复合材料概论总论

2020/9/17
14
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。
2020/9/17
15
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。
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。
2020/9/17
24
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
2020/9/17
16
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。
2020/9/17
17
国外军用飞机上应用情况
2020/9/17
2020/9/17
13
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。
2020/9/17
5
1.2 复合材料发展概况
复合思想的产生：单一材料无法满足人们 对结构性能的要求
自古有之 近代复合材料 现代复合材料 我国发展现状
2020/9/17
6
1.3 复合材料的组成
2020/9/17
7
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
材料
C/环氧 芳纶/环氧
B/环氧 碳化硅/环
氧 石墨纤维/
铝 钢
铝合金
钛合金
密度 g/cm3
1.6 1.4 2.1 2.0
2.2
7.8 2.8 4.5
抗拉强度 MPa
1800
拉伸模量 GPa
128
1500
80
1600
220
1500
130
比强度 *1e6/cm
11.3 10.7 7.6 7.5
比模量 *1e8/cm
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：FRP
2020/9/17
10
1.5.2 力学性能
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
2020/9/17
8
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。
2020/9/17
9
1.5.1 性能可设计性
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（ห้องสมุดไป่ตู้：RMC）； 高温性能好（如：MMC、C/C复合材料）
2020/9/17
11
表1-1 传统金属材料与复合材料性能比较
主要以介绍性能、成型方法、应用
2020/9/17
3
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？
2020/9/17
4
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。
18
续 表
2020/9/17
19
国外民用飞机上复合材料的应用
2020/9/17
20
波音767用复合材料
2020/9/17
21
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.
8 5.7 10.5 6.5
膨胀系数 *1e-6/K
0.2 1.8 4.0 2.6
800
231
3.6
10.5
2.0
1400
210
1.4
2.7
12
500
77
1.7
2.8
23
1000
110
2.2
2.4
9.0
2020/9/17
12
1.5.3 物理性能
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；
复合材料概论
主讲教师：黄龙男
课程要求
学时：20学时 参考书
1）王荣国，《复合材料概论》，哈尔滨 工业大学出版社；
2）周曦亚，《复合材料》，化学工业出 版社
课堂纪律：不迟到、不讲话
考核范围和形式：开卷
2020/9/17
2
主要内容
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
2020/9/17
22
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。
2020/9/17
23
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；