复合材料第二章1
复合材料手册
复合材料手册复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料组合而成的一种新型材料，具有轻质、高强度、耐腐蚀等特点，在航空航天、汽车制造、建筑等领域有着广泛的应用。
本手册旨在介绍复合材料的基本知识、制造工艺、应用领域以及未来发展趋势，希望能够帮助读者更好地了解和应用复合材料。
一、复合材料的基本知识。
复合材料由增强材料和基体材料组成，增强材料通常是纤维或颗粒，基体材料则是粘合剂或树脂。
常见的增强材料包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等，而基体材料则有环氧树脂、聚酰亚胺树脂等。
复合材料的制造工艺包括手工层叠、自动纺织、注塑成型等，不同的制造工艺会影响复合材料的性能和成本。
二、复合材料的制造工艺。
复合材料的制造工艺包括预浸料成型、热压成型、注塑成型等。
预浸料成型是将增强材料浸渍在树脂中，然后通过模具成型，这种工艺适用于复杂形状的零件制造。
热压成型是将预先浸渍好的增强材料放入模具中，在高温高压下进行成型，适用于大批量生产。
注塑成型则是将树脂和增强材料混合后注入模具中，适用于复杂形状的零件制造。
三、复合材料的应用领域。
复合材料在航空航天、汽车制造、建筑等领域有着广泛的应用。
在航空航天领域，复合材料可以减轻飞机的重量，提高燃油效率，延长使用寿命。
在汽车制造领域，复合材料可以提高汽车的安全性能，减少燃油消耗，降低排放。
在建筑领域，复合材料可以制造出轻质、高强度的建筑材料，提高建筑物的抗风抗震能力。
四、复合材料的未来发展趋势。
随着科技的不断进步，复合材料的应用领域将会不断扩大。
未来，复合材料有望在医疗器械、体育用品、能源领域等方面得到更广泛的应用。
同时，随着制造工艺的不断改进，复合材料的成本将会逐渐降低，使得其在更多领域得到应用。
综上所述，复合材料作为一种新型材料，具有广阔的应用前景。
通过本手册的介绍，相信读者对复合材料有了更深入的了解，希望能够在实际应用中发挥其优势，推动相关领域的发展。
同时，也希望本手册能够成为复合材料领域的一本实用参考书，为相关从业人员提供帮助。
复合材料导论
第一章 绪论复合材料的定义： 复合材料(Composite materials)，是由界面分明、物理化学性质不同的组分材料，通过物理或化学的方法构成的性能优越的多相材料。
各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。
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。
(3)复合材料具有可设计性。
复合材料的发展现状（1）玻璃钢和树脂基复合材料 非常成熟 广泛的应用（2）金属基复合材料 开发阶段 某些结构件的关键部位（3）陶瓷基复合材料及功能复合材料等 尚处于研究阶段 有不少科学技术问题有待解决 复合材料的组成结构特点和分类*细观复合：一种或几种制成细微形状的材料均匀分散于另一种连续材料中宏观复合：两层以上不同材料的叠合,层合复合材料可以是几种单成分材料,也可以细观复合材料细观复合材料的组成结构特点：1基体相（连续相）：Co 包围增强相并相对较软和韧的贯连材料，作用是粘结保护分散相材料和传递应力2界面：位于增强相和基体相之间并使两相彼此相连的、化学成分和力学性质与相邻两相有明显区别、能够在相邻两相间起传递载荷作用的区域3增强相（分散相）：被基体相包裹分隔，具有比基体相高的模量和强度，起到抵抗变形和破坏的作用 细观复合材料的分类细观复合材料的分类 （按分散相分类)1纤维增强复合材料 (包括连续纤维增强：“纤维的两端达到制成的复合材料构件的边界” 和 短纤维增强："将长纤维或纤维束切断分散于基体中"）2 颗粒增强复合材料 3晶须增强复合材料按连续相分类 非金属基复合材料 金属基复合材料 聚合物基复合材料碳基复合材料 陶瓷基复合材料 热固性树脂 热塑性树脂第二章复合材料增强体(1.纤维2.颗粒3.晶须)一纤维增强纤维的分类:有机纤维：芳纶纤维聚乙烯纤维尼龙纤维无机纤维：玻璃纤维碳纤维硼纤维氧化铝纤维碳化硅纤维氮化硼纤维纤维增强体的形态复合材料中的纤维连续是合成纤维，是上万跟纤维组成的基本无捻的长丝束/纱，称为粗纱。
《复合材料》PPT课件
通过加速老化条件，模拟复合材料长 期使用过程中的性能变化，评估其耐 久性和使用寿命。
06 复合材料在各领域的应用案例
CHAPTER
航空航天领域应用
飞机结构
复合材料用于制造飞机机翼、机身和尾翼等结构部件，具有轻质 、高强度和耐腐蚀性等优点。
航天器
在航天领域，复合材料用于制造卫星、火箭和空间站等航天器的结 构部件，以减轻重量并提高性能。
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。
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。
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。
05 复合材料的表征与评价方法
CHAPTER
微观结构表征技术
扫描电子显微镜（SEM）
观察复合材料表面和断口形貌，分析增强体 与基体的界面结合情况。
X射线衍射（XRD）
分析复合材料的晶体结构和相组成，确定增 强体和基体的晶体类型。
复合材料pdfPPT课件
良好的热导性
某些复合材料具有良好的热导性，适用于需要散热或传热的场合。
耐高温性能
通过选择合适的基体和增强材料，复合材料可以在高温环境下保持 较好的力学性能。
电学性能
绝缘性能
大多数复合材料具有良好的绝缘性能，适用于电气 和电子设备中。
后处理与加工
固化处理
对成型的复合材料进行加热或自然固化，使其达到所需的物理和化 学性能。
机械加工
对固化后的复合材料进行切割、钻孔、打磨等机械加工，以满足产 品形状和尺寸的要求。
表面处理
对复合材料表面进行喷漆、电镀、阳极氧化等处理，以提高其耐腐蚀 性、装饰性等性能。
04
复合材料的性能特点
力学性能
成型工艺
手糊成型
在模具上涂刷脱模剂，然后铺贴一层纤 维布或毡，再涂刷一层树脂，如此反复
直至达到所需厚度。
模压成型
将预浸料或纤维与树脂混合物放入模 具中，在加热和加压的条件下固化成
型。
喷射成型
将树脂和固化剂分别通过喷嘴喷到模 具上，同时用喷枪将纤维切断并喷到 树脂中，形成复合材料层。
注射成型
将树脂和固化剂混合后注入到装有纤 维的模具中，然后在一定温度和压力 下固化成型。
复合材料的组成与结构
基体材料
聚合物基体
如环氧树脂、聚酰亚胺等，具有良好的可加工性和韧 性。
金属基体
如铝、镁、钛等合金，具有高比强度和优异的导电导 热性能。
陶瓷基体
如氧化铝、氮化硅等，具有高温稳定性和耐磨损性。
增强材料
纤维增强材料
如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等，具有高比 强度和模量。
复合材料（第二版）知识点复习
复合材料（第二版）知识点复习第一章概论1.1物质与材料材料：具有满足指定工作条件下使用要求的形态和物理性状的物质人类（材料）发展的四大阶段：石器时代→青铜时代→铁器时代→人工合成时代1.2复合材料的定义与特点复合材料：由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质，用适当的工艺方法组合起来，而得到的具有复合效应的多相固体材料。
特点：①人为选择复合材料的组分和比例，具有极强的可设计性。
②组分保留各自固有的物化特性③复合材料的性能不仅取决于各组分性能，同时与复合效应有关④组分间存在这明显的界面，并可在界面处发生反应形成过渡层，是一种多相材料简述复合材料的特点。
①比强度、比模量大②耐疲劳性能好，聚合物基复合材料中，纤维与基体的界面能阻止裂纹的扩展，破坏是逐渐发展的，破坏前有明显的预兆。
③减震性好，复合材料中的基体界面具有吸震能力，因而振动阻尼高。
④耐烧蚀性能好，因其比热大、熔融热和气化热大，高温下能吸收大量热能，是良好的耐烧蚀材料。
⑤工艺性好，制造制品的工艺简单，并且过载时安全性好。
1.3组成与命名以增强体和基体共同命名时：玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料p、w、f下标→颗粒、晶须、纤维M MCs金属基复合材料，聚合物基复合材料PMCs, 陶瓷基复合材料CMCs1.4分类按基体：聚合物基，金属基，无机非金属基（陶瓷、玻璃、水泥、石墨）复合材料按纤维增强体种类：玻璃纤维、碳纤维、有机纤维、陶瓷纤维按增强体形态：连续纤维，短纤维，颗粒，晶须增强近代的复合材料以1942年制出的玻璃纤维增强塑料为起点第二章增强体2.1增强体（起到增韧、耐磨、耐热、耐蚀等提高和改善性能的作用）纤维是具有较大长径比的材料，具有较高的强度，良好的柔曲性，高比强度，高比模量，与基体相容性好，成本低工艺学好2.1.1玻璃纤维：非晶型无机纤维，二氧化硅（形成骨架，高熔点）和其他元素的碱金属氧化物（二氧化硅提高GF化学稳定性，碱金属降低熔点和稳定性，改善制备工艺）①性能→力学：无屈服无塑性，脆性特征，拉伸强度高，模量较低，直径越小，长度越短，含碱量越低，拉伸强度越高，与水作用强度降低→热性能：耐热性较高，玻璃纤维热处理使微裂纹增加，强度降低→电性能：电绝缘性能优，在纤维表面涂石墨或金属成为导电纤维→玻璃耐酸碱、有机溶剂性能好，玻璃纤维耐蚀性能变差E无碱玻璃纤维：绝缘，机械性能强，耐水性好C中碱玻璃纤维：耐酸性好（酸与硅酸盐生成氧化硅保护膜），耐水性差，A有碱玻璃纤维②结构：微晶结构假说和网络结构假说，GF为无定形结构，三维网状结构，各向同性。
《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
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冷却凝固。
金属基复合材料的制备方法 主要包括
02
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。
复合材料细观力学-1
按材料作用分类 结构复合材料 （卫星承力筒） 功能复合材料 （导电、换能、防热）
复合材料的基本特点 共同特点：
可综合发挥各种组成材料优点，使一种材料 具有多种功能 可按对材料性能需要进行材料的设计和制造 可制成所需要任意形状产品，避免多次加工 工序
一般优点： 比强度、比刚度、轻质、耐疲劳、减震性好、 抗冲击、耐高温、耐腐蚀等等
追溯到19世纪爱因斯坦关于两种不同介电性能的电介 质组成的复合电介质等效介电常数预报问题。
50年代----70年代
80年代快速发展 90年代不可缺少
参考教程
杜善义、王彪 《复合材料细观力学》科学出版社 1997 Mura T. Micromechanics of defects in solids. 1987 杨卫 《宏微观断裂力学》国防工业出版社 1995 基础教程 《弹性力学》、《复合材料力学》
2
配应变
在圆币型裂纹夹杂中 已知
**
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*
2
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将（4）是代入（1，3）式中
先进复合材料Chap1
基体材料 (Matrices)
使增强材料粘合成型，且对承受(bear, endure)的外力(force)起传导(transmit) 和分散(spread around)作用。
15
Chapter 1
二、复合材料的起源
复合材料的概念
Outlook
复合材料的起源
复合材料的发展 复合材料的分类 复合材料的特性 复合材料的应用
4
Chapter 1
现代高科技 (Modern high-tech)
信息、材料、能源、生物技术 ——社会文明支柱、科技创新的重要标志
材料的分类 (按组成分类)
(Classification of materials)
第三章 复合材料加工成型工艺（2学时）
第四章 复合材料力学（11学时） 第五章 复合材料的界面（0）
第六章 复合材料表征（0）
第七章 复合材料与环境（0） 第八章 材料复合新技术（0）
第九章 复合材料选择与设计（0）
闭卷考试（课堂教学内容+英译汉）， 总分100分
3
Chapter 1
CHAPTER1 INTRODUCTION
4.最后对塑像表面进行修饰，勾出线条，涂上颜色。
5.等油漆干燥后，用水冲去里面的泥胎，一个中空的、由 麻布和油漆复合而成的塑像就全部完成了。
12
Chapter 1
身边的复合材料（3）
载人航天飞船穿过大气层时，外壳与大气摩擦会产生几千摄氏 度的高温，是什么材料经受了这种考验而使飞船安全穿越太空？
13
Advanced Composite Materials 先进复合材料
中国海洋大学 材料科学与工程研究院
1
复合材料完整版
第一章总论1.复合材料：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。
2.在复合材料中，通常有一相为连续相，称为基体；另一相为分散相，称为增强材料。
分散相是以独立的形态分布在整个连续相中的，两相之间存在着相界面。
分散相可以是增强纤维，也可以是颗粒状或弥散的填料。
3.复合材料可根据增强材料与基体材料的名称来命名。
将增强材料的名称放在前面，基体材料的名称放在后面，再加上“复合材料”。
4.简述复合材料的分类：⑪按增强材料形态分类：①连续纤维复合材料；②短纤维复合材料；③粒状填料复合材料；④编织复合材料。
⑫按增强纤维种类分类：①玻璃纤维复合材料；②碳纤维复合材料；③有机纤维复合材料；④金属纤维复合材料；⑤陶瓷纤维复合材料。
⑬按基体材料分类：①聚合物基复合材料；②金属基复合材料；③无机非金属基复合材料。
⑭按材料作用分类：①结构复合材料；②功能复合材料。
5.论述复合材料的共同特点，并举例说明。
复合材料是由多相材料复合而成，其共同特点是：①可综合发挥各种组成材料的优点，使一种材料具有多种性能，具有天然材料所没有的性能。
例如，玻璃纤维增强环氧基复合材料，既具有类似钢材的强度，又具有塑料的介电性能和耐腐蚀性能。
②可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造。
例如，针对方向性材料强度的设计，针对某种介质耐腐蚀性能的设计等。
、③可制成所需的任意形状的产品，可避免多次加工工序。
例如，可避免金属产品的铸模、切削、磨光等工序。
④性能的可设计性是复合材料的最大特点。
第二章复合材料的基体材料1.简述选择基体的原则：①金属基复合材料的使用要求；②金属基复合材料组成特点；③基体金属与增强物的相容性。
2.聚合物基体的种类：不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂及各种热塑性聚合物。
3.聚合物基体的作用：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。
4.不饱和聚酯树脂：是指有线型结构的，主链上同时具有重复酯键及不饱和双键的一类聚合物。
《复合材料概论》课件
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。
复合材料力学课后答案
复合材料力学课后答案1. 引言。
复合材料是由两种或两种以上的不同材料组合而成的材料，具有优良的综合性能，被广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。
复合材料力学是研究复合材料在受力作用下的力学性能和行为的学科，对于了解复合材料的性能和设计工程结构具有重要意义。
本文将针对复合材料力学课后习题进行解答，帮助学生加深对复合材料力学的理解。
2. 课后答案。
2.1. 什么是复合材料？复合材料是由两种或两种以上的不同材料组合而成的材料，通过各种方式相互作用形成一种新的材料。
复合材料通常由增强相和基体相组成，增强相起到增强和刚度作用，基体相起到传递载荷和保护增强相的作用。
2.2. 复合材料的分类有哪些？根据增强相的形式，复合材料可以分为颗粒增强复合材料、纤维增强复合材料和层合板复合材料；根据基体相的形式，复合材料可以分为金属基复合材料、塑料基复合材料和陶瓷基复合材料。
2.3. 复合材料的力学性能有哪些？复合材料的力学性能包括强度、刚度、韧性、疲劳性能等。
其中，强度是指材料抵抗外部力量破坏的能力；刚度是指材料抵抗形变的能力；韧性是指材料抵抗断裂的能力；疲劳性能是指材料在循环载荷下的耐久性能。
2.4. 复合材料的力学行为受哪些因素影响？复合材料的力学行为受到多种因素的影响，包括增强相的类型、含量和排布方式，基体相的类型和性能，界面的结合情况，制备工艺等因素都会对复合材料的力学行为产生影响。
2.5. 复合材料的应用领域有哪些？复合材料由于其优良的性能，在航空航天、汽车、建筑、体育器材等领域得到了广泛的应用。
例如，航空航天领域的飞机机身、汽车领域的碳纤维车身、建筑领域的钢-混凝土复合梁等都是复合材料的典型应用。
3. 结论。
通过对复合材料力学课后习题的解答，可以加深学生对复合材料力学的理解，帮助他们更好地掌握复合材料的基本概念、分类、力学性能、影响因素和应用领域。
同时，也可以引导学生将理论知识应用到实际工程中，为未来的工程实践打下坚实的基础。
复合材料-课件1
§1-3 复合材料的定义
复合材料(composite materials):由两 种或两种以上不同性能、不同形 态的组分通过复合工艺组合而成 的一种多相材料，它既保持了原 组分材料的主要特点又显示了原 组分材料所没有的新性能。
智能材料（Smart Materials或者Intelligent Material
System）
智能材料是模仿生命系统，能感知环境变化并能实时地改变自身的 一种或多种性能参数，作出所期望的、能与变化后的环境相适应的复合 材料。 智能材料是一种集材料与结构、智然处理、执行系统、控制系统和 传感系统于一体的复杂的材料体系。构成智然材料的基本材料组元有压 电材料、形状记忆材料、光导纤维、电（磁）流变体、磁致伸缩材料和 智然高分子材料等。 研究重点： （1） 智能材料概念设计的仿生学理论研究 （2） 材料智然内禀特性及智商评价体系的研究 （3） 耗散结构理论应用于智能材料的研究 （4） 机敏材料的复合-集成原理及设计理论 （5） 智能结构集成的非线性理论 （6） 仿人智然控制理论
先进陶瓷材料是指采用精制的高 纯、超细的无机化合物为原料及先 进的制备工艺技术制造出的性能优 异的材料。制造的产品可以分别具 有压电、铁电、导电、半导体、磁 性等或具有高强、高韧，高硬、耐 磨。耐腐蚀、耐高温、高热导、绝 PTC陶瓷与压电陶瓷元件 热或良好生物相容性等优异性能。
先进陶瓷材料
研究热点包括陶瓷材料的 强韧化技术、纳米陶瓷材料的 制备合成技术、先进结构陶瓷 材料体系的设计以及电子陶瓷 材料的高匀、超细技术。
国务院关税税则委员会关于2011年关税实施方 案的通知》（金属钕的出口关税税率由15%提 高至25%
纳米材料：主要是纳米材料制备与应用关键技术，
复合材料.ppt1
b. 非双酚型
• •
链内含有环氧基，交联密度高，结合强度及耐热性均提高。 三聚氰酸环氧含三氮杂环，有自熄性，耐电弧性好。
c. 胺基环氧 结构中含高极性的酰胺键（-NHCO-），粘结性好，力学性能 较高；但耐水性差，电性能有所下降。 d. 脂环族环氧 结构中不含苯环，含脂环 ，稳定性更高，热学性能好， 耐紫外线，不易老化。粘度低，工艺性好。 e. 脂肪族环氧 --- 高韧性环氧 无六环状硬性结构，冲击韧性好，但与纤维结合力较差。
材料的基材。
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 高性能发动机： 工模具： Al、Mg及其合金 Ti、Ni及其合金
•
• •
汽车发动机活塞汽缸套：
集成电路散热元件：
Al合金
Tm低，化学活性高 Tm高，化学活性低
•
Ti
Tm高，化学活性高
三. 陶瓷材料
目的：增韧 基体材料：新型陶瓷 • • • Al2O3、ZrO2、MgO、SiO2、莫来石 TiC、SiC Si3N4、Sialon
•
•
TiB2、Be2B、Be4B
MoSi2
§3. 增强材料
玻璃纤维 碳纤维 芳纶纤维 SiC纤维 B纤维 Al2O3纤维 金属丝 金属和陶瓷基 低档 高档 中档 20～40元/Kg 600～1000元/ Kg 200～400元/ Kg
Fe、Co、Ni、Ag、Cu Ag、Cu、Al
2.环境温度
<450℃
Al、Mg
450～700℃
700～1000℃
Ti合金
《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 课件
02
手糊成型是一种手工操作工艺，将增 强材料浸渍在树脂中，然后将其铺放 在模具上，通过刮刀或刷子去除多余 的树脂，最后进行固化。该工艺简单 易行，适用于小批量生产，但生产效 率较低。
03
喷射成型是一种半机械化或全自动化 工艺，将树脂和增强材料通过混合器 混合后，通过喷嘴喷涂在模具或制品 表面，形成一定厚度的层，然后进行 固化。该工艺生产效率高，适用于大 型制品的生产。
化学性能
耐腐蚀性
复合材料通常具有较好的耐腐蚀性，能够抵抗酸、碱、盐等化学 物质的侵蚀。
环境适应性
某些复合材料能够适应极端环境，如高湿度、紫外线暴露等。
阻燃性
一些复合材料具有阻燃性，能够有效地阻止火焰的蔓延。
03
复合材料的制备工艺
聚合物基复合材料的制备工艺
01
聚合物基复合材料是由聚合物基体和 增强材料组成的复合材料。其制备工 艺主要包括手糊成型、喷射成型、模 压成型和树脂传递模塑等。这些工艺 通常需要使用树脂、填料、增强材料 和其他添加剂，通过混合、涂布、浸 渍和固化等步骤来制备聚合物基复合 材料。
聚合物基复合材料的制备工艺
模压成型是一种半自动或全自动的工艺，将预浸料或干纤维 增强材料放在模具中，加热加压固化后得到制品。该工艺生 产效率高，制品尺寸精度高，适用于中小型制品的生产。
树脂传递模塑是一种全自动化或半自动化的工艺，将预浸料 或干纤维增强材料放在模具中，通过注射器将树脂注入模具 中，浸渍纤维后进行固化。该工艺生产效率高，适用于大型 制品的生产。
建筑领域
桥梁和高层建筑
复合材料用于制造桥梁和高层建筑的 承重结构，以减轻重量并提高结构的 稳定性。
建筑材料
复合材料用于制造建筑材料，如钢筋 混凝土的替代品，以提高建筑物的耐 久性和性能。
第2章 复合材料的基本理论1
[
f
)]
短纤维增强复合材料的拉伸强度为 短纤维增强复合材料的拉伸强度为: 拉伸强度
σ
* F
lc * = σ fF 1 V f + σ m (1 V f 2l
)
式中σ 为纤维的平均拉伸应力， 式中 fF为纤维的平均拉伸应力，σm*为与 为与 纤维的屈服应变同时发生的基体应力。 纤维的屈服应变同时发生的基体应力。
这种模型也可能用来研究热与机械载荷的综合影响。 这种模型也可能用来研究热与机械载荷的综合影响。 图中显示了当温度下降500K时，叠加 图中显示了当温度下降 时 叠加500MPa的 的 外加轴向拉伸载荷后的应力状态。 外加轴向拉伸载荷后的应力状态。
3)切变延滞模型 切变延滞模型
最广泛地应用于描述加载对顺向排列短纤维复合材料影 响的模型。 响的模型。 这一模型最早由Cox提出来，后来由其他许多人进一步 提出来， 这一模型最早由 提出来 发展了这个模型。 发展了这个模型。 这一模型的中心点在于认为拉伸应力由基体到纤维是通 界面切应力来传递的 过界面切应力来传递的。
σ =σ
f ,m ax
lc 1 2 l
短纤维增强
若基体屈服强度为τ 纤维临界尺寸比为 若基体屈服强度为 my，则纤维临界尺寸比为 当基体为弹性材料时
σ f , max lc = d f 2 τ my
σ =σ
f , max
1 sin 1 tanh A (l / d A (l / d f )
2.2 几种主要的力学模型
1) 层 板 模 型
1)层板模型 1)层板模型 轴向（ 方向3 刚度： 轴向（ 方向 ）刚度：
ห้องสมุดไป่ตู้
E 3c = E m f m + E I （1- f m ）
复合材料(第二版)知识点复习
第一章概论1.1物质与材料材料：具有满足指定工作条件下使用要求的形态和物理性状的物质人类（材料）发展的四大阶段：石器时代→青铜时代→铁器时代→人工合成时代1.2复合材料的定义与特点复合材料：由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质，用适当的工艺方法组合起来，而得到的具有复合效应的多相固体材料。
特点：①人为选择复合材料的组分和比例，具有极强的可设计性。
②组分保留各自固有的物化特性③复合材料的性能不仅取决于各组分性能，同时与复合效应有关④组分间存在这明显的界面，并可在界面处发生反应形成过渡层，是一种多相材料简述复合材料的特点。
①比强度、比模量大②耐疲劳性能好，聚合物基复合材料中，纤维与基体的界面能阻止裂纹的扩展，破坏是逐渐发展的，破坏前有明显的预兆。
③减震性好，复合材料中的基体界面具有吸震能力，因而振动阻尼高。
④耐烧蚀性能好，因其比热大、熔融热和气化热大，高温下能吸收大量热能，是良好的耐烧蚀材料。
⑤工艺性好，制造制品的工艺简单，并且过载时安全性好。
1.3组成与命名以增强体和基体共同命名时：玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料p、w、f下标→颗粒、晶须、纤维M MCs金属基复合材料，聚合物基复合材料PMCs, 陶瓷基复合材料CMCs1.4分类按基体：聚合物基，金属基，无机非金属基（陶瓷、玻璃、水泥、石墨）复合材料按纤维增强体种类：玻璃纤维、碳纤维、有机纤维、陶瓷纤维按增强体形态：连续纤维，短纤维，颗粒，晶须增强近代的复合材料以1942年制出的玻璃纤维增强塑料为起点第二章增强体2.1增强体（起到增韧、耐磨、耐热、耐蚀等提高和改善性能的作用）纤维是具有较大长径比的材料，具有较高的强度，良好的柔曲性，高比强度，高比模量，与基体相容性好，成本低工艺学好2.1.1玻璃纤维：非晶型无机纤维，二氧化硅（形成骨架，高熔点）和其他元素的碱金属氧化物（二氧化硅提高GF化学稳定性，碱金属降低熔点和稳定性，改善制备工艺）①性能→力学：无屈服无塑性，脆性特征，拉伸强度高，模量较低，直径越小，长度越短，含碱量越低，拉伸强度越高，与水作用强度降低→热性能：耐热性较高，玻璃纤维热处理使微裂纹增加，强度降低→电性能：电绝缘性能优，在纤维表面涂石墨或金属成为导电纤维→玻璃耐酸碱、有机溶剂性能好，玻璃纤维耐蚀性能变差E无碱玻璃纤维：绝缘，机械性能强，耐水性好C中碱玻璃纤维：耐酸性好（酸与硅酸盐生成氧化硅保护膜），耐水性差，A有碱玻璃纤维②结构：微晶结构假说和网络结构假说，GF为无定形结构，三维网状结构，各向同性。
复合材料总论2.8
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：
17
（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。
结构复合材料
高温陶瓷基 陶瓷基复合材料 玻璃基 玻璃陶瓷基 水泥基复合材料 碳基复合材料
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B、按增强体类型分类
叠层式复合材料
人工晶片
片材增强复合材料
结构复合材料 颗粒增强复合材料
天然片状物 微米颗粒
纳米颗粒
不连续纤维复合材料 晶须增强复合材料 短切纤维增强复合材料 单向纤维增强复合材料 连续纤维增强复合材料 二维织物增强复合材料 三维织物增强复合材料
2、可设计性好
复合材料区别于传统材料的根本特点之一 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
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3、工艺性能好
a、电绝缘性能好，不受 复合材料的工艺性能十分优越，其成型方 电磁作用； 法多种多样，成型条件机动灵活。
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1、轻质高强
强度与密 度之比
模量与密 度之比
CM 最突出、重要的特点。用比强度，比模量。
材料名称 钢 铝 玻纤/聚酯CM 碳纤/环氧CM 比强度 0.13 0.17 0.53 1.03 比模量 0.27 0.26 0.21 0.21
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优异的化学物理性能
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实例1:如碳纤维增强铝基复合材料中，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要好得多，使用 后者制成的复合材料的性能反而低。
实例2:在研究碳铝复合材料基体合金的优化过程中发现， 铝合金的强度越高，复合材料的性能越低。这可能与基体 和纤维的界面状态、脆性相的存在、基体本身的塑性等有
关。
❖ 金属基复合材料中，基体主要是各种金属或金属 合金。
１、金属基体材料的选择原则
金属与合金的品种繁多，目前用作金属基体材料的 主要有: 铝及铝合金、镁合金、钛合金、镍合金、钢 与铜合金、锌合金、铅、钛铝金属间化合物、铜等。
一些基体金属和合金的主要特性
基体材料成分的正确选择，对能否充分组合和发挥 基体金属和增强物的性能特点，获得预期的优异综 合性能满足使用要求十分重要。所以，在选择基体
(1)用于450 ℃以下的轻金属基体
在这个温度范围内使用的金属基体主要是铝、镁和它们 的合金，而且主要是以合金的形式被广泛的应用。例如， 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。
(a) 铝和铝合金
铝是一种低密度、较高强度和具有耐腐蚀性能的金属。在实际 使用中，纯铝中常加入锌、铜、镁、锰等元素形成合金，由于 加入的这些元素在铝中的溶解度极为有限，因此，这类合金通 常称为沉淀硬化合金，如A1--Cu--Mg和A1--Zn--Mg--Cu等沉淀 硬化合金。
b.对于非连续增强（颗粒、晶须、短纤维）金属基复合材料， 基体的强度对复合材料具有决定性的影响，因此，要选用 较高强度的合金来作为基体。
实例1:如颗粒增强铝基复合材料一般选用高强度铝合金 （如A365，6061，7075）为基体。
③ 基体金属与增强物的相容性
a. 由于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。
b.由于基体金属中往往含有不同类型的合金元素，这些合 金元素与增强物的反应程度不同，反应后生成的反应产物 也不同，需在选用基体合金成分时充分考虑，尽可能选择 既有利于金属与增强物浸润复合，又有利于形成合适稳定 的界面合金元素。
高性能发动机则要求复合材料不仅有高比强度和比模量， 还要具有优良的耐高温性能，能在高温、氧化性气氛中正常 工作。此时不宜选用一般的铝、镁合金，而应选择钛合金、 镍合金以及金属间化合物作为基体材料。如碳化硅/钛、钨 丝/镍基超合金复合材料可用于喷气发动机叶片、转轴等重 要零件。
b. 在汽车发动机中要求其零件耐热、耐磨、导热、一定的高 温强度等，同时又要求成本低廉，适合于批量生产，因此 选用铝合金作基体材料与陶瓷颗粒、短纤维组成颗粒（短 纤维）/铝基复合材料。如碳化硅/铝复合材料、碳纤维或 氧化铝纤维/铝复合材料可制作发动机活塞、缸套等零件。
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； ❖ 颗粒、晶须增强金属基复合材料则选择具有高强度的
近年来，为航空和航天工业开发出的A1--Li系列合金，进一步 提高了铝的弹性模量，降低了材料的密度。
(b) 镁和镁合金
镁是一种比铝更轻的金属，但镁的机械性能较差，因 此，通常是在镁中加入铝、锌、锰、锆及稀土元素而 形成镁合金。
目前常用的镁合金主要包括Mg--Mn，Mg--Al--Zn， Mg---Cr等耐热合金，可作为连续或不连续纤维复合材 料的基体。
复合材料
第二章 复合材料基体
Southwest University
Contents
1
金属基体材料
2பைடு நூலகம்
陶瓷基体材料
3
无机胶凝材料
4 聚合物基体材料
一、金属基体材料
１、金属基体材料的选择原则 2、结构用金属基复合材料的基体 3、 功能用金属基复合材料的基体
❖ 金属基复合材料学科主要涉及材料表面、界面、 相变、凝固、塑性形变、断裂力学等。
因此，选择基体材料时，应充分注意与增强物的相容性 （特别是化学相容性），并尽可能在复合材料成型过程中
抑制界面反应。例如： 对增强纤维进行表面处理； 在金属基体中添加其他成分； 选择适宜的成型方法； 缩短材料在高温下的停留时间等。
2、结构用金属基复合材料的基体
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。
实例1:如碳纤维增强铝基复合材料中，在纯铝中加入少量 的Ti，Zr等合金元素可明显改善复合材料的界面结构 和性质，大大提高复合材料的性能
用铁、镍作为基体，碳纤维作为增强物是不可取的。因 为Ni，Fe元素在高温时能有效地促使碳纤维石墨化， 破坏了碳纤维的结构，使其丧失了原有的强度，使复合 材料性能恶化。
c. 工业集成电路需要高导热、低膨胀的金属基复合材料作 为散热元件和基板。因此，可以选用具有高导热率的银、 铜、铝等金属为基体与高导热性、低热膨胀的超高模量 石墨纤维、金刚石纤维、碳化硅颗粒复合成具有低热膨 胀系数和高导热率、高比强度、高比模量等性能的金属 基复合材料。
② 根据金属基复合材料组成特点
金属时应遵循以下3个原则：
① 根据金属基复合材料的使用要求
金属基复合材料构件的使用性能要求是选择金属基体材料 最重要的依据。
a. 如在航天、航空技术中，高比强度和比模量以及尺寸稳 定性是最重要的性能要求；作为飞行器和卫星的构件宜选 用密度小的轻金属合金（如镁合金和铝合金）作为基体， 与高强度、高模量的石墨纤维、硼纤维等组成石墨/镁、 石墨/铝、硼/铝复合材料。
选用不同类型的增强材料如连续纤维、短纤维或晶须，对 基体材料的选择有较大影响。
a. 例如在连续纤维增强的复合材料中，基体的主要作用应 是以充分发挥增强纤维的性能为主，基体本身应与纤维有 良好的相容性和塑性，而并不要求基体本身有很高的强度。 因此，为了充分发挥纤维的作用，应选用塑性较好的基体。 实验证明，如果采用较高强度的合金材料，复合材料的性 能将有所降低。