复合材料期末复习资料4PPT课件
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复合材料ppt
疲劳性能与寿命预测
疲劳性能
复合材料的疲劳性能是指它们在周期性载荷下的抗断裂能力 。通过优化材料组合和结构设计，可以显著提高复合材料的 疲劳性能。例如，使用高强度纤维和优化基体树脂可以显著 提高复合材料的疲劳性能。
寿命预测
通过实验测试和分析，可以预测复合材料的使用寿命。这些 测试包括疲劳测试、环境因素测试和物理测试等。通过这些 测试和分析，可以评估复合材料在不同条件下的使用寿命， 并提供设计建议以延长其使用寿命。
复合材料ppt
2023-10-30
目录
• 复合材料概述 • 复合材料的力学性能 • 复合材料的热学性能 • 复合材料的应用领域 • 复合材料的未来发展趋势 • 复合材料的相关研究与文献综述
01
复合材料概述
定义与分类
复合材料定义
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组合成的新型材料 。
复合材料分类
根据组合成分的性质和比例，复合材料可分为金属基复合材料、非金属基复 合材料和纳米复合材料等。
复合材料的性能特点
性能可设计性
可以根据使用要求设计复合材料的性能，如强度、刚度、耐腐 蚀性等。
性能优势
可以发挥不同材料的优点，实现单一材料无法达到的性能。
性能可调整性
可以通过调整各组分材料的比例和制备工艺来调整复合材料的 性能。
连接器
复合材料也被用于制造连接器，如USB连接器等。
电池外壳
复合材料还可以用于制造电池的外壳，如锂离子电池的外壳等。
05
复合材料的未来发展趋势
高性能复合材料的研发
01
研发具有更高强度、韧性和耐 高温性能的高性能复合材料， 以满足现代工程和工业制造的 需求。
02
复合材料pdfPPT课件
复合材料的热膨胀系数通常低于单一材料，使其在温度变化时能保 持较好的尺寸稳定性。
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。
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》PPT课件(2024)
优异的抗疲劳性能
复合材料能够抵抗循环载荷作用下的疲劳破坏，具有较长的疲劳寿命， 适用于承受交变应力的结构件。
2024/1/26
03
良好的减震性能
Hale Waihona Puke 复合材料具有较好的阻尼性能，能够吸收和分散振动能量，降低结构的
振动和噪音水平。
16
物理性能
耐高低温性能
复合材料能够在极端温度环境下保持稳定的性能，适用于高温或低 温工作条件。
2024/1/26
25
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。
2024/1/26
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。
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。
2024/1/26
透射电子显微镜（TEM）
揭示复合材料内部微观结构，如增强体的分 布、取向和缺陷等。
原子力显微镜（AFM）
研究复合材料表面纳米级形貌和力学性质。
20
宏观性能测试方法
拉伸试验
测定复合材料的拉伸强度、弹性模量 和断裂伸长率等力学性能指标。
性能变化。
疲劳试验
2024/1/26
研究复合材料在交变应力作用下的疲 劳性能，预测其疲劳寿命和疲劳强度
。
耐化学腐蚀试验
测试复合材料在不同化学介质中的耐 腐蚀性能，评估其耐酸、耐碱、耐盐 雾等能力。
加速老化试验
复合材料能够抵抗循环载荷作用下的疲劳破坏，具有较长的疲劳寿命， 适用于承受交变应力的结构件。
2024/1/26
03
良好的减震性能
Hale Waihona Puke 复合材料具有较好的阻尼性能，能够吸收和分散振动能量，降低结构的
振动和噪音水平。
16
物理性能
耐高低温性能
复合材料能够在极端温度环境下保持稳定的性能，适用于高温或低 温工作条件。
2024/1/26
25
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。
2024/1/26
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。
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。
2024/1/26
透射电子显微镜（TEM）
揭示复合材料内部微观结构，如增强体的分 布、取向和缺陷等。
原子力显微镜（AFM）
研究复合材料表面纳米级形貌和力学性质。
20
宏观性能测试方法
拉伸试验
测定复合材料的拉伸强度、弹性模量 和断裂伸长率等力学性能指标。
性能变化。
疲劳试验
2024/1/26
研究复合材料在交变应力作用下的疲 劳性能，预测其疲劳寿命和疲劳强度
。
耐化学腐蚀试验
测试复合材料在不同化学介质中的耐 腐蚀性能，评估其耐酸、耐碱、耐盐 雾等能力。
加速老化试验
2024年复合材料课件
复合材料课件一、引言二、复合材料的基本概念2.复合材料的组成：复合材料通常由基体和增强体两部分组成。
基体是复合材料中占主导地位的连续相，起支撑和连接作用；增强体是分散在基体中的第二相，起增强作用。
3.复合材料的分类：根据基体和增强体的不同，复合材料可分为聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料和碳基复合材料等。
三、复合材料的性能特点1.力学性能：复合材料具有较高的强度、刚度和韧性，可承受较大的载荷。
同时，复合材料具有良好的疲劳性能和抗冲击性能。
2.耐热性能：复合材料的热稳定性较好，可在较高温度下使用。
复合材料的热膨胀系数较低，具有较好的尺寸稳定性。
3.耐腐蚀性能：复合材料具有良好的耐腐蚀性能，可抵抗酸、碱、盐等介质的侵蚀。
4.导电性能：复合材料具有良好的导电性能，可应用于导电结构件、抗静电材料等领域。
5.磁性能：复合材料具有良好的磁性能，可应用于电机、变压器等设备中的磁性结构件。
6.耐磨性能：复合材料具有良好的耐磨性能，可应用于摩擦磨损部件。
四、复合材料的应用领域1.航空航天领域：复合材料具有轻质、高强、耐腐蚀等特点，广泛应用于飞机、卫星、火箭等航空航天器。
2.汽车领域：复合材料可应用于汽车零部件、车身、内饰等，减轻汽车重量，提高燃油经济性。
3.建筑领域：复合材料具有良好的耐腐蚀性能和装饰效果，可应用于建筑物的外墙、屋顶、门窗等。
4.能源领域：复合材料可应用于风力发电叶片、太阳能电池板等可再生能源设备。
5.生物医学领域：复合材料具有良好的生物相容性和力学性能，可应用于人工关节、牙科修复等。
6.电子领域：复合材料具有良好的导电性能和热稳定性，可应用于电子元器件的封装、散热等领域。
五、结论复合材料作为一种具有特殊性能的新型材料，已经在众多领域取得了显著的应用成果。
随着材料科学的不断发展，复合材料的性能和应用领域将进一步拓展。
本课件旨在帮助读者了解复合材料的基本概念、分类、性能特点及应用领域，为复合材料的研究和应用提供一定的理论基础。
《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
感谢观看
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》PPT课件
增韧机理。
（4）纤维桥接（Fiber Bridge） 对于特定位向和分布的纤维，裂纹很难偏转， 只能沿着原来的扩展方向继续扩展。这时紧靠裂 纹尖端处的纤维并未断裂，而是在裂纹两岸搭起 小桥，使两岸连在一起。这会在裂纹表面产生一 个压应力，以抵消外加应力的作用，从而使裂纹 难以进一步扩展，起到增韧作用。
散凝状。即在浆体中呈弥散分布。
采用浆体浸渍法也可制备连续纤维增韧陶瓷
基复合材料。
浆体法制备陶瓷基复合材料示意图
9.2.3反应烧结法
用此方法制备陶瓷基复合材料，除基体材料
几乎无收缩外，还具有以下优点：
（1）增强剂的体积比可以相当大；
（2）可用多种连续纤维预制体；
（3）大多数陶瓷基复合材料的反应烧结温度低于
（3）纤维拔出（Pull – out） 纤维拔出是指靠近裂纹尖端的纤维在外应力作用 下沿着它和基体的界力松弛，从而减缓
了裂纹的扩展。纤维拔出需外力做功，因此起到增韧
作用。
纤维拔出能总大于纤维脱粘能，纤维拔出的增韧
效果要比纤维脱粘更强。因此，纤维拔出是更重要的
液、溶胶、凝胶等过程而固化，再经热处理生成氧
化物或其它化合物固体的方法。该方法可控制材料
的微观结构，使均匀性达到微米、纳米甚至分子量
级水平。
（1）Sol – Gel法制备SiO2陶瓷原理如下：
Si(OR)4 + 4 H2O Si(OH)4+ 4 ROH
Si(OH)4 SiO2 + 2 H2O
工艺流程：
原料（陶瓷粉末、增强剂、粘结剂和助烧剂）
均匀混合（球磨、超声等） 冷压成形
（热压）烧结
适用于颗粒、晶须和短纤维增韧陶瓷基复合材料。
9.2.2浆体法（湿态法） 为了克服粉末冶金法中各组元混合不均的问 题，可采用浆体（湿态）法制备颗粒、晶须和短
复合材料PPT教学课件
原有材料的特点，又使各组分间 协同作用，形成了优于原材料的 特性。
4 复合材料的分类：
（1）按基体分类
树脂基复合材料 金属基复合材料 陶瓷基复合材料
（2）按增强体 的形状分类
颗粒增强复合材料 夹层增强复合材料 纤维增强复合材料
二 形形色色的复合材料
1 生产､生活中常用的复合材料
常见的复合材料有玻璃钢和 碳纤维增强复合材料。
玻璃钢是一种以玻璃纤维做增强体、合成树 脂做基体的复合材料。
优点：玻璃钢的强度可达到甚至超过合金的强度，
而密度只有钢铁的1/5左右；同时，这种材料保持着 较好的耐化学腐蚀性、电绝缘性和机械加工性能， 而且又不像普通玻璃那样硬脆。
玻璃钢制品
交流·研讨
你经常打羽毛球吗？现在羽毛球使用的大 多是碳素球拍，但几年前用的多是铝合金 球拍，人们还曾使用过木制球拍。
3．胰岛素改造
天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和六聚体， 延缓胰岛素从注射部位进入血液，从而延缓了其降血 糖作用，也增加了抗原性，这是胰岛素B23-B28氨基 酸残基结构所致。利用蛋白质工程技术改变这些残基， 则可降低其聚合作用，使胰岛素快速起作用。该速效 胰岛素已通过临床实验。
4．治癌酶的改造
请与同学们讨论：用于制造碳素球拍的材 料有哪 些优越性？它为什么会具有这些 优越性？
• 碳纤维增强体 • 碳纤维复合材料
• 合成树脂做基体 优点：具有韧性好，强度高而质轻的特点。
• 碳纤维增强复合材料也广泛应用于纺织机 械和化工机械的制造，以及医学上人体组 织中韧带的制作等。
2 航空、航天领域中的复合材料
本节教材小结 复 合 材 料
认识复合材料
基体 增强体
形形色色的复合材料
4 复合材料的分类：
（1）按基体分类
树脂基复合材料 金属基复合材料 陶瓷基复合材料
（2）按增强体 的形状分类
颗粒增强复合材料 夹层增强复合材料 纤维增强复合材料
二 形形色色的复合材料
1 生产､生活中常用的复合材料
常见的复合材料有玻璃钢和 碳纤维增强复合材料。
玻璃钢是一种以玻璃纤维做增强体、合成树 脂做基体的复合材料。
优点：玻璃钢的强度可达到甚至超过合金的强度，
而密度只有钢铁的1/5左右；同时，这种材料保持着 较好的耐化学腐蚀性、电绝缘性和机械加工性能， 而且又不像普通玻璃那样硬脆。
玻璃钢制品
交流·研讨
你经常打羽毛球吗？现在羽毛球使用的大 多是碳素球拍，但几年前用的多是铝合金 球拍，人们还曾使用过木制球拍。
3．胰岛素改造
天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和六聚体， 延缓胰岛素从注射部位进入血液，从而延缓了其降血 糖作用，也增加了抗原性，这是胰岛素B23-B28氨基 酸残基结构所致。利用蛋白质工程技术改变这些残基， 则可降低其聚合作用，使胰岛素快速起作用。该速效 胰岛素已通过临床实验。
4．治癌酶的改造
请与同学们讨论：用于制造碳素球拍的材 料有哪 些优越性？它为什么会具有这些 优越性？
• 碳纤维增强体 • 碳纤维复合材料
• 合成树脂做基体 优点：具有韧性好，强度高而质轻的特点。
• 碳纤维增强复合材料也广泛应用于纺织机 械和化工机械的制造，以及医学上人体组 织中韧带的制作等。
2 航空、航天领域中的复合材料
本节教材小结 复 合 材 料
认识复合材料
基体 增强体
形形色色的复合材料
《复合材料原理》PPT课件
的树脂(如乙烯基酯树脂)为基体； 对于碱性介质：宜采用无碱玻璃纤维为增强体和耐碱性
良好的树脂(如胺固化环氧树脂)。
.
15
复合材料特性：
.
16
抗拉强度与密度 之比 比强度高的材料 能承受高的应力
弹性模量与密度之 比 比模量高说明材料 轻而且刚性大
.
17
疲劳破坏的种类不同： 金属： 突发性破坏 疲劳强度极 限是其拉伸强度的30%~50% 聚合物基复合材料： 有预兆破坏 极限为拉伸强度的70%~80%
.
20
(1) 密度低 ； (2) 耐腐蚀； (3) 易氧化、老化； (4) 聚合物的耐热性通常较差； (5) 易燃； (6) 低的摩擦系数； (7) 低的导热性和高的热膨胀性； (8) 极佳的电绝缘性和静电积累； (9) 聚合物可以整体着色而制得带色制品。 (10) 聚合物的一些力学性能随其分子结构的改变而变化。
复合材料原理
.
1
主要内容
1、绪论 2、复合材料的复合效应 3、复合材料的界面状态解析 4、复合体系的界面结合特性 5、复合体系的典型界面反应 6、复合材料的界面处理技术
.
2
7、复合材料物理和化学性能的复合规律 8 、结构复合材复合材料的起源：
.
4
二、复合材料的定义
和聚芳酰胺纤维等高模量纤维为增强剂；
☼ 4、金属、陶瓷基复合材料：上世纪70年代则又出现以
金属、陶瓷等为基体材料的复合材料。
.
7
四、复合材料的分类：
1、无机非金属基复合材料 2、聚合物基复合材料 3、金属基复合材料
基体材料不同
.
8
4.1 复合材料中的材料设计和结构设计
工程应用的角度
结构复合材料
良好的树脂(如胺固化环氧树脂)。
.
15
复合材料特性：
.
16
抗拉强度与密度 之比 比强度高的材料 能承受高的应力
弹性模量与密度之 比 比模量高说明材料 轻而且刚性大
.
17
疲劳破坏的种类不同： 金属： 突发性破坏 疲劳强度极 限是其拉伸强度的30%~50% 聚合物基复合材料： 有预兆破坏 极限为拉伸强度的70%~80%
.
20
(1) 密度低 ； (2) 耐腐蚀； (3) 易氧化、老化； (4) 聚合物的耐热性通常较差； (5) 易燃； (6) 低的摩擦系数； (7) 低的导热性和高的热膨胀性； (8) 极佳的电绝缘性和静电积累； (9) 聚合物可以整体着色而制得带色制品。 (10) 聚合物的一些力学性能随其分子结构的改变而变化。
复合材料原理
.
1
主要内容
1、绪论 2、复合材料的复合效应 3、复合材料的界面状态解析 4、复合体系的界面结合特性 5、复合体系的典型界面反应 6、复合材料的界面处理技术
.
2
7、复合材料物理和化学性能的复合规律 8 、结构复合材复合材料的起源：
.
4
二、复合材料的定义
和聚芳酰胺纤维等高模量纤维为增强剂；
☼ 4、金属、陶瓷基复合材料：上世纪70年代则又出现以
金属、陶瓷等为基体材料的复合材料。
.
7
四、复合材料的分类：
1、无机非金属基复合材料 2、聚合物基复合材料 3、金属基复合材料
基体材料不同
.
8
4.1 复合材料中的材料设计和结构设计
工程应用的角度
结构复合材料
高中化学 第四章 复合材料 鲁科版必修优秀PPT
①耐高温 ②不耐热 ③导电、导热 ④不导电、 不导热 ⑤可用于飞机机翼 ⑥可用于导弹的壳体
A．①③⑤⑥ B．②③⑤⑥ C．②③④ D．③④⑤
解析：以碳纤维为增强体、金属钛为基体的复合材料 应兼有增强体和基体的优点。碳纤维熔点高、硬度大，金 属钛熔点高、导电、导热，二者的密度都较小。因此，该 碳纤维增强复合材料具有耐高温、导电、导热、密度小的 特点，可用于制造飞机和导弹。
解析：不锈钢中掺杂了铬、锰等金属，其化学性质 比钢更加稳定，A项错误；金属材料具有良好的导电性， 是导体，部分非金属材料也具有导电性，如石墨，B项错 误；复合材料为混合物，没有固定的熔、沸点，C项正确； 光导纤维在通讯、能量传输、信息处理、遥测遥控等方 面有重要的应用，但光导纤维是由SiO2制成的，D项错误。
解析：传统无机物材料质脆、抗冲击性差，A项正 确；有机合成材料耐腐蚀、不耐高温、易老化，故B项 错误；钢是常见金属材料，硬度大、强度大、易被腐蚀， C项正确；以陶瓷做基体、纤维做增强体的复合材料质 轻、耐高温、耐腐蚀、强度高，广泛应用于航空、航天 工业，D项正确。
ห้องสมุดไป่ตู้
某复合材料是以人工碳纤维为增强体、金属钛为 基体复合而成的。估计这种材料具有的性质或用途是 ()
高中化学 第四章 复 合材料课件 鲁科版必
修
第四章 材料家族中的元素 第3节 复合材料
知识点 复合材料
1．材料的分类。
生产、生活中各式各样的材料是组成现代文明的重 要物质，很多材料根据组成、结构、性质用途有不同的分 类，现将常见的分类情况总结如下：
下列叙述合理的是( ) A．构成普通钢和不锈钢的主要元素都是铁，因此它们 的化学性质完全相同 B．金属材料都是导体，非金属材料都是绝缘体 C．复合材料性能优良，但没有固定的熔、沸点 D．光导纤维非常细，导光能力非常强，能同时传输大 量信息，光导纤维是由硅晶体制成的
A．①③⑤⑥ B．②③⑤⑥ C．②③④ D．③④⑤
解析：以碳纤维为增强体、金属钛为基体的复合材料 应兼有增强体和基体的优点。碳纤维熔点高、硬度大，金 属钛熔点高、导电、导热，二者的密度都较小。因此，该 碳纤维增强复合材料具有耐高温、导电、导热、密度小的 特点，可用于制造飞机和导弹。
解析：不锈钢中掺杂了铬、锰等金属，其化学性质 比钢更加稳定，A项错误；金属材料具有良好的导电性， 是导体，部分非金属材料也具有导电性，如石墨，B项错 误；复合材料为混合物，没有固定的熔、沸点，C项正确； 光导纤维在通讯、能量传输、信息处理、遥测遥控等方 面有重要的应用，但光导纤维是由SiO2制成的，D项错误。
解析：传统无机物材料质脆、抗冲击性差，A项正 确；有机合成材料耐腐蚀、不耐高温、易老化，故B项 错误；钢是常见金属材料，硬度大、强度大、易被腐蚀， C项正确；以陶瓷做基体、纤维做增强体的复合材料质 轻、耐高温、耐腐蚀、强度高，广泛应用于航空、航天 工业，D项正确。
ห้องสมุดไป่ตู้
某复合材料是以人工碳纤维为增强体、金属钛为 基体复合而成的。估计这种材料具有的性质或用途是 ()
高中化学 第四章 复 合材料课件 鲁科版必
修
第四章 材料家族中的元素 第3节 复合材料
知识点 复合材料
1．材料的分类。
生产、生活中各式各样的材料是组成现代文明的重 要物质，很多材料根据组成、结构、性质用途有不同的分 类，现将常见的分类情况总结如下：
下列叙述合理的是( ) A．构成普通钢和不锈钢的主要元素都是铁，因此它们 的化学性质完全相同 B．金属材料都是导体，非金属材料都是绝缘体 C．复合材料性能优良，但没有固定的熔、沸点 D．光导纤维非常细，导光能力非常强，能同时传输大 量信息，光导纤维是由硅晶体制成的
【高中化学】复合材料PPT课件
再
见
1、不要做刺猬，能不与人结仇就不与人结仇，谁也不跟谁一辈子，有些事情没必要记在心上。 2、相遇总是猝不及防，而离别多是蓄谋已久，总有一些人会慢慢淡出你的生活，你要学会接受而不是怀念。 3、其实每个人都很清楚自己想要什么，但并不是谁都有勇气表达出来。渐渐才知道，心口如一，是一种何等的强大! 4、有些路看起来很近，可是走下去却很远的，缺少耐心的人永远走不到头。人生，一半是现实，一半是梦想。 5、你心里最崇拜谁，不必变成那个人，而是用那个人的精神和方法，去变成你自己。 6、过去的事情就让它过去，一定要放下。学会狠心，学会独立，学会微笑，学会丢弃不值得的感情。 7、成功不是让周围的人都羡慕你，称赞你，而是让周围的人都需要你，离不开你。 8、生活本来很不易，不必事事渴求别人的理解和认同，静静的过自己的生活。心若不动，风又奈何。你若不伤，岁月无恙。 9、命运要你成长的时候，总会安排一些让你不顺心的人或事刺激你。 10、你迷茫的原因往往只有一个，那就是在本该拼命去努力的年纪，想得太多，做得太少。 11、有一些人的出现，就是来给我们开眼的。所以，你一定要禁得起假话，受得住敷衍，忍得住欺骗，忘得了承诺，放得下一切。 12、不要像个落难者，告诉别人你的不幸。逢人只说三分话，不可全抛一片心。 13、人生的路，靠的是自己一步步去走，真正能保护你的，是你自己的选择。而真正能伤害你的，也是一样，自己的选择。 14、不要那么敏感，也不要那么心软，太敏感和太心软的人，肯定过得不快乐，别人随便的一句话，你都要胡思乱想一整天。 15、不要轻易去依赖一个人，它会成为你的习惯，当分别来临，你失去的不是某个人，而是你精神的支柱;无论何时何地，都要学会独立行走 ，它会让你走得更坦然些。 16、在不违背原则的情况下，对别人要宽容，能帮就帮，千万不要把人逼绝了，给人留条后路，懂得从内心欣赏别人，虽然这很多时候很难 。 17、做不了决定的时候，让时间帮你决定。如果还是无法决定，做了再说。宁愿犯错，不留遗憾! 18、不要太高估自己在集体中的力量，因为当你选择离开时，就会发现即使没有你，太阳照常升起。 19、时间不仅让你看透别人，也让你认清自己。很多时候，就是在跌跌拌拌中，我们学会了生活。 20、与其等着别人来爱你，不如自己努力爱自己，对自己好点，因为一辈子不长，对身边的人好点，因为下辈子不一定能够遇见。
《复合材料》PPT课件
纳米绘画艺术—— 纳米中国
这是中国科学院化学所的科技人员利用 纳米加工技术在石墨表面通过搬迁碳原子而绘制 出的世界上最小的中国地图。
碳纳米球（富勒稀）
The Nobel Prize i n Chemistry 1996 for discovery of fullerenes（C60).
碳原子组成的小单元看起来和 足球一样。碳原子的活性差， 导电，非常稳定。绝佳的材料 和电性能
材料的创新：新材料的出现为产品设计提供更广阔 的前，由于其独
有的体积和表面效应，它从宏观上显示出许多奇妙 的特征。
制备纳米粒子的物理方法
1．球 磨
实施方法
2．振动 球磨
3．振动磨
4．搅拌磨
5．胶体磨
6．纳米气流粉碎 气流磨
球磨 (Milling)
新型日光温室复合材料 温室骨架和纵拉杆全部采用复合材料制成
绿可木，生态木塑 复合材料，木塑复
合材料吸音板
复合材料（玻璃 钢）制品
采用高分子复合材料制作浮雕和雕塑
碳纤维/树脂复合 材料
碳/碳复合材料
生物医学制品和体育运动
复合材料被用来预防受伤， 矫正生理机能，和帮助病人 复原。
生物医学制品和以体育运动器 材为主的碳纤维复合材料制品
• 台湾碳纤维约有3000吨/年的产能。
体育休闲用品应用
山地车
工业应用
这是一个覆盖甚广，内容甚多，也是一个发展最快， 前景最好的应用领域。
1、基础设施领域（混凝土结构加固补强）
基础设施（Infrastructure）系指建筑领域的房屋 、桥梁、隧道、涵洞、地铁及其相关的混凝土工程，其修 复、更新、加固已构成复合材料目前极重要的应用领域。
② 碳纤维增强复合材料 由碳纤维与酚醛、环氧、聚酯、聚四氧乙烯 等树脂组成的复合材料 特点：密度更低，比强度和比模量更高 具有优良的疲劳性能、耐冲击性能、自润滑 性能和耐磨、耐蚀、耐热性能
复合材料ppt课件文字可编辑
铺层优化设计
通过调整复合材料的铺层顺序、纤维方向和厚度分布等参数，实现结构的最优化。
制造工艺优化
针对复合材料的制造工艺进行优化，提高生产效率和产品质量。
试验验证与反馈
对优化后的复合材料结构进行试验验证，并将结果反馈至设计阶段，不断完善和优化设计方案。
优化设计策略探讨
06
CHAPTER
复合材料加工与制造技术
自动铺放技术及应用实例
自动铺放技术概述
自动铺放技术是一种高效、精确的复合材料制造方法，主要包括自动铺带技术和自动铺丝技术。
应用实例
自动铺放技术在航空航天、汽车、船舶等领域具有广泛应用。例如，在航空航天领域，自动铺放技术可用于制造飞机机翼、机身等部件，提高生产效率和产品质量。
树脂传递模塑（RTM）是一种闭模成型技术，将低粘度树脂注入到闭合模具中，浸润增强材料并固化成型。
航空航天领域
汽车工业领域
体育器材领域
分享汽车轻量化设计中的复合材料应用案例，如车身、底盘、发动机罩等部件。
介绍高尔夫球杆、网球拍、自行车车架等体育器材中复合材料的设计与应用。
03案例分享
01
02
03
04
有限元分析
利用有限元分析方法对复合材料结构进行力学性能和热学性能分析，以指导优化设计。
07
CHAPTER
复合材料回收利用与环保问题探讨
当前复合材料回收利用率较低，大量废弃物未得到有效利用。
回收利用率低
复合材料种类繁多，回收处理技术复杂，难以实现高效、低成本回收。
技术挑战
缺乏成熟的复合材料回收市场，回收产业链尚不健全。
市场机制不完善
回收利用现状及挑战
生产成本增加
环保法规的实施导致企业生产成本增加，对产业发展带来一定压力。
通过调整复合材料的铺层顺序、纤维方向和厚度分布等参数，实现结构的最优化。
制造工艺优化
针对复合材料的制造工艺进行优化，提高生产效率和产品质量。
试验验证与反馈
对优化后的复合材料结构进行试验验证，并将结果反馈至设计阶段，不断完善和优化设计方案。
优化设计策略探讨
06
CHAPTER
复合材料加工与制造技术
自动铺放技术及应用实例
自动铺放技术概述
自动铺放技术是一种高效、精确的复合材料制造方法，主要包括自动铺带技术和自动铺丝技术。
应用实例
自动铺放技术在航空航天、汽车、船舶等领域具有广泛应用。例如，在航空航天领域，自动铺放技术可用于制造飞机机翼、机身等部件，提高生产效率和产品质量。
树脂传递模塑（RTM）是一种闭模成型技术，将低粘度树脂注入到闭合模具中，浸润增强材料并固化成型。
航空航天领域
汽车工业领域
体育器材领域
分享汽车轻量化设计中的复合材料应用案例，如车身、底盘、发动机罩等部件。
介绍高尔夫球杆、网球拍、自行车车架等体育器材中复合材料的设计与应用。
03案例分享
01
02
03
04
有限元分析
利用有限元分析方法对复合材料结构进行力学性能和热学性能分析，以指导优化设计。
07
CHAPTER
复合材料回收利用与环保问题探讨
当前复合材料回收利用率较低，大量废弃物未得到有效利用。
回收利用率低
复合材料种类繁多，回收处理技术复杂，难以实现高效、低成本回收。
技术挑战
缺乏成熟的复合材料回收市场，回收产业链尚不健全。
市场机制不完善
回收利用现状及挑战
生产成本增加
环保法规的实施导致企业生产成本增加，对产业发展带来一定压力。
高一化学复合材料(PPT)4-4
血压上升、血浆胆固醇升高、脂肪清除率降低、胃黏膜上皮细胞受损等。钠的适宜摄入量（AI）成人为mg/d。 储存方法编辑 浸放于液体石蜡、矿物油和苯 系物中密封保存，大量通常储存在铁桶中充氩气密封保存。金属钠不能保存在煤油中是因为与煤油中的有机酸等物质反应成有机酸钠等物质（呈黄色）附着 在钠表面 [] 。当保存在石蜡油中时，空气中的氧气也会进入石蜡油，使金属钠的表面变灰，形成氧化物膜。 保存在煤油中的钠 保存在煤油中的钠 在纯度要 求不高的少量保存时可用煤油浸泡，如实验室保存。 贮于阴凉干燥处，远离火种、热源。少量一般保存在液体石蜡中。 与氧化剂、酸类、卤素分储分运。
灭火：石墨粉、碳酸钠干粉、碳酸钙干粉。禁用水、卤代烃灭火。【吖】ā［吖嗪］（āqín）名有机化合物的一类，呈环状结构，含有一个或几个氮原子，如 吡啶、哒嗪、嘧啶等。［英azine］ 【阿】ā〈方〉前缀。①用在排行、小名或姓的前面，有亲昵的意味：～大｜～宝｜～唐。②用在某些亲属名称的前 面：～婆｜～爹｜～哥。 【阿鼻地狱】ābídìyù佛教指最深层的地狱，是犯了重罪的人死后灵魂永远受苦的地方。 【阿昌族】āchānɡzú名我国少数民族之一， 分布在云南。 【阿斗】āDǒu名三国蜀汉后主刘禅的小名。阿斗为人庸碌，后多用来指懦弱无能的人。 【阿尔茨海默病】ā’ěrcíhǎimòbìnɡ名老年性痴呆的一 种，多发生于中年或老年的早期，因德国医生阿尔茨海默（AloisAlzheimer）最先描述而得名。症状是短期记忆丧失，认识能力退化，逐渐变得呆傻，以至生 活完全不能自理。 【阿尔法粒子】ā’ěrfǎlìzǐ某些放射性物质衰变时放射出来的氦原子核，由两个中子和两个质子构成，质量为氢原子的4倍，带正电荷，穿 透力不强。通常写作α粒子。［阿尔法，希腊字母α的音译］ 【阿尔法射线】ā’ěrfǎshèxiàn放射性物质放射出来的阿尔法粒子流。通常写作α射线。 【阿飞】 āfēi名指身着奇装异服、举动轻狂的青少年流氓。 【阿伏伽
灭火：石墨粉、碳酸钠干粉、碳酸钙干粉。禁用水、卤代烃灭火。【吖】ā［吖嗪］（āqín）名有机化合物的一类，呈环状结构，含有一个或几个氮原子，如 吡啶、哒嗪、嘧啶等。［英azine］ 【阿】ā〈方〉前缀。①用在排行、小名或姓的前面，有亲昵的意味：～大｜～宝｜～唐。②用在某些亲属名称的前 面：～婆｜～爹｜～哥。 【阿鼻地狱】ābídìyù佛教指最深层的地狱，是犯了重罪的人死后灵魂永远受苦的地方。 【阿昌族】āchānɡzú名我国少数民族之一， 分布在云南。 【阿斗】āDǒu名三国蜀汉后主刘禅的小名。阿斗为人庸碌，后多用来指懦弱无能的人。 【阿尔茨海默病】ā’ěrcíhǎimòbìnɡ名老年性痴呆的一 种，多发生于中年或老年的早期，因德国医生阿尔茨海默（AloisAlzheimer）最先描述而得名。症状是短期记忆丧失，认识能力退化，逐渐变得呆傻，以至生 活完全不能自理。 【阿尔法粒子】ā’ěrfǎlìzǐ某些放射性物质衰变时放射出来的氦原子核，由两个中子和两个质子构成，质量为氢原子的4倍，带正电荷，穿 透力不强。通常写作α粒子。［阿尔法，希腊字母α的音译］ 【阿尔法射线】ā’ěrfǎshèxiàn放射性物质放射出来的阿尔法粒子流。通常写作α射线。 【阿飞】 āfēi名指身着奇装异服、举动轻狂的青少年流氓。 【阿伏伽
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协调、匹配或发生化学反应。
① 物理相容性 包括润湿性、热膨胀匹配和组分间元
素的相互溶解
② 化学相容性 组分间是否发生化学反应、反应快慢
➢ 良好的化学相容性是指在高温时两组分之间处于 热力学平衡且反应动力学 十分缓慢。
4.2.3 界面结合机制
• 界面结合机制一般可分为三种：机械结合、润 湿与溶解结合、反映结合。
界面的构成
1 外力场
1 外力场
2 树脂基体
3 基体表面区 4 相互渗透区
5 增强剂表面区 6 增强剂
4.1.2 润湿与结合
• 润湿是用来描述液体在固体表面上自动铺展程度。
它是决定液相法制备复合材料中基体与增强体结 合状况和性能的重要因素。
900
950
1000
1100 1150℃
测量润湿性的液滴模型
1. 机械结合 M和R之间仅仅依靠粗糙表面相互嵌 入形成相互锁合。
➢ 影响因素：R表面粗糙度、 和基体的收缩 例如：Bf/Al、CMC。对Wf/Al，
W表面涂石墨，达到理论强度的90%
2. 润湿与溶解结合 在制备过程中，M变成液态， 与R发生润湿，然后相互溶解形成的结合方式。
➢ 润湿是主要的，溶解是次要的。
结合适中
612 有的纤维拔出，有一定长度，；铝基 体发生颈缩，可观察到劈裂状
结合稍强
470 出现不规则断面，可观察到很短的拔 出纤维
结合过强 224 典型的脆性断裂，断口平齐
实际界面的复杂性与界面设计
① ②
Wf/Cu Wf/Cu
W丝周围未发现有Cu溶解或反应 (Cr,Nb) 合金元素(Cr,Nb)向W丝扩散，I型
（1）传递效应
基体与增强相之间某种材料
（2）阻断效应
特性出现的不连续区域
（3）不连续效应
（4）散射和吸收效应
（5）诱导效应
阻止裂纹的扩展
不连续效应
Matrix
电阻R1
Interface
电Ma阻triRx 2
Reinforcement
电阻R1
元素的浓度、晶体结构、E、 ρ、α
散射和吸收效应
光波、声波、热弹性波、冲击波等
γL
θ
γS
γSL
液体浸润角θ的大小，与固体表面张力γS、液体表面张力γL、 固液界面张力γSL有关，它们与浸润角之间存在如下关系：
γLCOSθ ＝ γS- γSL 液体对固体的浸润能力，可用浸润角来表示： 当θ≤900时，称为浸润； 当θ≥ 900时，称为不浸润； 当θ＝00或1800时，则称为完全浸润和完全不浸润。
➢ 影响润湿角θ大小的因素：
① 温度，T↑θ↑
② 固体表面的原始状态，吸附气体、氧化膜等使θ 增大，固体表面粗糙使θ减小
③ 液相中的夹杂或者相与相之间反应造成的产物
➢ 润湿性与结合的关系：
良好的结合意味着相邻两相沿界面形成均匀的 原子或者分子水平的接触，结合强度从弱的范 德华力到强的共价键力。
➢ 润湿性在复合材料制备中的作用（液相法）
润湿性好将促进结合，反映复合材料成型性好， 而且界面结合强度一般较高。
↑↑ ↑ （a）
（b） 润湿（a）与不润湿（b）下液态金属
对增强体表面的接触情况气孔形成
4.2 复合材料的界面
4.2.1 界面形貌
• 复合材料中界面是制备过程中形成的。一般是粗 糙界面而不是平直界面。
• 基体与增强相的接触情况取决于制备过程中液态 基体对增强体的润湿程度。
粗糙界面 平直界面
➢ 改善途径
① 纤维表面处理 清除表面杂质、吸附气、氧化 r
膜等
② 改变基体成分 对于DRMMC，用合金化来改 m
善润湿性最方便、有效。
③ 提高温度
T
④ 增大压力
P
⑤ 改变气氛
4.2.2 界面相容性 compatibility
• 相容性是指两个相互接触的组分是否相互容纳。 • 对复合材料而言，指增强体与基体之间是否彼此
类型Ⅲ
增强体与基体 反应形成界面反应层
钨丝/ 铜 Al2O3纤维 / 铜 硼纤维（表面涂BN）/ 铝 不锈钢丝/ 铝 SiC纤维（CVD）/ 铝 硼纤维 / 铝 硼纤维 / 镁
固相 法
镀铬的钨丝/ 铜 碳纤维 / 镍 钨丝/ 镍
合金共晶体丝/ 同一合金
钨丝/铜-钛合金
碳纤维/ 铝（＞580℃）
Al2O3纤维/ 钛 硼纤维/ 钛
4.3 金属基复合材料的界面
金属基复合材料由于基体与增强体复合的 温度较高，基体与增强物易发生相互作用 而生成化合物，而基体与增强物互相扩散 而形成扩散层，增强物的表面预处理涂层， 使界面的形状、尺寸、成分、结构等变得 非常复杂。
4.3.1 界面类型
类型Ⅰ
增强体与基体
不反应、不溶解
类型Ⅱ
增强体与基体 不反应、溶解
W丝结构未发生明显变化，对性能影响不大 III型型
2. 反应结合 在制备过程中，M--R发生化学反应 而形成的结合方式。
➢ 对PMC，这是最重要、最复杂的结合方式。
反应结合受扩散控制，要实现良好 反映结合，必须选择最佳制造工艺 （T、P、t、气氛等） ➢ 例如：GRP中偶联剂的使用 偶联剂R—SiX3
一． 有机硅烷水解，生成三元羟基硅醇
二． 玻璃纤维表面吸附水，生成羟基基团 三． 硅醇与吸附水的玻璃纤维表面反应 四． 分为三步： ① 生成氢键 ② 水分蒸发，硅醇间进行醚化反应 ③ 高温干燥，硅醇与玻璃间发生醚化反应
界面结合状态对金属基复合材料强度的影响 界面结
合强度过高或过低对复合材料的强度都不利，适当 的界面结合强度才能保证复合材料具有最佳的抗张 强度。就改善复合材料的疲劳性能而言，界面强度
稍强一些为好。表 碳纤维增强铝的抗张强度和断口形貌
界面结合 抗张强度，
状态
MPa
断口形貌
结合不良 206 纤维大量拔出，长度很长，呈刷子状
硼纤维/ 钛-铝 SiC纤维/ 钛 SiO2纤维/ 铝
例如 Bf/Ti的界面反应是由硼纤维的硼原子向基体扩散，在 硼纤维外层形成一层白色的反应产物TiB2。由于硼原子向 外扩散，在纤维的表层留下孔洞，孔洞面积可达10%以上 ，这会对硼纤维的强度产生极不利影响。
反应物裂纹产生的应力集中使纤维断裂
应力强度因子 KI Y a
第四章 复合材料的界面
复合材料的组成
基体Байду номын сангаас
Matrix
增强体
Reinforcement
界面 Interface
4.1 复合材料界面中的基本概念
4.1.1 界面的概念
• 复合材料界面是指基体与增强相之间化学成分有 显著变化的、构成彼此结合的、能起载荷传递的
微小区域，约几个纳米到几个微米。
• 界面的几种效应
① 物理相容性 包括润湿性、热膨胀匹配和组分间元
素的相互溶解
② 化学相容性 组分间是否发生化学反应、反应快慢
➢ 良好的化学相容性是指在高温时两组分之间处于 热力学平衡且反应动力学 十分缓慢。
4.2.3 界面结合机制
• 界面结合机制一般可分为三种：机械结合、润 湿与溶解结合、反映结合。
界面的构成
1 外力场
1 外力场
2 树脂基体
3 基体表面区 4 相互渗透区
5 增强剂表面区 6 增强剂
4.1.2 润湿与结合
• 润湿是用来描述液体在固体表面上自动铺展程度。
它是决定液相法制备复合材料中基体与增强体结 合状况和性能的重要因素。
900
950
1000
1100 1150℃
测量润湿性的液滴模型
1. 机械结合 M和R之间仅仅依靠粗糙表面相互嵌 入形成相互锁合。
➢ 影响因素：R表面粗糙度、 和基体的收缩 例如：Bf/Al、CMC。对Wf/Al，
W表面涂石墨，达到理论强度的90%
2. 润湿与溶解结合 在制备过程中，M变成液态， 与R发生润湿，然后相互溶解形成的结合方式。
➢ 润湿是主要的，溶解是次要的。
结合适中
612 有的纤维拔出，有一定长度，；铝基 体发生颈缩，可观察到劈裂状
结合稍强
470 出现不规则断面，可观察到很短的拔 出纤维
结合过强 224 典型的脆性断裂，断口平齐
实际界面的复杂性与界面设计
① ②
Wf/Cu Wf/Cu
W丝周围未发现有Cu溶解或反应 (Cr,Nb) 合金元素(Cr,Nb)向W丝扩散，I型
（1）传递效应
基体与增强相之间某种材料
（2）阻断效应
特性出现的不连续区域
（3）不连续效应
（4）散射和吸收效应
（5）诱导效应
阻止裂纹的扩展
不连续效应
Matrix
电阻R1
Interface
电Ma阻triRx 2
Reinforcement
电阻R1
元素的浓度、晶体结构、E、 ρ、α
散射和吸收效应
光波、声波、热弹性波、冲击波等
γL
θ
γS
γSL
液体浸润角θ的大小，与固体表面张力γS、液体表面张力γL、 固液界面张力γSL有关，它们与浸润角之间存在如下关系：
γLCOSθ ＝ γS- γSL 液体对固体的浸润能力，可用浸润角来表示： 当θ≤900时，称为浸润； 当θ≥ 900时，称为不浸润； 当θ＝00或1800时，则称为完全浸润和完全不浸润。
➢ 影响润湿角θ大小的因素：
① 温度，T↑θ↑
② 固体表面的原始状态，吸附气体、氧化膜等使θ 增大，固体表面粗糙使θ减小
③ 液相中的夹杂或者相与相之间反应造成的产物
➢ 润湿性与结合的关系：
良好的结合意味着相邻两相沿界面形成均匀的 原子或者分子水平的接触，结合强度从弱的范 德华力到强的共价键力。
➢ 润湿性在复合材料制备中的作用（液相法）
润湿性好将促进结合，反映复合材料成型性好， 而且界面结合强度一般较高。
↑↑ ↑ （a）
（b） 润湿（a）与不润湿（b）下液态金属
对增强体表面的接触情况气孔形成
4.2 复合材料的界面
4.2.1 界面形貌
• 复合材料中界面是制备过程中形成的。一般是粗 糙界面而不是平直界面。
• 基体与增强相的接触情况取决于制备过程中液态 基体对增强体的润湿程度。
粗糙界面 平直界面
➢ 改善途径
① 纤维表面处理 清除表面杂质、吸附气、氧化 r
膜等
② 改变基体成分 对于DRMMC，用合金化来改 m
善润湿性最方便、有效。
③ 提高温度
T
④ 增大压力
P
⑤ 改变气氛
4.2.2 界面相容性 compatibility
• 相容性是指两个相互接触的组分是否相互容纳。 • 对复合材料而言，指增强体与基体之间是否彼此
类型Ⅲ
增强体与基体 反应形成界面反应层
钨丝/ 铜 Al2O3纤维 / 铜 硼纤维（表面涂BN）/ 铝 不锈钢丝/ 铝 SiC纤维（CVD）/ 铝 硼纤维 / 铝 硼纤维 / 镁
固相 法
镀铬的钨丝/ 铜 碳纤维 / 镍 钨丝/ 镍
合金共晶体丝/ 同一合金
钨丝/铜-钛合金
碳纤维/ 铝（＞580℃）
Al2O3纤维/ 钛 硼纤维/ 钛
4.3 金属基复合材料的界面
金属基复合材料由于基体与增强体复合的 温度较高，基体与增强物易发生相互作用 而生成化合物，而基体与增强物互相扩散 而形成扩散层，增强物的表面预处理涂层， 使界面的形状、尺寸、成分、结构等变得 非常复杂。
4.3.1 界面类型
类型Ⅰ
增强体与基体
不反应、不溶解
类型Ⅱ
增强体与基体 不反应、溶解
W丝结构未发生明显变化，对性能影响不大 III型型
2. 反应结合 在制备过程中，M--R发生化学反应 而形成的结合方式。
➢ 对PMC，这是最重要、最复杂的结合方式。
反应结合受扩散控制，要实现良好 反映结合，必须选择最佳制造工艺 （T、P、t、气氛等） ➢ 例如：GRP中偶联剂的使用 偶联剂R—SiX3
一． 有机硅烷水解，生成三元羟基硅醇
二． 玻璃纤维表面吸附水，生成羟基基团 三． 硅醇与吸附水的玻璃纤维表面反应 四． 分为三步： ① 生成氢键 ② 水分蒸发，硅醇间进行醚化反应 ③ 高温干燥，硅醇与玻璃间发生醚化反应
界面结合状态对金属基复合材料强度的影响 界面结
合强度过高或过低对复合材料的强度都不利，适当 的界面结合强度才能保证复合材料具有最佳的抗张 强度。就改善复合材料的疲劳性能而言，界面强度
稍强一些为好。表 碳纤维增强铝的抗张强度和断口形貌
界面结合 抗张强度，
状态
MPa
断口形貌
结合不良 206 纤维大量拔出，长度很长，呈刷子状
硼纤维/ 钛-铝 SiC纤维/ 钛 SiO2纤维/ 铝
例如 Bf/Ti的界面反应是由硼纤维的硼原子向基体扩散，在 硼纤维外层形成一层白色的反应产物TiB2。由于硼原子向 外扩散，在纤维的表层留下孔洞，孔洞面积可达10%以上 ，这会对硼纤维的强度产生极不利影响。
反应物裂纹产生的应力集中使纤维断裂
应力强度因子 KI Y a
第四章 复合材料的界面
复合材料的组成
基体Байду номын сангаас
Matrix
增强体
Reinforcement
界面 Interface
4.1 复合材料界面中的基本概念
4.1.1 界面的概念
• 复合材料界面是指基体与增强相之间化学成分有 显著变化的、构成彼此结合的、能起载荷传递的
微小区域，约几个纳米到几个微米。
• 界面的几种效应