金属纤维复合材料

13
复合材料的使用目的： 结构复合材料
以其力学性能如强度、刚 度、形变等特性为工程所应 用，主要用于结构承力或维 持结构外形。
功能复合材料
以其声、光、电、热、磁 等物理特性为工程所应用，用于 如绝热、透波、耐腐蚀、耐磨、 减振或热变形等热、声、光、电、 磁的功能要求。
组成与微结构
性能
应用
14
什么是材料？ 对材料的认知？ 材料和化学与物理之间的关系？
经常使用的复合材料
天然木材 ---纤维素纤维 + 木质素
钢筋混凝土---- 砂、石、钢筋 + 水泥 玻璃钢 ---玻璃纤维 + 热固性树脂
C/C复合材料 ---- 石墨碳纤维 + 热解碳或树脂碳 （耐烧蚀）
22
复合材料的组成相： 增强相 ---- 纤维、晶须、颗粒。（不连续相）
基体相 ---- 金属、陶瓷、聚合物。（连续相）
12
一般材料的强硬度与塑韧性是相互矛盾的！！！ 但是贝壳却达到了强、韧的最佳配合，它又被称为摔不 坏的陶瓷 与其独特的微观结构密切相 关。 贝壳中：珍珠层的叠层结构是 其高断裂韧性的根源。研究表明 珍珠层是由高强、硬度的纹石片 叠层累积组成，但纹石片间存在 韧性非常好的有机质层
文石层碳酸钙含量为99%，以蛋白质为主的有机质不到1%.
8
这么简单的组合，通过简单的共混 得到，能有科学与技术的含量吗？？
贝壳被称为摔不坏的陶瓷，达到了
强、韧的最佳配合，是纯文石的3000
倍。
9
• 小到生活应用 旅行箱、洗脸盆、水管、电插板
• 航空航天 哥伦比亚号航天飞机的失事
10
世界上最轻的自行车 整车重量仅有1.25公斤
11
仿生复合材料
海鳗的发电器瞬间可以发出800 伏的电压，足以电 死一头大象，但是它的发电器不是金属等导电器材， 而是蛋白质的分子集合体。
25
二、复合材料种类
• 三大材料：
–金属 –无机非金属 –有机高分子
金属 材料
复
无机 非金属 材料
材
合
有机 高分子 材料
• 复合材料
–取长补短 –协同作用 –产生原来单一材料本身所没有的新性能
料
26
三、复合材料的特点
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
23
增强相：一般具有很高的力学性能（强度、弹性 模量），及特殊的功能性。其主要作用是承受载 荷或显示功能。
基体相：保持材料的基本特性，如硬度、耐磨、 耐热性等。主要作用是将增强相固结成一个整体， 起传递和均衡应力的作用。
24
Schematic illustration of composite constituents
吃 世界是由物质组成的
穿
住 行
生产与生活资料
“只要知道物质的结构，人类在现在或未来能合成所有的东西。”
29
人造肉类
30
材料是人类生存和发展的物质基础
旧石器时代
新时期时代
青铜时代
钢铁时代 高分子时代 多种材料并存的时代
铁器时代
生产 力获 得了 极大 地解 放， 推动 着人 类社 会的 进步！
31
20世纪60年代以来，材料种类得到拓展，性能上得到极大的扩展与 深度挖掘：光、声、磁、力、超导、高塑、超强、超硬、耐高温等
2
A.土砖房子
3
B. 钢筋水泥房子
史上最牛的钉子户
4
我们住在复合材料里
5
C. 燕子窝：泥土-草复合材料
6
D. 自然界的复合材料
树木也是一种复合材料
木质素
纤维素
竹、木、骨、贝壳、象牙和龟壳……
7
复合概念
a+b
a+b+c
a+b+c+… ……
复合材料：由两种以上在物理和化学性质上不同的 物质组合起来而得到的一种多相固体材料
材料涉及的科学与技术？
15
参考书目
《复合材料学》周祖福 主编 出 版 社：武汉理工大学出版社 《先进复合材料》鲁云 主编 出版社：机械工业出版社 《复合材料结构设计基础》李顺林 王兴业主编 出版社：武汉工业大学出版社


16
学习目的
了解复合材料的微结构与性能之间的关系
了解复合材料中基体和增强相的种类、特点和要求 理解复合材料的复合原理，包括混合法则、增韧机 制和界面作用 了解常用的复合材料的组成、制备、结构等
复合材料概论
Composites
1
教材： 《复合材料概论》 作者：王荣国 等 哈尔滨工业大学出版社，第3版 (2011年2月1日) 复合材料的基体材料 复合材料的增强材料 复合材料的界面 聚合物基复合材料 金属基复合材料 陶瓷基复合材料 水泥基复合材料 碳/碳复合材料 混杂纤维复合材料
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特殊性能； 3）复合材料具有可设计性。可以根据使用条件要求进行
设计和制造，以满足各种特殊用途，从而极大地提高
工程结构的效能。
27
现代社会
信息 社会
生命
材料
28
四源自文库材料的发展
材料或金属材料组合在一起，使其性能互补，从
而制成的一类新型材料。
19
定义：
由两种或两种以上，物理化学性质不同的
物质组合而成的多相固体材料。
它既保留原组成材料的重要特色，又通
过复合效应获得原组分所不具备的性能。可以
通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此 关联，从而获得更优秀的性能。
20
复合材料
21
17
如何学习这门课程？
讲授和自学两种方式
考核方式 (1) 期末闭卷考试（60%） (2) 自学写一篇有关“复合材料”的小综述、学习 心得、读书报告或自己想设计一种什么样的复合材 料；“五一”黄金周之后上交（30%）。 (3)考勤（10%）
18
一、复合材料的定义
国际标准化组织：由两种以上在物理和化学性质 上不同的物质组合起来而得到的一种多相固体材 料 《材料大词典》 ：复合材料是根据应用进行设 计，把两种以上的有机聚合物材料或无机非金属
功能化
复合化
智能化
生态化
德国化学家H. Staudiger, 20世纪30年代提出大分子概念 Ziegler和Natta的定向聚合理论的诞生促进PP、PE
高分子的发展
Carothers的缩合聚合理论，尼龙面世
32
五、复合材料历史
古代－近代－先进复合材料 天然复合材料
竹、贝壳，树木和竹子： 纤维素和木质素的复合体 动物骨骼： 无机磷酸盐和蛋白质胶原复合而成