湖大材料工程基础课件第十章-复合材料制备工艺
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《复合材料制备》课件
热固性复合材料制备
1 树脂固化
2 热压
树脂经热固化反应形成网络结构。
将预浸料或干纱加热并受压，使树脂固化。
3 热固性复合材料应用广泛
如飞机、汽车和建筑行业。
热塑性复合材料制备
1 树脂融化
树脂可重复熔融和冷却形成新的形状。
2 压塑
热塑性复合材料通过热塑压塑或注射成型制备。
3 热塑性复合材料应用广泛
如电子、消费品和医疗设备。
复合材料力学性能测试
拉伸测试
用于测量复合材料的拉伸强度 和断裂伸长率。
弯曲测试
用于测量复合材料的弯曲强度 和弯曲模量。
冲击测试
用于测量复合材料的冲击强度 和韧性。
复合材料表面处理
1 脱模剂
防止树脂粘附在模具上。
2 表面处理剂
提供复合材料的表面润滑和防黏性。
3 粗糙化
增加复合材料与胶粘剂的粘接强度。
功效多元化
复合材料的性能可以通过 合理组合调节，以满足不 同需求的应用。
复合材料的种类
1
纤维增强复合材料
由纤维材料和基体材料组成，如碳纤维增强塑料。
2
颗粒增强复合材料
由颗粒材料和基体材料组成，如金属颗粒增强塑料。
3
层状复合材料
由多层材料按照一定的顺序堆叠构成，如层合板材。
复合材料的组成
纤维
提供复合材料的强度和刚度。
加强复合材料的回收和 再利用，实现资源的循 环利用。
3 新型材料
探索新型复合材料，如 纳米复合材料和生物可 降解复合材料。
复合材料未来的前景
随着科技的不断发展和人们对轻量化、高性能材料的需求增加，复合材料将在更多领域得到应用，开辟 更加美好的未来。
复合材料PPT课件
前景
随着科技的不断进步和环保意识的提高，未来复合材料将 更加注重环保、可再生、高性能等方向的发展，同时其在 智能制造、新能源等领域的应用也将不断拓展。
02
CATALOGUE
复合材料的组成与结构
基体材料
01
02
03
定义
基体材料是复合材料中连 续相，起粘结、保护增强 材料并传递载荷到增强材 料上的作用。
生物相容性
某些复合材料具有良好的生物相容性 ，可用于医疗器械、人体植入物等领 域。
05
CATALOGUE
复合材料的应用实例
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、耐腐蚀、耐疲劳等优点，可提高飞行器的性 能和燃油经济性。
航天器结构
复合材料在航天器结构中也有广泛应用，如卫星、火箭和 空间站等，其轻质高强的特性有助于减轻发射重量和提高 有效载荷。
美观、舒适、环保等特点。
03
动力系统
复合材料可用于制造汽车发动机罩、进气歧管等动力系统部件，具有优
异的耐高温性能和力学性能。
建筑领域应用
建筑结构
复合材料可用于制造建筑结构中的梁、板、柱等承重部件，具有轻质高强、耐腐蚀、耐疲 劳等优点，有助于提高建筑物的抗震性能和耐久性。
建筑装饰
复合材料也可用于制造建筑装饰材料，如墙板、吊顶、隔断等，具有美观、环保、易安装 等特点。
某些复合材料在受到冲击时能 够吸收大量能量，表现出良好
的抗冲击性能。
物理性能
低密度
相对于金属材料，复合材料通常具有较低的 密度，有利于实现轻量化设计。
优异的电绝缘性
某些复合材料具有极佳的电绝缘性能，适用 于电气和电子设备。
随着科技的不断进步和环保意识的提高，未来复合材料将 更加注重环保、可再生、高性能等方向的发展，同时其在 智能制造、新能源等领域的应用也将不断拓展。
02
CATALOGUE
复合材料的组成与结构
基体材料
01
02
03
定义
基体材料是复合材料中连 续相，起粘结、保护增强 材料并传递载荷到增强材 料上的作用。
生物相容性
某些复合材料具有良好的生物相容性 ，可用于医疗器械、人体植入物等领 域。
05
CATALOGUE
复合材料的应用实例
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、耐腐蚀、耐疲劳等优点，可提高飞行器的性 能和燃油经济性。
航天器结构
复合材料在航天器结构中也有广泛应用，如卫星、火箭和 空间站等，其轻质高强的特性有助于减轻发射重量和提高 有效载荷。
美观、舒适、环保等特点。
03
动力系统
复合材料可用于制造汽车发动机罩、进气歧管等动力系统部件，具有优
异的耐高温性能和力学性能。
建筑领域应用
建筑结构
复合材料可用于制造建筑结构中的梁、板、柱等承重部件，具有轻质高强、耐腐蚀、耐疲 劳等优点，有助于提高建筑物的抗震性能和耐久性。
建筑装饰
复合材料也可用于制造建筑装饰材料，如墙板、吊顶、隔断等，具有美观、环保、易安装 等特点。
某些复合材料在受到冲击时能 够吸收大量能量，表现出良好
的抗冲击性能。
物理性能
低密度
相对于金属材料，复合材料通常具有较低的 密度，有利于实现轻量化设计。
优异的电绝缘性
某些复合材料具有极佳的电绝缘性能，适用 于电气和电子设备。
复合材料工艺
复合材料工艺复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料按照一定比例和方式混合而成的一种新材料。
它融合了不同材料的优点，具备多种优良性能，被广泛应用于航空航天、汽车、建筑、运动装备等领域。
复合材料的制备工艺包括预浸料制备、层叠成型和固化三个过程。
预浸料制备是将纤维材料预先浸渍于树脂中，形成预成型的复合材料片材。
在此过程中，先选择纤维材料，如玻璃纤维、碳纤维等。
然后将纤维与树脂进行混合，使纤维均匀分布于树脂中。
最后，将混合物倒入模具中，通过加压排气和真空处理，使其固化成预制品。
该预制品具备一定的强度和形状，可以经过一定的设计和切割，制作成不同形状的复合材料制品。
层叠成型是将预成型的复合材料片材按照一定的堆叠方式成型。
在此过程中，先将预成型的复合材料片材按照设计要求的层次和排列方式进行堆叠，同时在不同层之间添加适当的孔洞、芯材和压花层等。
然后，将堆叠好的复合材料片材放入模具中，通过加热和加压的方式，使复合材料片材之间的纤维相互渗透和固化，形成整体的复合材料制品。
固化是将层叠成型好的复合材料制品进行热固化处理，使其达到所需的力学性能。
在此过程中，先将模具加热，使复合材料制品达到一定的固化温度。
然后，通过加压使复合材料制品保持良好的成型，并在一定时间内进行固化。
最后，通过冷却和取模，脱模，完成复合材料制品的制备过程。
在复合材料的制备工艺中，还需要注意一些关键技术，如温度控制、压力控制和时间控制等。
温度控制是为了使复合材料能够在恰当的温度下进行固化，从而达到所需的力学性能。
压力控制是为了使复合材料能够在适当的压力下，实现纤维相互渗透和固化。
时间控制是为了保证复合材料能够在适当的时间内进行固化，并取模。
总而言之，复合材料的制备工艺是一个综合性的过程，需要综合考虑材料的选择、预浸料制备、层叠成型和固化等多个环节。
只有掌握了合适的工艺和技术，才能够制备出满足工程要求的复合材料制品。
复合材料的成型工艺课件
注射成型工艺
注射成型工艺是将热塑性或热固 性复合材料加热至熔融状态，然 后通过注射机将其注入模具中，
冷却后脱模得到制品的工艺。
该工艺适用于制备大型、结构复 杂的制品，如家电外壳、汽车零
部件等。
注射成型工艺具有生产效率高、 自动化程度高等优点，但模具成 本较高，且对材料性能要求较高
。
层压成型工艺
层压成型工艺是将多层复合材料叠合 在一起，然后在压力和温度作用下使 其粘合在一起并成型的一种工艺。
随着科技的发展，对复合材料的 性能要求越来越高，复合材料成 型工艺正朝着高性能化的方向发
展。
智能化
智能化成型工艺能够提高生产效率 和产品质量，是复合材料成型工艺 的重要发展方向。
绿色化
环保意识的提高，对复合材料的生 产过程中的环保要求也越来越高， 绿色化成型工艺成为未来的发展趋 势。
复合材料成型工艺面临的挑战
。
体育器材领域的应用实例
总结词
轻量、高强度、耐用
VS
详细描述
体育器材领域也是复合材料应用的重要领 域，如滑雪板、羽毛球拍、自行车车架等 。这些应用主要得益于复合材料的轻量、 高强度和耐用等特性，能够提高运动器材 的性能和寿命。
05
复合材料成型工艺的发展趋势与挑战
复合材料成型工艺的发展趋势
高性能化
热压成型工艺的原理与特点
热压成型工艺原理
热压成型是利用热塑性复合材料的热塑性，在加热、加压条 件下，将材料加热至熔点或软化点，然后在压力作用下使材 料塑性变形并贴合在模具表面，冷却固化后形成所需形状的 制品。
热压成型特点
热压成型工艺具有生产效率高、制品尺寸精度高、表面质量 好等优点，适用于生产形状复杂、尺寸精度要求高的复合材 料制品。
复合材料的成型工艺ppt课件
第二节 金属基复合材料(MMC)成形工艺
一、固态法
1.扩散黏结法(Diffusion Bonding) 如图9-2所示，扩散黏结是一种在较长时间、
较高温度和压力下，通过固态焊接工艺，使同类 或不同类金属在高温下互扩散而黏结在一起的工 艺方法。
2.形变法(Plastic Forming) 形变法就是利用金属具有塑性成型的工艺特点
2.复合材料的特点
(1)比强度和比刚度高 (2)抗疲劳性好 (3)高温性能好 (4)减振性能好 (5)断裂安全性高 (6)可设计性好
为 了 规 范 事 业单位 聘用关 系，建 立和完 善适应 社会主 义市场 经济体 制的事 业单位 工作人 员聘用 制度， 保障用 人单位 和职工 的合法 权益
第一节 复合材料简述
四 、 复 合 材 料 的 失 效 (Failure of Composite)
复合材料的失效一般是指其疲劳破坏过程。
1.制造加工损伤
此种损伤产生初始缺陷。，它包括：纤维铺设不 均，扭结、死扣等，树脂不均；纤维切断、错排； 固化不足；有孔隙、气泡；材质污染等。
2.使用引起的损伤
此种损伤导致缺陷发展。它包括：树脂裂纹或老 化；分层；纤维断裂；振动较大导致的纤维断裂； 温度变化较大；机加工产生内应力；碰撞等。
二、复合材料用原料
1.增强材料
(1)碳纤维(Carbon Fiber) (2)硼纤维(Boron Filament) (3)芳纶(Aramid Ring) (4)玻璃纤维(Glass Fiber) (5)碳化硅纤维(Silicon Carbide Fiber) (６)晶须(Whisker)
2.基体材料
3）基体能够很好地保护纤维表面，不产生表面 损伤、不产生裂纹。
复合材料的制造方法PPT课件
▪ 穿刺技术与缝合技术的出现和应用极大改进了复合材料的
断裂韧性，意味着复合材料能够承受更高冲击强度和剥离
应力。该技术比缝合技术更具发展潜力，主要是因为其节
省了高成本的缝合机，尺寸不受限制，特别是能够进行局
部结构的加强，因此是未来飞机机体应用的关键技术。
.
9
（3） 三维机织
▪ 该工艺目前已经广泛用于复合材料工业，主 要用于生产单层、宽幅织物，作为复合材料 的增强体。三维异型整体机织技术是国外上 世纪80年代发展起来的高新纺织技术，它创 造了一类新的复合材料结构形式。采用三维 异型整体机织技术制造的复合材料制件具有 整体性和力学的合理性两大特点，是一种高 级纺织复合材料。其突出特点是纺织异型整 体织物，如T形、U形、工形、十字形等型 材和圆管等，灵活的机织工艺还可以创造出 许多新的复杂形状织物。
➢粉末冶金（热压、 ➢粉体烧结 机械合金化、SPS） ➢反应成形 ➢合金箔扩散键合 ➢拉拔等机加工成 形
气相工艺
➢PVD（物理气相 沉积）
.
➢CVD（化学气相
沉积）
➢CVI（化学气相
渗透）
5
塑料基复合材料的制备成形
.
6
4.2 树脂基复合材料
▪ 先进复合材料具有比强度和比模量高、耐疲劳、各向异性 和可设计性、材料与结构的一次成型等性能，自上世纪60 年代问世以来，很快获得广泛应用，成为航空航天4大材料 之一。随着其材料性能和制造技术的不断改进，复合材料 未来在战斗机、大型军用运输机、无人机等平台上必将占 有重要地位。
技术进行加热和加压。这样生产出的结构件相对于同样的
铝合金零件重量减少25%，成. 本降低20%。
8
（2） 穿刺
▪ 穿刺是复合材料结构三维加强的一种简单方法，在某些方 面优于缝合技术。但是它不能用于制造预成形体。在这个 工艺中利用薄的削棒以正确的角度在固化前或固化时插入 二维的碳纤维环氧复合材料层板中，从而获得三维增强复 合材料结构。Z向削棒可以是金属材料，也可采用非金属材 料。削棒插入的方式有两种，一是采用真空袋热压的方法， 二是采用超声技术。
复合材料工学课件(手糊成型)2013年最新复合材料工艺与设备ppt课件——王继辉(武汉理工大学)
Up树脂的特点见P12表2-2 Up树脂的种类、品种及牌号
200307
材料学院彭进波
第5页
2. FRP手糊成型工艺及设备
环氧树脂： 环氧树脂是仅次于Up的第二大类手糊用树脂，主要用于糊 制受力部件，电绝缘产品，耐腐蚀〔耐碱〕制品 环氧树脂的性能特点见P13表2-3。 手糊用环氧树脂的类型、品种〔牌号〕： 双酚A型：如E-51、E-44、E-42，分子量低，流动性好。 脂环族：R-122、300#、400#等，构造严密，耐热性、耐 紫外线性能好。 注：在手糊工艺中，使用环氧树脂应注意两个问题：
2. FRP手糊成型工艺及设备
1.玻璃纤维切割喷射器 2.树脂胶液喷枪 3.静态混合器
2.5 树脂传递模塑成型 RTM〔Resin Transfer Molding〕
1. RTM成型机
200307
材料学院彭进波
2. RTM低压压机
第21页
2. FRP手糊成型工艺及设备
RTM原材料
树脂系统
增强材料
2. FRP手糊成型工艺及设备
引言
手糊成型工艺是FRP生产中最古老的一种成型 方法虽然成型技术较简单,设备也不复杂,但请同学
们一定注意下面几个问题：
1. 复合材料工艺原理 2. 聚合物基体的固化反响原理 3. 复合材料生产中原材料的主要种类〔品种〕、性
质及特点
4. 成型工艺参数的控制与产品质量的关系 5. 手糊成型工艺的特点及适合产品的类型
〔4〕配制方法 2003在07 配制过程中应当注材意料学院配彭进制波 平安问题，胶液的第贮16页
2. FRP手糊成型工艺及设备
2.增强材料准备 〔1〕GF制品种类选择〔手糊制品主要采用GF布和毡〕 〔2〕GF外表处理及热处理
200307
材料学院彭进波
第5页
2. FRP手糊成型工艺及设备
环氧树脂： 环氧树脂是仅次于Up的第二大类手糊用树脂，主要用于糊 制受力部件，电绝缘产品，耐腐蚀〔耐碱〕制品 环氧树脂的性能特点见P13表2-3。 手糊用环氧树脂的类型、品种〔牌号〕： 双酚A型：如E-51、E-44、E-42，分子量低，流动性好。 脂环族：R-122、300#、400#等，构造严密，耐热性、耐 紫外线性能好。 注：在手糊工艺中，使用环氧树脂应注意两个问题：
2. FRP手糊成型工艺及设备
1.玻璃纤维切割喷射器 2.树脂胶液喷枪 3.静态混合器
2.5 树脂传递模塑成型 RTM〔Resin Transfer Molding〕
1. RTM成型机
200307
材料学院彭进波
2. RTM低压压机
第21页
2. FRP手糊成型工艺及设备
RTM原材料
树脂系统
增强材料
2. FRP手糊成型工艺及设备
引言
手糊成型工艺是FRP生产中最古老的一种成型 方法虽然成型技术较简单,设备也不复杂,但请同学
们一定注意下面几个问题：
1. 复合材料工艺原理 2. 聚合物基体的固化反响原理 3. 复合材料生产中原材料的主要种类〔品种〕、性
质及特点
4. 成型工艺参数的控制与产品质量的关系 5. 手糊成型工艺的特点及适合产品的类型
〔4〕配制方法 2003在07 配制过程中应当注材意料学院配彭进制波 平安问题，胶液的第贮16页
2. FRP手糊成型工艺及设备
2.增强材料准备 〔1〕GF制品种类选择〔手糊制品主要采用GF布和毡〕 〔2〕GF外表处理及热处理
复合材料工艺及设备 ppt课件
增强材料
涂脱模剂
原材料 手糊成型
固化 脱模制品检验 后处理专用47手糊工艺视频
专用48定义：用纤维增强材料和树脂胶液在模具上铺专用6树脂基复合材料
玻璃/酚醛 高硅氧/酚醛 涤纶/酚醛 碳/酚醛 碳/环氧 蜂窝夹层结构复合材料 经编复合材料 多维整体编织织物复合材料 耐高温树脂基料
碳基复合材料：
整体毡碳/碳 低密度碳/碳 多维整体编织碳/碳
陶瓷基复合材料：
石英织物增强，纤维在闭模中铺好，树脂在重 力或外压的作用下注入模子。
工艺因素：
(1)树脂对纤维的完全浸润 (2)树脂粘度 (3)树脂与纤维之间的界面的表面张力 (4)纤维体积百分数高，直径细小，完全浸 润需长时间和高压。专用342、预浸润
第一步：生产预浸料 把纤维和树脂铺在两张硅化纸或塑料薄膜之间，再 对它加压或辊压，确保压实和纤维浸润，然后部分 固化得到浸有树脂的纤维带或片。 该步工艺优点：单向层中的纤维定向程度极好。
纤维的原子排列，化学性能 高分子基体的分子结构和化学组成 例： 纤维的高模量、高强度性能使它成为理想的负荷 载体，但必须有一种模量较低的基体把它牢固地 粘结起来，使任何一根纤维的断裂，对整体的强 度影响不大。这就要求纤维对基体有良好的浸润 性，但玻纤和碳纤对树脂的浸润性是相当差的， 表现在层间剪切上。
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
绪论
复合材料分类
金属基复合材料 树脂基复合材料 无机非金属基专用5金属基复合材料
金属基复合材料
硼/铝复合材料 碳化硅纤维/铝复合材料
复合材料的制备方法资料59页PPT
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
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。
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要是碳化硅~、氧化铝~、氮化硅~等陶瓷晶须。
α-碳化硅晶须
NbC晶须
3、颗粒增强材料
碳化硅、氧化铝、氮化硅、碳化钛、碳化硼、石墨等颗粒。
a) 多角状SiC颗粒b) 等离子喷射熔融法制备的Al2O3颗粒 c) 溶胶凝胶法制备的Al2O3颗粒 d) α-Al2O3片晶
纤维增强复合材料的复合原则
材料复合的目的是获得最佳的强度、刚度等机械性能。 （1）纤维是材料的主要承载组成，因此应该具有最高的强
纤维的分布方式应符合于构件的受力要求。由于纤维的 纵向拉伸强度比横向高几十倍，所以应尽量使纤维的排 列平行于应力作用的方向。受力复杂的情况下，纤维采 用不同方向交叉层叠的方式排列，以提供多个方向的增 强效果。
颗粒增强复合材料的复合原则
颗粒增强复合材料增强颗粒的尺寸一般很小，直径约为 100~2500Å，并且大都为硬质颗粒，可以是金属或非金属， 最常见的是氧化物。这些弥散于金属或合金基体中的颗粒， 可以有效地阻碍位错的运动或在聚合物基体中，颗粒可阻碍 大分子链的运动；或在陶瓷基体中，颗粒对裂纹可起到屏蔽 作用，进而产生显著的强化效果。这类复合材料的复合强化 机理与合金的沉淀硬化机理类似，可用Orowan理论（即位 错绕过质点的理论）予以解释。复合材料中基体是承受载荷 的主体，所不同的是这些细小弥散颗粒不是借助于相变产生 的第二相质点，它们随温度的升高仍保持其原有的尺寸，因 此增强效果在高温下可维持较长的时间，使复合材料的抗蠕 变性能明显优于所用的基体金属或合金。
（4）纤维与基体的热膨胀性能应有较好的协调和配合。
通常要求两者的热膨胀系数相近，如果纤维和基体热膨胀 系数相差过大，则有可能在热胀冷缩过程中产生应力，削 弱两者之间的结合强度，从而降低材料的整体强度。但对 于韧性较低的基体，纤维的热膨胀系数可以略高一些，以 便在受热后的冷却过程中，由于收缩较大使基体处于受压 状态，而获得一定的保护。相反，对于塑性较好的基体， 纤维的热膨胀系数则可稍小一些，以便在其中造成残余压 应力，增进韧性。
§10.4 典型的复合材料及其应 用
（1）按用途分：结构材料、功能材料 （2）按各成分在材料中的集散情况分：分散强
（5）纤维必须有合理的含量、尺寸和分布。
一般来说，体积含量愈高，增强效果愈大，但体积含量 过高，增强效果又会下降。比较合适的纤维含量在 40~70%范围内。
纤维越细，则缺陷越少，强度越高；同时细纤维的表面 积较大，有利于增加与基体的结合力，即直径越小，纤 维增强效果越大。纤维的长度对增强有利，连续纤维比 短纤维的增强效果大得多。短切纤维只有在超过一定的 临界值时，才能有明显的强化效果。从加工性能的角度 考虑，短纤维易于与基体混合，因此实际生产中常采用 长径比大于某一临界值的不连续纤维。
1、定义：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
2、组成：基体—连续相(延性、韧性好)
增强/强化相—分散相(强度高、密度小)
3、特点
与传统金属材料相比，复合材料存在以下特点： （1）密度低、比强度、比模量高 （2）疲劳强度高 （3）热膨胀系数小 （4）耐腐蚀、耐热冲击、耐烧蚀等
度和刚度。 弹性模量E愈高，在同样应变量下，按照虎克定律，所承 受的应力愈大，工作中能承受的载荷愈大，更能充分发 挥对材料的增强作用。此外，刚度高，比重小，热稳定 性高也是保证结构稳定性所必要的。 （2）基体起粘结纤维的作用，因此必须： ①对纤维有润湿性，以便在界面上有必要的粘结力，而 将纤维粘结为一个整体； ②具有一定的塑性和韧性，对裂纹起致偏和控制作用； ③能保护纤维表面，不引入裂纹，不发生损伤纤维表面 的反应。
玻璃纤维
碳纤维
碳纤维的结构模型
a-普通型 ；
b-高强度型；
c-高弹性模量型
一般碳纤维由乱层结构石墨微晶所组成，石墨的网平面不完整， 沿纤维轴向排列也不整齐，强度和模量不够高；
高强度碳纤维网平面完整性提高，沿轴向排列也趋于整齐；
高模量纤维则网平面更完整，沿轴向排列更整齐。
2、晶须 目前已研发出上百种晶须，在复合材料中应用的主
若颗粒直径小于100Å，这时材料结构接近于 固溶体结构，位错容易绕过，难以对位错起 障碍作用，增强作用不大。若颗粒直径大于 1000Å，在载荷作用下，颗粒周围将造成应力 集中，或基体本身破裂，导致强度降低。为 使弥散增强复合材料的性能达到最佳，除要 求颗粒坚硬、稳定、与基体不发生化学反应 外，颗粒的尺寸、形状、体积分数以及同基 体结合能力均是必须加以考虑的因素。实践 表明，复合材料的性能显著受到颗粒大小的 影响，为提高增强效果，通常选择尺寸较小 的颗粒，并且.2 增强材料
选择增强材料的原则： 1) 增强材料的强度、模量和密度； 2) 增强材料与基体材料的相容性； 4) 性能/价格比。
晶须和纤维：高强度、价格昂贵 颗粒增强材料：价廉、耐磨
1、纤维增强材料
主 要 有 玻 璃 ~ 、 芳 纶 ~(Kevlar ~) 、 尼 龙 ~ 、 聚 乙 烯 ~(Spectra ~)、碳~、硼~、碳化硅~(Nicalon ~)、氧化铝 ~以及金属~（如钨、钼、不锈钢丝等）。
第10章 复合材料制备工艺
§10.1 概述
金属材料：力学性能和可加工性好 多数不耐很高的温度 耐磨和耐蚀性差
陶瓷材料：强度高、耐热、耐磨、耐蚀性好 很脆，加工性能差
高聚物材料：密度很低、韧性好 强度、刚度、耐热性有限
早期人类用茅草与泥浆混合作为建筑材料、在战 国时期的越王剑和吴王矛是金属包层复合材料、 三国时期的藤甲是用藤浸渍桐油后形成的纤维增 强聚合物基复合材料。
（3）纤维与基体之间应该有高的且合适的结合强度。
结合强度高，不仅直接有利于整个材料的强度，更重要的 是便于将基体所承受的载荷传递给纤维，以充分发挥纤维 的增强作用。结合强度过低，界面很难传递载荷，纤维无 法增强，整体强度下降。结合强度过高也不利，使复合材 料断裂时失去纤维从基体拔出的过程，降低复合材料的强 度，在载荷过大时可能导致危险的脆性断裂。
α-碳化硅晶须
NbC晶须
3、颗粒增强材料
碳化硅、氧化铝、氮化硅、碳化钛、碳化硼、石墨等颗粒。
a) 多角状SiC颗粒b) 等离子喷射熔融法制备的Al2O3颗粒 c) 溶胶凝胶法制备的Al2O3颗粒 d) α-Al2O3片晶
纤维增强复合材料的复合原则
材料复合的目的是获得最佳的强度、刚度等机械性能。 （1）纤维是材料的主要承载组成，因此应该具有最高的强
纤维的分布方式应符合于构件的受力要求。由于纤维的 纵向拉伸强度比横向高几十倍，所以应尽量使纤维的排 列平行于应力作用的方向。受力复杂的情况下，纤维采 用不同方向交叉层叠的方式排列，以提供多个方向的增 强效果。
颗粒增强复合材料的复合原则
颗粒增强复合材料增强颗粒的尺寸一般很小，直径约为 100~2500Å，并且大都为硬质颗粒，可以是金属或非金属， 最常见的是氧化物。这些弥散于金属或合金基体中的颗粒， 可以有效地阻碍位错的运动或在聚合物基体中，颗粒可阻碍 大分子链的运动；或在陶瓷基体中，颗粒对裂纹可起到屏蔽 作用，进而产生显著的强化效果。这类复合材料的复合强化 机理与合金的沉淀硬化机理类似，可用Orowan理论（即位 错绕过质点的理论）予以解释。复合材料中基体是承受载荷 的主体，所不同的是这些细小弥散颗粒不是借助于相变产生 的第二相质点，它们随温度的升高仍保持其原有的尺寸，因 此增强效果在高温下可维持较长的时间，使复合材料的抗蠕 变性能明显优于所用的基体金属或合金。
（4）纤维与基体的热膨胀性能应有较好的协调和配合。
通常要求两者的热膨胀系数相近，如果纤维和基体热膨胀 系数相差过大，则有可能在热胀冷缩过程中产生应力，削 弱两者之间的结合强度，从而降低材料的整体强度。但对 于韧性较低的基体，纤维的热膨胀系数可以略高一些，以 便在受热后的冷却过程中，由于收缩较大使基体处于受压 状态，而获得一定的保护。相反，对于塑性较好的基体， 纤维的热膨胀系数则可稍小一些，以便在其中造成残余压 应力，增进韧性。
§10.4 典型的复合材料及其应 用
（1）按用途分：结构材料、功能材料 （2）按各成分在材料中的集散情况分：分散强
（5）纤维必须有合理的含量、尺寸和分布。
一般来说，体积含量愈高，增强效果愈大，但体积含量 过高，增强效果又会下降。比较合适的纤维含量在 40~70%范围内。
纤维越细，则缺陷越少，强度越高；同时细纤维的表面 积较大，有利于增加与基体的结合力，即直径越小，纤 维增强效果越大。纤维的长度对增强有利，连续纤维比 短纤维的增强效果大得多。短切纤维只有在超过一定的 临界值时，才能有明显的强化效果。从加工性能的角度 考虑，短纤维易于与基体混合，因此实际生产中常采用 长径比大于某一临界值的不连续纤维。
1、定义：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
2、组成：基体—连续相(延性、韧性好)
增强/强化相—分散相(强度高、密度小)
3、特点
与传统金属材料相比，复合材料存在以下特点： （1）密度低、比强度、比模量高 （2）疲劳强度高 （3）热膨胀系数小 （4）耐腐蚀、耐热冲击、耐烧蚀等
度和刚度。 弹性模量E愈高，在同样应变量下，按照虎克定律，所承 受的应力愈大，工作中能承受的载荷愈大，更能充分发 挥对材料的增强作用。此外，刚度高，比重小，热稳定 性高也是保证结构稳定性所必要的。 （2）基体起粘结纤维的作用，因此必须： ①对纤维有润湿性，以便在界面上有必要的粘结力，而 将纤维粘结为一个整体； ②具有一定的塑性和韧性，对裂纹起致偏和控制作用； ③能保护纤维表面，不引入裂纹，不发生损伤纤维表面 的反应。
玻璃纤维
碳纤维
碳纤维的结构模型
a-普通型 ；
b-高强度型；
c-高弹性模量型
一般碳纤维由乱层结构石墨微晶所组成，石墨的网平面不完整， 沿纤维轴向排列也不整齐，强度和模量不够高；
高强度碳纤维网平面完整性提高，沿轴向排列也趋于整齐；
高模量纤维则网平面更完整，沿轴向排列更整齐。
2、晶须 目前已研发出上百种晶须，在复合材料中应用的主
若颗粒直径小于100Å，这时材料结构接近于 固溶体结构，位错容易绕过，难以对位错起 障碍作用，增强作用不大。若颗粒直径大于 1000Å，在载荷作用下，颗粒周围将造成应力 集中，或基体本身破裂，导致强度降低。为 使弥散增强复合材料的性能达到最佳，除要 求颗粒坚硬、稳定、与基体不发生化学反应 外，颗粒的尺寸、形状、体积分数以及同基 体结合能力均是必须加以考虑的因素。实践 表明，复合材料的性能显著受到颗粒大小的 影响，为提高增强效果，通常选择尺寸较小 的颗粒，并且.2 增强材料
选择增强材料的原则： 1) 增强材料的强度、模量和密度； 2) 增强材料与基体材料的相容性； 4) 性能/价格比。
晶须和纤维：高强度、价格昂贵 颗粒增强材料：价廉、耐磨
1、纤维增强材料
主 要 有 玻 璃 ~ 、 芳 纶 ~(Kevlar ~) 、 尼 龙 ~ 、 聚 乙 烯 ~(Spectra ~)、碳~、硼~、碳化硅~(Nicalon ~)、氧化铝 ~以及金属~（如钨、钼、不锈钢丝等）。
第10章 复合材料制备工艺
§10.1 概述
金属材料：力学性能和可加工性好 多数不耐很高的温度 耐磨和耐蚀性差
陶瓷材料：强度高、耐热、耐磨、耐蚀性好 很脆，加工性能差
高聚物材料：密度很低、韧性好 强度、刚度、耐热性有限
早期人类用茅草与泥浆混合作为建筑材料、在战 国时期的越王剑和吴王矛是金属包层复合材料、 三国时期的藤甲是用藤浸渍桐油后形成的纤维增 强聚合物基复合材料。
（3）纤维与基体之间应该有高的且合适的结合强度。
结合强度高，不仅直接有利于整个材料的强度，更重要的 是便于将基体所承受的载荷传递给纤维，以充分发挥纤维 的增强作用。结合强度过低，界面很难传递载荷，纤维无 法增强，整体强度下降。结合强度过高也不利，使复合材 料断裂时失去纤维从基体拔出的过程，降低复合材料的强 度，在载荷过大时可能导致危险的脆性断裂。