复合材料的概念、分类及其发展历程
最新第一章 复合材料的概念、分类及其发展历程
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
目录
第一章 复合材料的概念、分类及其发展历程
第二章 复合材料基本特性、应用及其研究现状
第三章 复合材料的基体材料
第四章 复合材料的增强材料
第五章 复合材料的成型工艺
第六章 复合材料的复合原子及界面
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１、复合材料的定义
什么是复合材料 (Composition Materials , Composite) ? 要给复合材料下一个严格精确而又统一的定义是很困难 的。概括前人的观点，有关复合材料的定义或偏重于考虑复 合后材料的性能，或偏重于考虑复合材料的结构
第七章 聚合物基复合材料
第八章 金属基复合材料
第九章 陶瓷基复合材料
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第十章 金属间化合物基复合材料
第一章 复合材料的概念、分类及其发展历程
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F．L. Matthews和Ｒ．D．Rawlings认为，复合材料 是两个或两个以上组元或相组成的混合物，并应满足下面 三个条件：
(1)组元含量大于5％； (2)复合材料的性能显著不同于各组元的性能， (3)通过各种方法混合而成。
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复合材料
复合材料1.前言复合材料是指由两种或两种以上不同性质的材料，通过不同的工艺方法人工合成的，各组分间有明显界面且性能优于各组成材料的多相材料。
它是二十世纪最重要的人工材料之一，成为继金属、陶瓷、高分子材料之后的第四类材料。
从“二战”玻璃纤维增强复合材料应用开始，到目前以碳纤维增强复合材料为代表的各种先进复合材料，由于其优越性能和可设计性等突出优点，备受关注。
复合材料的发展大都以国防、航空航天需求为牵引，通过材料研发与应用水平的提高，不断的更新换代，现已被推广到航空航天、船舰、交通、能源、建筑、桥梁以及休闲等领域。
2.复合材料的发展历史复合材料具有很长的历史，人类在远古时代就从实践中认识到，可以根据用途需要，组合两种或多种材料，利用性能优势互补，制成原始的复合材料。
所以，复合材料既是一种新型材料，也是一种古老的材料。
复合材料的发展历史，可以从用途、构成、功能，以及设计思想和发展研究等，大体上分为古代复合材料和现代复合材料两个阶段。
从使用方面讲，复合材料可以分为三个时期：远古时代，古代，近代。
复合材料因为时代的不同而不断发展，每个时期都有具一定代表的材料，在远古时期主要是人们用稻草掺入黏土做土坯，在古代时期人们用钢铁层压法制成刀剑等，在近代，发展较快是以1942年制出的玻璃纤维强化塑料为起点。
随后为了提高纤维的弹性率，开发了硼纤维、碳纤维、耐热氧化铝纤维等。
另一方面，为改善树脂的耐热性，对金属基复合材料也开展了研究。
FRM 的耐热温度已达450℃，强度在1500 MPa以上。
同时，对陶瓷等无机材料作为复合材料的基体也有了新的认识，在研究开发基础上有了广泛的应用。
3复合材料简介3.1 复合材料的组成复合材料主要是由两部分构成，一部分为基体，另一部分第二相（也被称为增强体）。
基体是复合材料的主要骨架，起主要作用，增强体材料在复合材料中起粘连作用。
作为复合材料的骨架，基体有很多种材料可以选择，当代的复合材料的基体材料主要有以下五种：树脂基(又称聚合物基，如塑料基、橡胶基等)，金属基，陶瓷基，水泥基，碳/碳基。
复合材料发展历程
复合材料发展历程复合材料的发展历程可以追溯到古代，但现代复合材料的发展主要是在20世纪逐步展开的。
20世纪初期，人们开始尝试将纤维材料与树脂等有机物质进行结合，以提高材料的性能和功能。
最早的复合材料之一是纸浆加强树脂，它由纸浆、酚醛树脂和填料混合而成。
这种材料具有较高的强度和硬度，被广泛应用于建筑和电器领域。
随着人们对复合材料性能需求的不断提高，新的材料组合和制造工艺被不断开发。
1920年代，美国化学家Leo Hendrik Baekeland发明了第一种合成塑料——酚醛树脂，这一发现奠定了合成树脂在复合材料中的重要地位。
第二次世界大战对复合材料的发展起到了重要推动作用。
在战争期间，航空工业的快速发展需要轻质、高强度的材料。
于是，复合材料开始被广泛应用于飞机制造中。
玻璃纤维增强塑料（GRP）是该时期最具代表性的应用之一。
使用玻璃纤维与环氧树脂结合，能够产生轻、高强度的结构材料，大大提高了飞机的性能。
此后，GRP逐渐在民用领域得到推广，如汽车制造、建筑和体育器材等领域。
20世纪60年代至70年代，碳纤维复合材料开始进入人们的视野。
碳纤维具有轻、强、刚的特点，被广泛应用于航空航天领域。
然而，由于碳纤维制造工艺复杂、成本高昂，直到近年来才逐渐在其他领域得到应用。
随着科学技术的进步和复合材料制造工艺的不断改进，新的复合材料不断涌现。
如纳米复合材料、陶瓷基复合材料、金属基复合材料等，都在特定领域具有重要的应用潜力。
综上所述，复合材料的发展历程经历了从初期的纸浆加强树脂到玻璃纤维增强塑料，再到碳纤维复合材料的演进。
随着科技的进步和研发的不断深入，复合材料的应用领域也在不断拓宽。
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。
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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。
第一章复合材料的概念分类及其发展历程
第一章复合材料的概念分类及其发展历程复合材料是由两种或两种以上不同的成分构成的材料体系。
它以其各成分的优点相互补充、相互作用，达到材料性能的综合优良，被广泛应用于各个领域。
复合材料的分类主要依据是其增强相的特征，一般可分为颗粒增强复合材料、纤维增强复合材料和层状结构复合材料。
颗粒增强复合材料是将颗粒状的增强相与基体相结合而形成的材料。
增强相可以是金属颗粒、陶瓷颗粒、碳纳米管等。
颗粒增强复合材料具有良好的抗磨损性能、高硬度等特点，常用于制造耐磨材料、陶瓷刀具等。
纤维增强复合材料是以纤维为增强相的复合材料。
纤维可以是玻璃纤维、碳纤维、腈纶纤维等。
纤维增强复合材料具有高强度、高模量、低密度等特点，被广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。
层状结构复合材料是通过将两种或两种以上的不同材料叠加起来形成的复合材料。
层状结构复合材料具有多种性能，如强度、刚度、导热性、耐磨性等，常用于制造电路板、涂层等。
复合材料的发展历程可以追溯到古代，但真正的发展始于20世纪。
20世纪50年代，随着塑料和树脂材料的应用，复合材料的发展进入了一个新阶段。
20世纪60年代，纤维增强塑料的出现推动了复合材料的应用。
20世纪70年代，碳纤维复合材料的出现使复合材料的强度和刚度得到了进一步提高。
20世纪90年代以后，复合材料的应用领域不断扩大，涉及到各个行业。
复合材料的发展主要受到科学技术的推动。
随着纳米技术、材料科学等领域的不断发展，复合材料的性能和应用范围将会有更大的突破。
预计未来的复合材料将更加轻量化、高强度、高性能，可以满足更多领域的需求。
综上所述，复合材料是由两种或两种以上不同的成分构成的材料体系，根据增强相的特征可分为颗粒增强复合材料、纤维增强复合材料和层状结构复合材料。
复合材料的发展历程起源于古代，但真正的发展始于20世纪，受到科学技术的不断推动。
未来的复合材料将更加轻量化、高强度、高性能，满足更多领域的需求。
复合材料的概念、分类及其发展历程
复合材料的发展阶段
20世纪初
随着工业革命的发展，人们开始研究复合材料的制备和应用。在这个阶段，人们开始使用 玻璃纤维和有机树脂制造复合材料，这些复合材料具有更高的强度和刚度，被广泛应用于 航空、航天、军事等领域。
20世纪中叶
随着科技的不断进步，复合材料的种类和应用范围不断扩大。在这个阶段，人们开始使用 碳纤维、硼纤维等高性能纤维制造复合材料，这些复合材料具有更高的强度、刚度和耐高 温性能，被广泛应用于航空、航天、汽车等领域。
复合材料能够提供高性能的运动 器材，如碳纤维自行车、高尔夫 球杆等，提高运动员的成绩和表
现。
轻量化体育器材
复合材料能够实现体育器材的轻 量化，如羽毛球拍、网球拍等， 提高运动员的灵活性和机动性。
安全防护器材
复合材料具有较好的抗冲击和抗 碰撞性能，能够提供安全防护器 材，如头盔、护具等，保护运动
员的安全。
用等方面。
提高性能与功能
未来复合材料将朝着更高性能、更多功能 的方向发展，以满足更加严苛的工程要求。
智能化与多功能化
随着智能化和多功能化需求的增加，复合 材料将进一步融合传感器、功能器件等， 实现一体化、智能化的应用。
THANKS
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抗疲劳性能
复合材料具有较好的抗疲劳性能， 能够承受反复的载荷变化，适用于 飞机和航天器的关键结构部件。
汽车工业领域的应用
汽车轻量化
定制化设计
复合材料能够显著减轻汽车重量，提 高燃油经济性和动力性能，降低排放。
复合材料具有Βιβλιοθήκη 好的可塑性和可设计 性，能够实现汽车定制化设计和制造。
安全性能
复合材料具有较好的抗冲击和抗碰撞 性能，能够提高汽车的安全性能。
第一章 复合材料的概念、分类及其发展历程
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１-1 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。
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相（Phase）
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细观复合材料的分类
按连续相分类 非金属基复合材料 聚合物基复合材料 陶瓷基复合材料 金属基复合材料 碳基复合材料
热固性树脂 热塑性树脂
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细观复合材料的分类
按分散相分类
纤维增强 复合材料
颗粒增强 复合材料
晶须增强 复合材料
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纤维增强 复合材料
连续纤维增强
短纤维增强
纺织复合材料
纤维的两端达到制成的 复合材料构件的边界
复合材料导论
Introduction to Composite Materials
轻型产业学院 吴玲
1
第一章 绪论 0 1 2 3 4 材料科学简介 复合材料的定义 复合材料的发展简史 复合材料的组成结构特点和分类 复合材料的性能
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复合材料导论
第一章 绪论
1-1 1-2 1-3 1-4 复合材料的定义和分类 复合材料的发展简史 复合材料的组成结构特点和分类 复合材料的性能
复合材料的命名
•强调基体材料：树脂基复合材料 •强调增强体材料：碳纤维增强复合材料 •基体与增强体材料共用：玻璃纤维增强 环氧树脂，玻璃纤维/环氧树脂，
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复合材料的命名
• • • • • • MMC (metal matrix composite) FRP (Fiber Reinforced composite) GF/Epoxy SiCf /Al SiCp /Al SiCw/Al
《复合材料》PPT课件
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。
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良好的减震性能
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。
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。
良好的电绝缘性能
模压成型
缠绕成型
将预浸料或预混料放入模具中，在加热和加 压的条件下使其固化成型。
将浸渍过树脂的连续纤维或布带按照一定规 律缠绕到芯模上，然后固化脱模。
后处理与加工技术
热处理
通过加热或冷却的方式改善复合 材料的性能，如消除内应力、提
高强度等。
表面处理
对复合材料表面进行打磨、喷涂 等处理，以提高其外观质量和耐 腐蚀性。
原材料的预处理
对增强材料和基体材料进行清洗、干燥、筛分等 预处理，以确保原材料的质量和性能。
成型工艺方法
手糊成型
喷射成型
在模具上涂刷脱模剂，然后铺贴一层基体材 料，再涂刷一层树脂，如此反复直至达到所 需厚度，最后固化脱模。
将树脂和增强材料分别通过喷嘴喷射到模具 上，通过调整喷射参数控制复合材料的厚度 和性能。
大多数复合材料具有优异的电绝缘性能，可用于电气设备和电子器 件的绝缘材料。
多样化的热性能
通过调整复合材料的组分和结构设计，可以实现不同的热性能要求， 如耐热性、隔热性或导热性等。
化学性能
耐腐蚀性
复合材料能够抵抗多种化学物质 的侵蚀，包括酸、碱、盐等，适 用于腐蚀性环境下的应用。
耐候性
复合材料能够抵抗紫外线、氧化、 潮湿等自然环境因素的影响，长 期保持稳定的性能。
复合材料概述
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(5)仿生复合材料
复合材料的设计从常规设计向仿生设计发展。 仿照竹子从表皮到内层纤维由密排到疏松的特点， 成功地制备出具有明显组织梯度与性能梯度的新型梯度 复合材料。
仿照鲍鱼壳的结构，由碳、铝和硼混合成陶瓷细
带制成了10微米厚的薄层，由此得到的层状复合材料 比其原材料坚固40％。
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(6)
环保型复合材料
纤维状
颗粒状
层状
片状
填充状
复合材料及其增强相的各种形态
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复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。 金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主 要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有 玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉 纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。
非金属基体 材料 复合材料 金属基体材 料
分类： ★ 热塑型树脂基复合材料 ★ 热固型树脂基复合材料
主要用途： 建筑/基础设施 广告牌 格栅 栅栏 水沟和排水渠 扶手 板材 屋顶承重梁 水处理 平台 楼梯 隔板 格栅 扶手 交通运输 公路防护栏 高速公路防眩板 地铁三轨防护罩 桥梁封闭系统 桥面板弯曲拉挤型材 电子电工 电缆桥架 绝缘部件 梯子部件 灯杆 透频构件 线路系 统 天线罩 电缆保护管 梯子 体育用品 帐篷杆 工具手柄 其它
有钢制汽车的1／4，而且在受到撞击时复合材料能大幅度吸收冲
击能量，保护人员的安全。用复合材料制造的汽车部件较多，如 车体、驾驶室、挡泥板、保险杠、引擎罩、仪表盘、驱动轴、板 黄等。 随着列车速度的不断提高，火车部件用复合材料来制造 是最好的选择。复合材料常被用于制造高速列车的车箱外壳、内 装饰材料、整体卫生间、车门窗、水箱等。
陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材 料。陶瓷基体可为氮化硅、碳化硅等高温结构陶瓷。这些先进陶 瓷具有耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性 能，而其致命的弱点是具有脆性，处于应力状态时，会产生裂纹 ，甚至断裂导致材料失效。而采用高强度、高弹性的纤维与基体 复合，则是提高陶瓷韧性和可靠性的一个有效的方法。纤维能阻 止裂纹的扩展，从而得到有优良韧性的纤维增强陶瓷基复合材料 。 陶瓷基复合材料具有优异的耐高温性能，主要用作高温及耐磨 制品。其最高使用温度主要取决于基体特征。陶瓷基复合材料已 实用化或即将实用化的领域有刀具、滑动构件、发动机制件、能 源构件等。法国已将长纤维增强碳化硅复合材料应用于制造高速 列车的制动件，显示出优异的摩擦磨损特性，取得满意的使用效 果。
复合材料的定义、性能与分类.pptx
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
四、复合材料的性能
○比强度、比模量高 ○良好的抗疲劳性能 纤维复合材料，对缺口、应力集中敏感
性小，且纤维与基体界面能够阻止疲劳裂纹扩散，改变裂纹扩 展方向。
○ 优良的高温性能 铝合金在300℃时，强度由室温的
500MN/m2降到30～50MN/m2，而用碳纤维或硼纤维增强后， 300℃的强度与室温基本相同。
很明显，传统的单一材料无法满足以上综合要求， 不能满足现代科学技术发展的需要。
二、复合材料的定义
用经过选择的、含一定数量比的两种 或两种以上的组分（或称组元），通过 人工复合、组成多相、且各相之间有明 显界面的、具有特殊性能的固体材料。
复合材料的特点
➢两种或两种以上的化学相 ➢具有两种材料所不具备的优良性能 ➢人工设计出来的，具有可设计性
建筑上，复合门窗 交通上，汽车保险杠和轿车底板 体育娱乐方面，羽毛球拍、钓鱼竿、自行车中
的车架等
铝木复合门窗
汽车保险杠和底板、发动机 罩等，甚至全复合材料汽车
材料
牌号
铬钼钢 铝合金
钛 碳纤维 镁合金
低合金钢 6001/T6
纯钛 CFRP AM60
密度 /(g/cm3)
7.9 2.6~2.9
风力发电设备中风力发动机的叶片和支杆 核电站浓缩铀253的离心机转筒
5、海洋资源开发方面的应用
6、环境方面应用
通过设计，合理利用材料，节约加工能耗，降低 废弃边角料，延长工件和设施的使用寿命；用废 弃物如矿渣、木屑、废塑料、麦秆等制造复合材 料
废水治理厂的容器和管道、处理汽车尾气的高压 气瓶
（1） 基体材料名称与增强体材料并用。这种命 名方法常用来表示某一种具体的复合材料，习惯 上把增强体材料的名称放在前面，基体材料的名 称放在后面，最后加上“复合材料”
复合材料的发展历程
复合材料的发展历程复合材料的“破茧成蝶”之路——一段颠覆性创新历程从古至今，人类对于材料的探索从未止步，而其中最为璀璨夺目的一颗星，莫过于复合材料。
它宛如一只历经风雨、破茧而出的蝴蝶，以其独特的魅力和无限潜力，在科技的舞台上翩翩起舞，一次次改写着人类生活的篇章。
遥想当年，“复合”这一概念尚未深入人心，单一材料独领风骚的时代，人们受限于材料性能的瓶颈，难以实现对更高、更快、更强的追求。
然而，自上世纪40年代始，复合材料犹如石破天惊般崭露头角，一场材料领域的革命悄然拉开帷幕。
以玻璃纤维增强塑料（GFRP）为代表的初代复合材料，凭借其轻质高强的特点，瞬间点亮了航空航天及汽车制造等行业的曙光。
进入70年代，碳纤维增强复合材料（CFRP）横空出世，其强度是钢铁的数倍，重量却只有其几分之一，堪称材料界的“黑科技”。
这一突破性的进展，如同在材料科学领域扔下一颗震撼弹，让世人看到了复合材料那前所未有的可能性。
不论是F1赛车的速度狂飙，还是波音787梦幻飞机的翱翔天际，都离不开CFRP的助力。
此刻，复合材料已不再仅仅是科研实验室里的神秘客，而是实实在在地飞入寻常百姓家，成为支撑现代工业发展的中流砥柱。
步入21世纪，纳米复合材料、生物复合材料等新型复合材料如雨后春笋般涌现，它们不仅继承了前辈们的优良基因，更是在多功能化、智能化等方面实现了全新的飞跃。
比如，自我修复复合材料能自动修复损伤，仿佛拥有生命一般；生物可降解复合材料则致力于解决环保难题，为构建可持续发展的未来添砖加瓦。
这些革新之举，让人惊叹不已，也再次印证了复合材料那无穷无尽的创造力与生命力。
一路走来，复合材料的发展历程堪比一部跌宕起伏的科幻大片，既有磨砺中的坚韧不屈，又有创新时的惊喜连连。
每一种新材料的诞生，都是科研人员夜以继日辛勤耕耘的结果，每一个技术突破的背后，都凝聚着无数智慧的火花碰撞。
我们不禁要感叹：“哇塞！复合材料的世界真是奇妙无比！”回首过去，展望未来，复合材料将以更加开放的姿态拥抱新时代的挑战，用自身无可比拟的优势推动各行业走向新的高峰。
复合材料的概念、分类及其发展历程
结构复合材料；
功能复合材料。
*
结构复合材料
主要用于制造受力构件；结构复合材料主要是作为承力结构使用的复合材料，它基本上是由能承受载荷的增强体组元与能联接增强体成为整体承载同时又起分配与传递载荷作用的基体组元构成。
结构复合材料又可按基体材料类型和增强体材料类型来分类见下图所示：
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202X
复 合 材 料
主要参考资料
1、现代复合材料----陈华辉 邓海金 李 明 （中国物质出版社,1998） 2、复合材料概论----王荣国 武卫莉 （哈尔滨工业大学出版社,1999） 3、复合材料--------吴人洁（天津大学出版社,2000） 5、复合材料及其应用—尹洪峰,任耘（陕西科学技术出版社,2003） 6、高性能复合材料学---郝元恺,肖加余 (化学工业出版社,2004) 7、先进复合材料----鲁 云 朱世杰 马鸣图 （机械工业已出版社,2004） 8、复合材料--------周曦亚（化学工业出版社,2005）
*
硼纤维复合材料
硼纤维树脂复合材料：基体主要为环氧树脂、聚苯并咪唑和聚酰亚胺树脂等。
硼纤维金属复合材料：常用的基体为铝、镁及其合金，还有钛及其合金等。
金属纤维复合材料
作增强纤维的金属主要是强度较高的高熔点金属钨、钼、钢、不锈钢、钛、铍等，它们能被基体金属润湿，也能增强陶瓷。 金属纤维金属复合材料：研究较多的增强剂为钨钼丝，基体为镍合金和钛合金。 金属纤维陶瓷复合材料：利用金属纤维的韧性和抗拉能力改善陶瓷的脆性。
人工晶片 天然片状物
微米颗粒 纳米颗粒
不连续纤维复合材料 连续纤维增强复合材料
晶须增强复合材料 短切纤维增强复合材料
复合材料概述
二、复合材料的分类
结构复合材料是作为承力结构使用的材料，基本上由能承受载荷的增强体组元与能连接增强体成为整体材 料同时又起传递力作用的基体组元构成。增强体包括各种玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金属以及天然纤维、 织物、晶须、片材和颗粒等，基体则有高聚物(树脂)、金属、陶瓷、玻璃、碳和水泥等。由不同的增强体和 不同基体即可组成名目繁多的结构复合材料，并以所用的基体来命名，如高聚物(树脂)基复合材料等。 结构复合材料的特点是可根据材料在使用中受力的要求进行组元选材设计，更重要是还可进行复合结构设 计，即增强体排布设计，能合理地满足需要并节约用材。
二、复合材料的分类
复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、 钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料 主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、 金属丝和硬质细粒等。 复合材料按其组成分为金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属 与非金属复合材料。
二、复合材料的分类
为满足航空航天等尖端技术所用材料的需要，先后研制和生产了以高性能纤维（如碳纤维、硼纤维、芳纶 纤维、碳化硅纤维等）为增强材料的复合材料，其比强度大于4×106厘米（cm），比模量大于4×108cm。 为了与第一代玻璃纤维增强树脂复合材料相区别，将这种复合材料称为先进复合材料。它们的性能虽然优 良，但价格相对较高，主要用于国防工业、航空航天、精密机械、深潜器、机器人结构件和高档体育用品 等。
二、复合材料的分类
功能复合材料一般由功能体组元和基体组元组成，基体不仅起到构成整体的作用，而且能产生协同或加强 功能的作用。功能复合材料是指除机械性能以外而提供其他物理性能的复合材料。如：梯度复合材料(材料 的化学和结晶学组成、结构、空隙等在空间连续梯变的功能复合材料)、机敏复合材料（具有感觉、处理和 执行功能，能适应环境变化的功能复合材料）、仿生复合材料、隐身复合材料等。复合材料也可分为常用 和先进两类。 常用复合材料如玻璃钢，便是用玻璃纤维等性能较低的增强体与普通高聚物(树脂)构成。由于它的价格低廉， 得以大量发展，已广泛用于船舶、车辆、化工管道和贮罐、建筑结构、体育用品等方面。
复合材料的认识,知识学习,什么叫复合材料
六、化学稳定性好。 钢材不耐酸，但很大复合材料能耐酸碱腐蚀。玻璃纤维 增强塑料不仅可在含氯离子的酸性介质中长期使用，还 能在强碱介质中使用。 七、断裂安全性高。 纤维增强复合材料中含有大量的独立纤维。当构件过 载后即使有少量的纤维断裂，载荷也会迅速重新分配到 为破坏的纤维上，使整个构件不致在极短的时间内完全 丧失承载能力而整体破坏，因而工作安全性高。 八、成型工艺性好。 复合材料构件制造工艺简单，适合整体成型，即一次 成型。在制备复合材料的同时，也获得了构件，减少了 后续工序。
二、按增强材料的形态分类 1、零维：颗粒增强复合材料。 根据颗粒大小， 又分为弥散颗粒增强复合材料（100~2500Å）和 真正颗粒增强复合材料（微米级）。 2、一维：纤维增强复合材料。 按纤维长短有分为连续纤维增强复合材料、短纤 维增强复合材料和晶须增强复合材料。 按纤维种类有分为玻璃纤维增强复合材料、碳纤 维增强复合材料、硼纤维增强复合材料、芳纶纤 维增强复合材料、金属纤维增强复合材料、陶瓷 纤维增强复合材料。 3、二维：板状复合材料、平面编织复合材料、片状 材料增强复合材料。 4、三维：骨架状复合材料、立体编织复合材料。
近代复合材料
主要指人工特意复合而成的一种新型材料体系，成功制造要 从1942年开始算起。第二次世界大战期间，玻璃纤维增强 聚脂树脂复合材料被美国空军用于制造飞机构件。 复合材料发展第一代：1942~1960年，玻璃纤维增强塑料时 代。 复合材料发展第二代：1960~1980年，先进复合材料发展时 代，主要研究增强材料，英国研制碳纤维，美国研制了 Kevlar纤维。碳纤维增强环氧树脂、Kevlar纤维增强环氧树 脂复合材料用于飞机、火箭的主承力构件。 复合材料发展第三代：1980~1990年，纤维增强金属基复合 材料时代，其中铝基复合材料应用最广泛；同时陶瓷基复合 材料也得到研究和发展。 复合材料发展第四代：1990~至今，主要发展多功能复合材 料，梯度功能材料、纳米符合材料、仿生复合材料。
复合材料概述
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（A）界面残余应力可以通过对复合材料进行热处理，
使界面松弛而降低，但受界面结合强度的控制，
在界面结合很强的情况下效果不明显。 （B）界面残余应力的存在对复合材料的力学性能有 影响，其利弊与加载方向和复合材料残余应力的 状态有关。已经发现，由于复合材料界面存在残
1、界面效应
界面是复合材料的特征，可将界面的机能归纳
为以下几种效应： （1）传递效应：界面可将复合材料体系中基体承受 的外力传递给增强相，起到基体和增强相之间 的桥梁作用。
（2）阻断效应：基体和增强相之间结合力适当的界
面有阻止裂纹扩展、减缓应力集中的作用。 （3）不连续效应：在界面上产生物理性能的不连续 性和界面摩擦出现的现象，如抗电性、电感应 性、磁性、耐热性和磁场尺寸稳定性等。
碳/碳复合材料的使用温度最高可达2800C。
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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 复合材料中增强体的含量，可以调整复合材料的热膨胀 系数。
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
也降低了复合材料的整体性能。界面最佳态的衡量是 当受力发生开裂时，裂纹能转化为区域化而不进一步 界面脱粘；即这时的复合材料具有最大断裂能和一定 的韧性。
结合状态和强度影响因素
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2.2 复合材料组分的相容性
1、物理相容性：
（1）基体应具有足够的韧性和强度，能够将外部载荷 均匀地传递到增强剂上，而不会有明显的不连续 现象。 （2）由于裂纹或位错移动，在基体上产生的局部应力
复合材料的发展历程及其应用
350MPa以上， 弯曲强度为260MPa以 上， 为铝合金的2倍、 塑钢的4～ 5倍， 从而弥补了塑钢窗框强度低、 易变形的缺点。 玻璃钢窗框的热绝 缘系数为9.96㎡•K/W， 远大于塑钢 窗框和隔热断桥铝合金窗框的热绝 缘系数。 优质玻璃钢窗框的保温性 能优于国家标准(GB8484-1987)中 规定的保温性能一级指标。 玻璃钢 窗框尺寸稳定、 隔音性好。 玻璃钢 型材热变形温度为200℃， 线胀系 数与建筑物和玻璃相当， 在冷热温 差变化较大环境下， 不易与建筑物 及玻璃之间产生缝隙， 可大大提高 玻璃钢窗框的密封性能。 据有关部 门检测， 优质玻璃钢窗框型材符合 GB-18584-2001 《建筑材料放射性 核素限量》 规定的各项有害物质限 量指标。 我国建筑窗框行业形成了以塑 钢窗为主的产品结构体系， 也是建 筑窗框产量最多的国家。 目前全国 城镇建筑市场的窗框需求量已经达 到2亿平方米， 由于玻璃钢窗框特有 的保温、 节能等优点， 目前已得到社 会各界的认可和国家有关部门的重 视和支持。 随着我国城镇化进程的加快， 建筑业投资越来越多， 我国 “十一 五” 规划中明确指出， 从2005年起， 新建采暖居住建筑应在此前国家节 能要求的基础上再提高30%， 住房 和城乡建设部在节能专项规划中 指出， “十一五” 期间25%既有建筑 要进行改造。 建筑节能改造和供热 系统的改造巨大工作量， 带来玻璃 钢的市场前景广阔， 绿色环保、 阻 燃、 节能型的新型建筑材料必将大 有作为。
二、 复合材料的发展历程
材料科学的发展经历了天然材 料、 无机非金属材料、 金属材料、 有 机合成材料、 复合材料这5个阶段。 其中， 无机非金属材料主要包括陶 瓷材料、 玻璃材料、 无机非金属涂层 材料等。 此类材料一般耐高温、 抗腐 蚀， 有些材料还有独特的光电特性。 硅酸盐材料主要指水泥、 玻璃、 陶瓷 等， 是传统的无机非金属材料。 而半 导体材料、 超硬耐高温材料、 发光材 料等是新型无机非金属材料。 复合 材料最早的原型， 可追溯到2000多年 前中国祖先， 曾采用黏性泥浆中加入 稻草做成土坯建造房子这一实例。 这实际上表明祖先们已使用稻草纤 维增强黏土的复合材料。 自然界中， 许多天然材料都可 看作是复合材料。 树木、 竹子是由 纤维素和木质素复合而成的。 纤维 素抗拉强度大， 但刚性小， 比较柔 软， 而木质素则把众多的纤维素粘 结成刚性体。 动物的骨骼是由硬而 脆的磷酸盐和软而韧的蛋白质骨胶 组成的复合材料。 人类很早就仿效 天然复合材料， 在生活和生产中制 成了初期复合材料。 例如在建筑房 屋时， 人们将麦秸或稻草掺入泥浆 中以增强泥土的强度； 在现代建筑 上大量使用的混凝土， 特别是钢筋 混凝土制成的复合材料等等。 近 代 复合 材 料 的 发 展 是 从 1932年玻璃纤维增强塑料问世开 始的。 上世纪30年代末期， 美国因
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复合材料的概念、分类及其发展历
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主要参考资料
1、现代复合材料----陈华辉 邓海金 李 明 （中国物质出版社,1998） 2、复合材料概论----王荣国 武卫莉 （哈尔滨工业大学出版社,1999） 3、复合材料--------吴人洁（天津大学出版社,2000） 4、复合材料科学与工程---倪礼忠,陈麒(科学出版社,2002) 5、复合材料及其应用—尹洪峰,任耘（陕西科学技术出版社,2003） 6、高性能复合材料学---郝元恺,肖加余 (化学工业出版社,2004) 7、新材料概论--- 谭毅, 李敬锋(冶金工业出版社,2004) 8、先进复合材料----鲁 云 朱世杰 马鸣图 （机械工业已出版社,2004）
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按这Matthews和Rawlings给出的定义，钢铁及其合 金不应属于复合材料，如Co—Cr—Mo—Si合金不属于 复合材料，因为这种合金经过熔化和凝固过程；而仅有 像SiC颗粒强化的Al合金这种混合而成的材料才属于复合 材料。因此有人认为可将复合材料划分为广义复合材料 和狭义复合材料。
复合材料的概念、分类及其发展历
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以下面五点概括了复合材料的特点： 1、复合材料的组分和相对含量是由人工选择和设计的； 2、复合材料是以人工制造而非天然形成的（区别于具有 某些复合材料形态特征的天然物质）；
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3、组成复合材料的某些组分在复合后仍然保持其固有 的物理和化学性质（区别于化合物和合金）；
4、复合材料的性能取决于各组成相性能的协同。复合 材料具有新的、独特的和可用的性能，这种性能是单个 组分材料性能所不及或不同的；
5、复合材料是各组分之间被明显界面区分的多相材料。
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吴人洁教授“在复合材料的未来发展”一文中指出：复合 材料将由宏观复合形式向微观(细观)复合形式发展。微观复 合材料包括：均质材料在加工过程中内部析出的增强相和剩 余的基体相构成的原位复合材料或纤维增强复合材料，也包 括用纳米级增强体的复合材料以及刚强棒状分子增强的分子 复合材料等。
综上所述，复合材料定义所阐述的主要有两点，即组成规
律和性能持征。
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国际标准化组织：由两种以上在物理和化学上不同的物质组 合起来而得到的一种多相固体材料。 《材料科学技术百科全书》中关于复合材料的定义如下： 复合材料是由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材 料通过复合工艺组合而成的新型材料。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 而获得更优越的性能，与一般材念、分类及其发展历
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目录
第一章 复合材料的概念、分类及其发展历程
第二章 复合材料基本特性、应用及其研究现状
第三章 复合材料的基体材料
第四章 复合材料的增强材料
第五章 复合材料的成型工艺
第六章 复合材料的复合原子及界面
第七章 聚合物基复合材料
第八章 金属基复合材料
第九章 陶瓷基复合材料
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偏重于考虑复合后材料的性能
诸如（１） 复合材料是由两种或更多的组分材料结合在 一起，复合后的整体性能应超过组分材料，保留了所期 望的性能(高强度、刚度、轻的重量)，抑制了所不期望 的特性(低延性)。
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（２） 复合材料是多功能的材料系统，它们可提供任何 单一材料所无法获得的特性；它们是由两种或多种成分 不同，性质不同，有时形状也不同的相容性材料，以物 理形式结合而成的。
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１、复合材料的定义
什么是复合材料 (Composition Materials , Composite) ? 要给复合材料下一个严格精确而又统一的定义是很困难 的。概括前人的观点，有关复合材料的定义或偏重于考虑复 合后材料的性能，或偏重于考虑复合材料的结构
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偏重于考虑复合材料的结构，诸如：
（１）复合材料是两种或多种材料在宏观尺度上组合而成的 一种有用的材料。
（２）复合材料就是两种或两种以上的不同化学性质或不同 组织相的物质，以微观或宏观的形式组合而成的材料。
（３）复合材料是不同于合金的一种材料，在合金中，每一 种组分都保留着它们独立的特性，而构成复合材料时，仅取它 们的优点而避开其缺点，从而获得一种改善了的材料。
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F．L. Matthews和Ｒ．D．Rawlings认为，复合材料 是两个或两个以上组元或相组成的混合物，并应满足下面 三个条件：
(1)组元含量大于5％； (2)复合材料的性能显著不同于各组元的性能， (3)通过各种方法混合而成。
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从广义上讲，复合材料是由两种或两种以上不同化学性质 的组分组合而成的材料。但在现代材料学界中，复合材料专指 由两种或两种以上不同相态的组分所组成的材料。
复合材料可定义为：用经过选择的、含一定数量比的两种 或两种以上的组分（或称组元），通过人工复合、组成多相、 三维结合且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的材料。
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上述复合材料的定义较易被普遍接受，它不仅明确指 出复合材料是“通过人工复合的”和“有特殊性能的”材料，而 且还指明了复合材料的组分、结构特点及与其他种材料 （如简单混合物、化合物、合金）的特征区别。
根据上述复合材料的定义，复合材料应不包括自然形 成的具有某些复合材料形态的物质、化合物、单相合金和 多相合金。
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第十章 金属间化合物基复合材料
第一章 复合材料的概念、分类及其发展历程
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材料分类：金属、无机非金属、有机高分子材料 各有千秋 扬长避短
克服单一材料的缺点 产生原来单一材料没有本身所没有的新性能
复合材料
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