.1 选择基体的基本原则
在选择基体金属时应考虑因素： • MMC的使用要求 • MMC的组成特点 • 基体金属与增强物的相容性
1）MMC的使用要求
• 航天、航空器元件：高比强度、比模量+尺寸稳定性。宜选用密 度较小的轻金属合金—镁合金和铝合金，如C/Mg、C/Al、B/Al。 • 高性能发动机叶片、转轴：高比强度、比模量+耐高温。选择钛
不定形塑料
结晶性塑料
常用材料
丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚合物（ABS）、 聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚 压克力（PMMA）、聚碳酸脂(PC)、 缩醛树脂(POM)、耐隆 聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、苯乙 (PA, 聚醯胺)、热塑性聚脂 烯-丙烯系聚合物(SAN)。 (例如PBT、PET)。 分子在液相呈现杂乱的配向性， 分子在液相和固相都呈现杂乱的配向性。 在固相则形成紧密堆砌的 晶体。 具有软化温度范围，但没有明显的熔点。 透明 抗化学性差 成形时体积收缩率低 通常强度不高 一般具有高熔胶黏度 热含量低 具有明确的熔点。 半透明或不透明 抗化学性佳 成形时体积收缩率高 强度高 熔胶黏度低 热含量高
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2）环氧树脂
• 定义：分子主链上含有两个或两个以上环 氧基团的聚合物。
• 主要优点：形式多样、粘附力强、收缩率 低、力学性能好、尺寸稳定、化学稳定性 好。 • 主要缺点：工艺性差，价格高。 • 使用方法：
3）酚醛树脂
• 定义：酚类和醛类的聚合物。
2．2 陶瓷材料
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陶瓷材料的特点
• 陶瓷材料的性能特点 • 优点： 1）高硬度：决定了优异的耐磨性； 2）高熔点：决定了杰出的耐热性； 3）高化学稳定性：决定了良好的耐腐蚀 性 • 缺点：脆性，需要增韧—复合材料
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1、微晶玻璃
• 如电子器件：集成度越来越高，功率增大，发热严重， 需用热膨胀系数小、导热性好的材料做基板和封装材 料，以便将热量迅速传走，避免产生热应力，提高器 件可靠性。SiCp/Al 、SiCp/Cu；
• 又如汽车发动机零件：要求耐磨、导热性好、热膨胀 系数适当。采用SiC、Al2O3、Gr等增强材料增强Al、Mg、 Cu、Zn、Pb等MMC
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2）金属基复合材料的组成特点 连续纤维增强MMC：
如：连续C/Al中，纯铝或含有少量合金元素的铝 合金作为基体比高强度铝合金好得多。且铝合金 强度越高，其MMC的性能越低。
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3）基体金属与增强物的相容性
基体与纤维的相容性：良好的浸润性、稳定的界面。
橡胶是指具有显著高弹性的一类高分子化合物，也可
用作复合材料的基体材料，包括天然橡胶和人造橡胶，如
丁苯橡胶、氯丁橡胶、聚丁二烯橡胶等。
不同于树脂基复合材料，橡胶基复合材料除了要具有
轻质高强的特点外，还应具有柔性和较大的弹性。橡胶基 复合材料主要用来制备轮胎、传动皮带等。
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聚合物共混物基体分类 1）按类型： ★塑料/塑料相互间改性 热塑性/热塑性共混物： 非晶/非晶： PS/PC、PS/PSF、ABS/PC等 非晶/结晶: PS/PP、PS/PE、PC/PBT、PC/PA等 结晶/结晶: PE/PP、PP/PET、PP/PA、PET/PA等
★ LCP/热塑性共混物： LCP/非晶 LCP/PC、LCP/PSF等 LCP/结晶 LCP/PBT、LCP/PP、LCP/PET、LCP/PA等 ★ 热塑性/热固性共混物： 非晶热塑性树脂/热固性树脂：PC/环氧树脂、PSF/环氧树 脂、PEI/环氧树脂、PEI/双马来酰亚胺（BMI）等 结晶热塑性树脂/热固性树脂：PBT/环氧树脂等
热塑性树脂的应用
我国热塑性塑料产业
我国是世界高分子材料大国，世界塑料大国, 生产大国、 消费大国、进口大国。 世界第一大PVC、合成纤维生产国。 其中，通用塑料PE、PP、PS、PVC和ABS表观消费量占我国 合成树脂总产量的94%。但树脂消费仍有一半以上依赖进口。 工程塑料(PA、POM、PC、PBT、PET、PPO)大量依靠进口。