复合材料的制备

复合材料的性质取决于组元性质的优化组合，它应优于 独立组元的性质，特别是强度、刚度、韧性和高温性能。
2020/4/4/08:40:18
12
复合材料的基本性能（优点） 1. 高比强度、高比模量（刚度）： 比强度 = 强度/密度 MPa /(g/cm3), 比模量 = 模量/密度 GPa /(g/cm3)
2020/4/4/08:40:18
10
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。
第6章 复合材料的制备
Preparation of Composite Materials
2020/4/4/08:40:18
1
Composite Materials
6.1 复合材料的基本概念和性能
定义
➢复合材料是由两种或两种以上 单一材料构成的，具有一些新性 能的材料
➢由两个或两个以上独立的物理 相，包含粘结材料（基体）和粒 料、纤维或片状材料所组成的一 种固体产物。
4、良好的化学稳定性：
聚合物基复合材料和陶瓷基复合材料。
5、良好的抗疲劳、蠕变、 冲击和断裂韧性：
陶瓷基复合材料的脆性得到明显改善
6、良好的功能性能
2020/4/4/08:40:18
16
6.2 几种复合材料
聚合物基复合材料的性能
➢ 聚合物基复合材料（纤维-树脂复合材料 Fiber Reinforced Polymer or Fiber Reinforced Composite）是复合材料中发 展最迅速、应用最广泛的一类复合材料，以此为例说明。
2020/4/4/08:40:18
Leabharlann Baidu
玻璃纤维复合材 料有较高的比强 度、比模量，而 碳纤维、硼纤维、 有机纤维增强的 聚合物基复合材 料的比强度相当 于钛合金的3～5 倍，它们的比模 量相当于金属的 4倍之多。
18
2) 耐疲劳性能好：
疲劳破坏的种类不同：
金属
突发性破坏 极限=抗张强度20%－50%
聚合物基复合材料 有预兆破坏 极限=抗张强度70%－80%
(3) 复合材料具有可设计性。
2020/4/4/08:40:18
11
通过对各种定义、解释加以总结，复合材料应包括：
组元是人们根据材料设计的基本原则有意识地选择，至 少包括两种物理或化学性能不同的独立组元，其中一组元的 体积分数一般不低于20％，第二组元通常为纤维、晶须或颗 粒；
复合材料是人工制造的，而非天然形成的。
3) 减震性好：
受力结构的自振频率有关因素： 结构形状比模量的平方根. 同时，复合 材料中的基体界面具有吸震能力，使材料的震动阻尼很高
2020/4/4/08:40:18
4
复合材料结构示意图 a)层叠复合 b)连续纤维复合 c)细粒复合 d)短切纤维复合
2020/4/4/08:40:18
5
❖复合材料的命名
复合材料可根据增强材料与基体材料的名称来命名。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”。如“玻璃纤维环氧树脂复合材料”
钨基合金箭头
2020/4/4/08:40:18
集束箭弹小箭
铁基合金尾翼
13
复合材料的基本性能（优点）
2、良好的高温性能：
目前已经达到的水平： 聚合物基复合材料的最高耐温上限为350 C； 金属基复合材料按不同的基体性能，
其使用温度在350 1100 C范围内变动； 陶瓷基复合材料的使用温度可达1400C； 碳/碳复合材料的使用温度最高可达2800C。
2020/4/4/08:40:18
14
复合材料的基本性能（优点）
3、良好的尺寸稳定性：
加入增强体到基体材料中不仅可以提高材料的强度和刚度， 而且可以使其热膨胀系数明显下降。通过改变合材料中增 强体的含量，可以调整复合材料的热膨胀系数。
2020/4/4/08:40:18
15
复合材料的基本性能（优点）
碳/环氧复合材料 碳/金属复合材料 碳/碳复合材料
2020/4/4/08:40:18
为书写简便，也可仅写增强 材料和基体材料的缩写名称， 中间加一斜线隔开，后面再 加“复合材料”。如玻璃纤 维和环氧树脂构成的复合材 料，也可写做“玻璃／环氧 复合材料”。以及左面例
6
国外还常用英文编号来表示，如MMC （Metal Matrix Composite）表示金属基复合材 料，FRP（Fiber Reinforced Plastics）表示纤维 增强塑料，而玻璃纤维/环氧则表示为GF/Epoxy, 或G/Ep(G-Ep)
2020/4/4/08:40:18
7
复合材料分类
2020/4/4/08:40:18
8
材料的优缺点组合示意图
2020/4/4/08:40:18
9
因此复合材料必须通过对原材料的选择， 各组分分布的设计和工艺条件的保证等，以使 原组分材料的优点互相补充，同时利用复合材 料的复合效应使之出现新的性能，最大限度地 发挥优势。
玻璃纤维增强高分子复合材料
2020/4/4/08:40:18
2
复合材料的应用
行业 飞机制造 汽车制造
造船 化工 家具 电气工业 运动器材
实例 机翼，机身，起落架，垂直尾翼
车身，灯壳罩，保险杠 船壳体，甲板，桅杆
管道，储油罐，压力容器 椅子，桌子，梯子，台板，住房 仪器面盘，配电盘，绝缘材料 钓鱼杆，高尔夫球杆，滑雪板，赛艇
2020/4/4/08:40:18
3
复合材料的基本结构模式
复合材料由基体和增强剂两个组分构成：
基体：构成复合材料的连续相；
增强剂（增强相、增强体）：复合材料中独立的形态分 布在整个基体中的分散相，这种分散相的性能优越，会使 材料的性能显著改善和增强。
增强剂（相）一般较基体硬，强度、模量较基体大，或 具有其它特性。可以是纤维状、颗粒状或弥散状。 增强剂（相）与基体之间存在着明显界面。
聚合物基复合材料的特性 1) 比强度、高比模大
2020/4/4/08:40:18
17
▪ Glass fiber reinforced composites ▪ Carbon fiber reinforced composites ▪ Boron fiber reinforced composites