第六章 复合材料分析
工程力学中的复合材料行为如何分析？
工程力学中的复合材料行为如何分析？在工程力学领域，复合材料的应用日益广泛，从航空航天到汽车制造，从建筑结构到医疗器械，其出色的性能使其成为众多工程领域的理想选择。
然而，要充分发挥复合材料的优势，就必须深入理解和准确分析其在各种载荷和环境条件下的行为。
复合材料不同于传统的单一材料，它是由两种或两种以上具有不同物理和化学性质的组分材料通过特定的工艺组合而成。
常见的复合材料有纤维增强复合材料，如碳纤维增强环氧树脂、玻璃纤维增强聚酯等，以及层合复合材料，如多层铝板与橡胶层交替叠加的结构。
在分析复合材料的行为时，首先要考虑的是其微观结构。
复合材料的微观结构决定了其宏观性能。
以纤维增强复合材料为例，纤维的排列方向、纤维的体积分数、纤维与基体之间的界面结合强度等因素都会对复合材料的力学性能产生显著影响。
如果纤维排列方向与载荷方向一致，那么复合材料在该方向上的强度和刚度就会显著提高；反之，如果纤维排列方向与载荷方向垂直，复合材料的性能就会大打折扣。
材料的性能参数也是分析复合材料行为的关键。
与单一材料不同，复合材料通常具有各向异性的特点，这意味着其在不同方向上的力学性能存在差异。
例如，在纵向（纤维方向）和横向（垂直于纤维方向）上，复合材料的弹性模量、强度、泊松比等参数可能会有很大的不同。
因此，在进行力学分析时，需要准确获取这些性能参数。
这通常需要通过实验测试，如拉伸试验、压缩试验、剪切试验等，或者借助数值模拟方法来确定。
在实验测试方面，研究人员会制备标准的试样，并在专门的试验机上施加不同类型和大小的载荷，测量试样在加载过程中的变形和破坏模式，从而得到材料的力学性能数据。
然而，实验测试往往成本较高，而且对于一些复杂的结构和加载条件，实验实施起来可能会非常困难。
这时，数值模拟方法就发挥了重要作用。
常见的数值模拟方法包括有限元法、边界元法等。
以有限元法为例，它将复合材料结构离散成有限个单元，通过建立每个单元的力学方程，然后组合成整个结构的方程组，求解得到结构在给定载荷下的应力、应变分布和变形情况。
第六章复合材料表界面的分析表征
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不同处理碳纤维增强复合材料冲击 载荷与冲击时间的对应关系
A. 接枝聚丙烯酰胺碳纤维; B. 接枝聚丙烯 酸碳纤维; C. 氧等离子处理碳纤维; D. 未 处理碳纤维
氧等离子处理（曲线C）碳纤维 复合丝试样的冲击载荷曲线主 要弹性承载能U1差不多比未处 理者增加近3倍，表明基体变形 更大，也有更多的纤维发生形 变。相反塑性承载能U2却小到 可略视的地步，几乎没有什么 纤维拔出和与基体的脱粘，充 分表明了强结合的界面特征。
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碳纤维表面官能团的分析
还原剂，消除自由基，证明等 离子处理产生的大部分是游离
基，不是酚羟基
图6-25 等离子处理时间对自由基浓度的影响
在等离子处理初期，自由基浓度迅速增加，处 理5分钟后，自由基浓度增加渐趋平缓。
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图6-26 UHMWPE纤维表面活性的衰减
经等离子处理后的UHMWPE纤维暴露在空气中，表 面自由基的浓度随时间而衰减，表面活性在逐渐减小
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6.4.2 复合材料界面的动态力学分析
a-接枝玻纤 b-未接枝玻纤 涂敷聚苯乙烯树脂的玻璃纤维辫子的动态
力学扭辫曲线
曲线b在92℃处出现一个 尖锐的聚苯乙烯玻璃化转变 损耗峰，而曲线a上，在聚 苯乙烯玻璃化转变损耗峰高 温一侧还有一个小峰，一般 称为α’峰，也叫做界面峰。
界面粘结强，则试样承 受周期负荷时界面的能力损 耗大，α’峰越明显。
复合材料界面受到因 热膨胀系数不同引起 的热残余应力。热残 余应力的大小正比于 两者的热膨胀系数之 差Δα和温差ΔT， 也与基体和纤维的模 量有关。
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❖ 6.4 界面力学性能的分析表征
陶瓷基复合材料(CMC
(70-350MPa)
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第三节 陶瓷粉末的烧结
粉末状物料在压制成型后，含有大量气孔，颗粒 之间接触面积较小，强度也比较低。经过高温作 用后，坯体中颗粒相互烧结，界面逐渐扩大成为 晶界，最后数个晶粒结合在一起，产生再结晶与 聚集再结晶，使晶粒长大。气孔体积缩小，大部 分甚至全部从体坯中排出，体收缩而致密，强度 增加，成坚固整体。上述整个过程叫烧结过程。
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烧结作用力分析
表面张力产生的作用于ABCD表面上切线方向的力， 可由表面张力定义求出
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由表可以看出，曲面压力随颗粒半径之降低而 增加，随曲面圆内角θ之减小而降低，亦即随 烧结之进行而降低。所以颗粒越细，曲面压力 越大，颈部成长越快。颈部长大表面积减小， 表面能也降低。
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三、烧结机理
(一)颗粒的粘附作用
（7）氮化硅的电绝缘性也很好
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三、碳化硅陶瓷
由反应烧结法（α-SiC+C粉 烧结）和 热压烧结（SiC+促进剂）法制备 特点： 较高的高温强度 较高的热导率 较好的热稳定性、耐磨性、耐腐蚀性和 抗蠕变性
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四、玻璃陶瓷
含有大量微晶体的玻璃称为微晶玻璃或 玻璃陶瓷。常用的玻璃陶瓷有锂铝硅 （Al2LOi23O-S-iAOl22O，3M-SAiOS)2两，L个AS体）系和。镁铝硅(MgO-
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模量
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断裂韧性
没有增强时，断裂韧性随温度升高而降低，有晶须 增强后，因纤维拔出，在高温随温度升高而增大 41
2.蠕变
在高温或高应力的作用下，玻璃发生粘性流动， 应变急剧增大 42
3．热冲击性（热震性)
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。
复合材料的微观结构特征与分析
复合材料的微观结构特征与分析在材料科学的领域中，复合材料因其独特的性能和广泛的应用而备受关注。
要深入理解复合材料的性能，就必须对其微观结构特征进行细致的研究和分析。
复合材料是由两种或两种以上具有不同物理和化学性质的组分材料通过特定的工艺组合而成的。
这些不同的组分在微观尺度上相互作用，形成了复杂而独特的微观结构。
从微观结构的角度来看，复合材料通常可以分为两类：颗粒增强复合材料和纤维增强复合材料。
颗粒增强复合材料中，增强颗粒均匀或不均匀地分布在基体材料中。
这些颗粒的大小、形状、分布密度以及与基体的结合强度等因素，对复合材料的性能有着重要的影响。
比如，小颗粒通常能够提供更均匀的强化效果，但如果颗粒分布不均匀，可能会导致局部应力集中，从而影响材料的整体性能。
纤维增强复合材料中的纤维，其形态和排列方式对性能起着关键作用。
纤维可以是连续的，也可以是短切的；可以是单向排列，也可以是多向交织。
连续纤维增强复合材料在纤维方向上具有极高的强度和刚度，但在垂直纤维方向上的性能则相对较弱。
而多向交织的纤维增强复合材料在各个方向上的性能相对较为均衡。
在分析复合材料的微观结构时，我们常常借助各种先进的表征技术。
电子显微镜是其中非常重要的工具之一。
扫描电子显微镜（SEM）能够提供材料表面的微观形貌信息，让我们清晰地看到增强相和基体之间的界面结合情况、颗粒的分布状态以及可能存在的缺陷。
而透射电子显微镜（TEM）则能够揭示材料内部的晶体结构、位错等更细微的结构特征。
除了电子显微镜，X 射线衍射技术也被广泛应用。
通过测量 X 射线在材料中的衍射图谱，我们可以确定材料的相组成、晶体结构以及晶体的取向等信息。
此外，能谱分析（EDS）可以帮助我们了解材料中不同元素的分布情况，从而进一步揭示微观结构的特征。
复合材料的微观结构特征还与其制备工艺密切相关。
例如，在热压成型过程中，温度、压力和时间等参数会影响增强相在基体中的分布和界面结合强度。
复合材料分析
复合材料分析复合材料是由两种或两种以上的材料组成的材料，具有优良的综合性能，被广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。
复合材料的分析是对其性能、结构、制备工艺等方面进行研究和评估的过程，具有重要的理论和实际意义。
首先，复合材料的性能分析是对其力学性能、热学性能、电学性能等方面进行研究和评估。
在力学性能分析中，需要考虑复合材料的强度、刚度、韧性等指标，通过拉伸、压缩、弯曲等试验手段进行评定。
在热学性能分析中，需要考虑复合材料的导热性、热膨胀系数等指标，通过热导率测试、热膨胀试验等手段进行评定。
在电学性能分析中，需要考虑复合材料的导电性、介电常数等指标，通过电阻率测试、介电强度试验等手段进行评定。
其次，复合材料的结构分析是对其组分、相态、界面结构等方面进行研究和评估。
在组分分析中，需要对复合材料的基体材料、增强材料、界面剂等组分进行分析，了解其含量、分布、相互作用等情况。
在相态分析中，需要对复合材料的晶体结构、非晶结构、晶界结构等相态进行分析，了解其晶体形貌、结晶度、晶界结合强度等情况。
在界面结构分析中，需要对复合材料的界面结合方式、界面结合强度、界面结合机理等进行分析，了解其界面相互作用、界面结合能力等情况。
最后，复合材料的制备工艺分析是对其成型工艺、固化工艺、后处理工艺等方面进行研究和评估。
在成型工艺分析中，需要对复合材料的成型方法、成型工艺参数、成型设备等进行分析，了解其成型效率、成型精度、成型一致性等情况。
在固化工艺分析中，需要对复合材料的固化方法、固化工艺参数、固化设备等进行分析，了解其固化效率、固化均匀性、固化稳定性等情况。
在后处理工艺分析中，需要对复合材料的后处理方法、后处理工艺参数、后处理设备等进行分析，了解其后处理效果、后处理成本、后处理环保性等情况。
综上所述，复合材料分析涉及到多个方面的内容，需要综合考虑材料性能、结构特征、制备工艺等方面的因素，以全面评估复合材料的质量和性能。
只有深入分析复合材料的各个方面，才能更好地指导其应用和改进，推动复合材料领域的发展和进步。
复合材料的微观结构与性能分析
复合材料的微观结构与性能分析在当今科技高速发展的时代，复合材料凭借其优异的性能在众多领域中得到了广泛的应用，从航空航天到汽车制造，从电子设备到生物医学，几乎无处不在。
而要深入理解复合材料的性能优势，就必须从其微观结构入手进行分析。
复合材料是由两种或两种以上具有不同物理和化学性质的材料组合而成的多相材料。
其微观结构的复杂性和多样性决定了其性能的独特性。
从微观角度来看，复合材料通常由增强相、基体相以及两者之间的界面相组成。
增强相是赋予复合材料高强度、高刚度等优良性能的关键成分。
常见的增强相包括纤维（如碳纤维、玻璃纤维等）、晶须和颗粒。
以碳纤维为例，其具有极高的强度和模量，这是由于碳纤维的原子结构排列规整，碳原子之间的共价键结合力强。
当碳纤维作为增强相分布在基体中时，能够有效地承担外部载荷，从而显著提高复合材料的整体强度和刚度。
基体相则起到将增强相连接在一起，并传递和分散载荷的作用。
常见的基体材料有聚合物（如环氧树脂、聚酯树脂等）、金属（如铝、钛等）和陶瓷（如氧化铝、氮化硅等）。
基体相的性能不仅影响复合材料的加工性能，还对其耐腐蚀性、耐热性等方面有着重要影响。
例如，聚合物基体通常具有良好的成型性能和韧性，但耐热性相对较差；而陶瓷基体则具有优异的耐高温性能，但脆性较大。
界面相是增强相与基体相之间的过渡区域，其性能对复合材料的整体性能起着至关重要的作用。
一个良好的界面能够有效地传递载荷，防止在界面处产生应力集中，从而提高复合材料的强度和韧性。
界面的结合强度、化学相容性和物理相容性等因素都会影响界面性能。
如果界面结合过弱，在受到载荷时容易发生脱粘，导致复合材料过早失效；而界面结合过强，则可能限制了复合材料的韧性。
复合材料的微观结构特征对其力学性能有着显著的影响。
例如，增强相的含量、分布和取向会直接影响复合材料的强度和刚度。
当增强相含量增加时，复合材料的强度和刚度通常会相应提高，但同时也可能会导致其韧性下降。
5第六章 复合材料的性能及表界面PPT课件
★ 对于韧性基体材料，最好具有较高的热膨胀系数。 这是因为热膨胀系数较高的相，从较高的加工温度 冷却时将受到张应力；
★ 对于脆性材料的增强相，一般都是抗压强度大于 抗拉强度，处于压缩状态比较有利。
★ 而对于像钛这类高屈服强度的基体，一般却要求 避免高的残余热应力，因此热膨胀系数不应相差 太大。
结构设计则最后确定产品结构的形状和尺寸。
上述三个设计层次互为前提、互相影响、互相依赖。
因此，复合材料及其结构的设计打破了材料研 究和结构研究的传统界限。设计人员必须把材料性 能和结构性能统一考虑，换言之，材料设计和结构 设计必须同时进行，并将它们统一在同一个设计方 案中。
复合材料是由多相材料复合而成，它的共同的 特点主要有三个：
二、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 不应在增强剂上形成高的局部应力。
（3）基体与增强相热膨胀系数的差异对复合材料的界
面结合及各类性能产生重要的影响。
复合材料中界面层的厚度通常在亚微米以下，但 界面层的总面积在复合材料中很大，且复合材料的界 面特征对复合材料的性能、破坏行为及应用效能有很 大影响。
所以，人们以极大的注意力开展对复合材料界面 的研究--------表面和界面工程（surface and interface engineering）。
碳纤维复合材料、有机纤维复合材料具有比玻璃 纤维复合材料更低的密度和更高的强度，因此具有更 高的比强度。
(2)可设计性好
复合材料可以根据不同的用途要求，灵活地进 行产品设计，具有很好的可设计性。
对于结构件来说，可以根据受力情况合理布置 增强材料，达到节约材料、减轻质量的目的。
复合材料中的材料力学性能分析
复合材料中的材料力学性能分析复合材料是由两种或两种以上不同材料组合而成的新材料，其具有优异的力学性能，如高强度、高刚度、低密度等。
因此，对复合材料的力学性能进行分析，对于材料的设计、制备、应用等方面具有重要意义。
本文将从两个方面对复合材料中的材料力学性能进行分析：材料力学性能评价和材料力学性能分析方法。
一、材料力学性能评价材料力学性能评价是对复合材料力学性能进行定量评估和比较的过程。
常用的力学性能指标包括强度、弹性模量、断裂韧性、疲劳寿命等。
1. 强度：强度是材料抵抗外部载荷而产生破坏的能力。
在复合材料中，强度可以分为拉伸强度、压缩强度、剪切强度等。
通过力学试验，可以测定复合材料在不同载荷下的强度，并进行比较和评价。
2. 弹性模量：弹性模量反映了材料在受力时的变形能力。
对于复合材料来说，弹性模量通常通过静态拉伸试验中的应力-应变曲线来计算。
弹性模量高，表示材料具有较好的刚度特性。
3. 断裂韧性：断裂韧性是材料抵抗断裂的能力。
在复合材料中，断裂韧性的评价可以通过冲击试验或断裂韧性试验来进行。
断裂韧性高的材料具有抗冲击、抗断裂的能力。
4. 疲劳寿命：疲劳寿命是材料在交变载荷下能够承受的循环次数。
复合材料的疲劳寿命是指在特定应力水平下，材料能够进行多少次完全循环才会发生失效。
通过疲劳试验可以评估复合材料的疲劳性能。
二、材料力学性能分析方法要进行复合材料的力学性能分析，需要使用一些合适的试验方法和数值模拟技术，以下是常用的材料力学性能分析方法：1. 静态力学试验：静态力学试验是研究材料在静态加载下的力学性能的基本方法。
通过服从背景的应力-应变关系曲线可以获得弹性模量和屈服强度等性能参数。
2. 动态力学试验：动态力学试验是研究材料在动态加载下的力学性能的方法。
冲击试验和振动试验是常用的动态力学试验方法，可以评估复合材料在冲击或振动环境下的力学性能。
3. 数值模拟：数值模拟是通过计算方法来预测和分析材料力学性能的方法。
复合材料ppt
复合材料ppt复合材料是由两种或两种以上的不同性质的材料组成的,其特有的性能是单一材料所不具备的。
本文将介绍复合材料的定义、特点、分类、制备方法以及应用领域等方面内容。
一、定义复合材料是由两种或两种以上的材料按一定的方式组合而成的材料。
在组合过程中，各种材料之间可以有各种各样的界面形式，包括物理界面、化学界面和机械界面等。
复合材料的性能在很大程度上取决于各种材料之间的界面性质。
二、特点1. 复合材料具有很高的比强度和比模量，其强度和刚度远远高于单一材料。
2. 复合材料的力学性能可以通过改变材料组合方式和纤维布置方式来调节和设计。
3. 复合材料具有优异的耐腐蚀性能，能够抵抗各种化学介质的腐蚀。
4. 复合材料具有较低的热膨胀系数，能够在高温和低温条件下保持较好的尺寸稳定性。
三、分类根据组分材料的不同，复合材料可以分为无机复合材料和有机复合材料两大类。
1. 无机复合材料：由无机材料与无机材料组合而成，如轻质复合材料、陶瓷复合材料等。
2. 有机复合材料：由有机材料与无机材料或有机材料与有机材料组合而成，如碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料等。
四、制备方法1. 压制法：将纤维和树脂料混合后，通过加热和压制的方式将其制成板材或型材。
2. 浸渍法：将纤维逐步浸入树脂中，使其充分浸润，并通过干燥和固化来形成复合材料。
3. 喷涂法：将纤维和树脂分别喷射到模具内，在模具内干燥和固化形成复合材料。
4. 熔融法：将纤维和树脂料一起加热熔化，并通过挤出或注塑的方式制备复合材料。
五、应用领域复合材料具有广泛的应用前景，已广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑、电子设备、医疗器械等领域。
1. 航空航天领域：复合材料具有优异的比强度和比刚度，用于飞机、导弹等载体的结构件制造。
2. 汽车制造领域：复合材料能够减轻汽车自重，提高燃油经济性，用于制造车身、悬挂系统等零部件。
3. 建筑领域：复合材料具有良好的防火性能和抗震性能，用于制造高层建筑、桥梁等结构件。
复合材料结构分析
复合材料结构分析引言复合材料是由两个或两个以上成分组成的材料，通过它们的界面结合形成一种新的材料。
它具有比传统材料更好的性能，如高强度、高刚度、低密度、抗腐蚀等。
因此，复合材料在航空航天、汽车、建筑和体育设备等领域得到了广泛应用。
在复合材料设计和使用过程中，结构分析是一项重要的任务，它可以预测和评估复合材料的性能和行为。
复合材料的基本结构复合材料的基本结构由两个主要组成部分组成：增强相和基体相。
增强相是复合材料中的主要负荷转移部分，它提供了材料的强度和刚度。
常见的增强相包括碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维等。
基体相是增强相的支撑结构，常用的基体材料包括树脂、金属和陶瓷等。
增强相和基体相的合理组合是实现复合材料优异性能的关键。
复合材料结构分析的方法宏观力学模型宏观力学模型是复合材料结构分析的一种常用方法。
它假设复合材料是均匀各向同性的连续介质，可以通过弹性力学理论进行分析。
应力和应变的关系可以使用胡克定律来描述。
另外，通过定义复合材料的刚度矩阵，可以计算材料的弹性常数。
宏观有限元模型宏观有限元模型是一种基于有限元方法的数值模拟技术，在复合材料结构分析中得到了广泛应用。
有限元模型可以通过将复合材料划分为多个小单元来近似描述复合材料的力学行为。
根据材料的几何形状、边界条件和力加载情况，可以建立复材料的有限元模型并进行分析。
细观力学模型细观力学模型考虑了复合材料的基本组成部分，将其建模为多层纤维和基体的非均匀三维结构。
通过考虑界面效应、纤维排列方式和材料微结构的变化等因素，细观力学模型可以更精确地预测复合材料的性能和行为。
然而，由于模型的复杂性和计算量的增加，细观力学模型较少在实际工程中应用。
复合材料结构分析的关键问题材料的强度和刚度复合材料的强度和刚度是评估其性能的重要指标。
通过结构分析，可以预测材料在不同加载条件下的强度和刚度，并根据需求进行优化设计。
疲劳和失效复合材料在长时间使用过程中，容易受到疲劳和失效现象的影响。
复合材料的基本概念解析
复合材料的基本概念解析复合材料的基本概念解析1. 引言复合材料是由两种或更多种不同物质组成的材料，通过它们的组合而产生出一种具有新的性质和特点的材料。
复合材料在现代工程领域中得到广泛应用，具有优异的性能和灵活性。
本文将对复合材料的基本概念进行解析，探讨其组成、制备方法和应用领域。
2. 复合材料的组成复合材料的组成包括增强材料和基体材料。
增强材料通常是纤维或颗粒状物质，如碳纤维、玻璃纤维或陶瓷颗粒。
而基体材料则是接受增强材料的支撑，常见的基体材料有树脂或金属。
复合材料中增强材料和基体材料的组合使得其具有特定的性能和特点。
3. 复合材料的制备方法复合材料的制备方法多种多样，包括层叠法、注塑法和浸渍法等。
层叠法是将增强材料和基体材料按照一定的层次和构造进行堆叠，然后通过压制或热处理使其结合成型。
注塑法则是将熔化的基体材料注入模具中，在其中加入增强材料后冷却凝固形成复合材料。
浸渍法是通过将增强材料浸渍于预先制备好的基体材料中，然后经过干燥和固化而形成复合材料。
4. 复合材料的优点复合材料具有许多优点，使其在工程领域中得到广泛应用。
复合材料具有较高的比强度和比刚度，即在相同质量的情况下，其强度和刚度要高于传统材料。
复合材料的热膨胀系数较低，能够在较宽的温度范围内保持稳定性，适用于高温和低温环境。
复合材料还具有良好的抗腐蚀性能和耐磨性能，使其能够在恶劣环境下长时间使用。
5. 复合材料的应用领域复合材料在许多领域中得到广泛应用。
在航空航天领域中，复合材料能够减轻飞机和航天器的重量，提高其燃油效率和性能。
在汽车工业中，复合材料可以用于制造车身和零部件，使汽车更轻便和节能。
复合材料还在建筑、电子、体育器材等领域中有着重要的应用。
6. 总结与展望复合材料作为由不同物质组成的材料，具有许多优点和应用领域。
它的组成和制备方法使其具有独特的性能和特点。
随着科技的不断进步和人们对材料性能要求的提高，复合材料将在更多领域中得到应用，并发挥重要作用。
复合材料分析测试方法
利用流变仪对复合材料的流变性进行测试。研究聚合物材料在熔融态下的流动及其变形规律为主要内容的学科。主要研究其在流动状态下的粘弹性行为,以及这种行为与材料的结构,物理化学性质,流动条件包括剪切应力,流动速率,温度和流动状态等的关系。
高分子流变学按照研究意义具体可以分为两种加工流变学和结构流变学。加工流变学主要侧重于高分子溶体在流动时表现出的弹性
5.热性能
复合材料的热性能包括热稳定性、热膨胀和热传导等。通过对其热稳定性的了解，从而确定其成型加工及使用温度范围。在研究材料的热膨胀时，可以通过线热膨胀系数和体积热膨胀系数对材料的膨
胀特性进行表征，热膨胀系数是重要的热物理性能参数之一，在实际的应用中，比如航天器进出太空等，都会涉及到外界温度的较大变化，在这种环境下使用复合材料时，需要对材料的热膨胀性能进行设计。而复合材料的热膨胀性能不仅与材料的抗热震特性和材料受热后应力分布和应力的大小相关，而且与复合材料中增强相的各向异性的属性相关。当复合材料所处环境的温度变化时，复合材料所表现出的整体变形是材料内部各个组成部分综合作用的结果，可以宏微观方法得出复合材分析可以推断材料相关的化学变化和物理结构，得到试样的比热容，研究高分子材料的共混性能，确定熔点。但影响其因素较多：升温速率、气氛及压力、参比物和试样处理等，且它不能用于确
定变化的性质，测定过程中体系不处于平衡状态，测得的结果不同于热力学平衡条件下的测量结果。
3.扫描电子显微镜
扫描电子显微镜能清晰、准确知道样品的组织形貌，还可以和能谱结合知道样品某一部分的元素组成。并且具有分辨率和放大倍数高、景深大、制样简单并可以实现试样从低倍到高倍的定位分析等优点，在高分子材料的形态、结构、晶态和共混相容性上发挥了重要的作用。
记忆效应,并且这种记忆能力随着时间的进程而衰退,记忆的程度和当时受到应力的大小和时间有关。其测试目的主要是针对于聚合物加工生产过程中参数的控制。结构流变学主要针对于高分子熔体流动性质的表现形式和其内部结构织态结构,超分子结构,分子结构,链结构和微结构的关系。尤其是聚合物材料在流动变形过程中发生的内部结构变化,微结构形态变化的关系。对于这些行为的研究发现,经典的理论已经不能够很好的解释这些现象,高分子流变学却带来了丰富多彩的研究课题和广阔的应用空间
第六章 复合材料 材料科学基础课件
纤维增强复合材料的机理：
1。微细的增强纤维因直径较小，产生裂纹的几率降低。
2。纤维在基体中，彼此隔离，纤维表面受到基体的保， 护，不易受到损伤，不易在承载中产生裂纹，增大承载力。
3。纤维在基体中，即使有些裂纹会断裂，但基体能阻止 裂纹扩展。
三.聚合基粒子复合材料
1. 粒子增强聚合物 (1).电绝缘材料 (2).钙塑材料 聚氯乙烯塑料.聚乙烯钙塑料和聚丙烯钙塑料 (3).耐磨材料 (4).粒子增强橡胶 主要的补强剂是炭黑 2. 粒子分散质增强机理 粒子分散质增强机理认为.填料粒子的活性表面能与若干高分子链 相结合形成一种交联结构.为了提高增强效果,可对填料粒子进行
与则,适合于 容易产生气泡 长纤维增强体系
B-Al,SiC-Al,C-Al,WAl,
温度低,纤维损伤小 基体有限制,容易 W-Ni,W-Cu, B-Al, 产生气泡,效率低
不损伤纤维
容易产生气泡,效 Be-Al, B-Al, C-Al 率低
纤维取向规则,浸润好, 时间较长 温度较低,界面反应不 严重
纤维增强金属基复合材料界面的类型 I。纤维与基体互不反应、互不溶解的界面。 II。纤维与基体不反应、但相互溶解的界面。 III。纤维与基体反应形成界面反应层。
界面结合的类型
I。机械结合：借助增强纤维表面凹凸不平的形态而产生的
机械铰合和基体与纤维之间的摩擦阻力形成。
II。溶解与侵润结合：液态金属对增强纤维的侵润，而
三.高性能纤维增强塑料
用各种高强度.高模量纤维来增强高强聚合物,可得到比强度高,刚 性好,抗蠕变的高性能复合材料. 1. 碳纤维增强聚合物复合材料
碳纤维增强环氧是强度,刚度,耐热性均好的复合材料.质轻而且 耐腐蚀,缺点是造价高 2. 芳香族聚酰胺纤维增强塑料 即芳纶纤维,与树脂基体相容性好,具有优异的性能且价格低于碳 纤维复合材料,具有发展前途
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纤维增强复合材料的纤维种类
纤维增强复合材料中主要的新型纤维与晶须有：
碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、氧化铝 纤维以及碳化硅晶须、氧化铝晶须等。 这些纤维与晶须的主要特点是：
密度低、强度高、弹性模量高、线膨胀系数小等 特点。
复合材料的发展趋势
1。由宏观复合向微观复合发展
微纤增强复合材料、纳米复合材料、分子复合材料
复合材料的基本理论
增强纤维起到强化基体作用必要条件：
1。增强纤维的强度和弹性模量应比基体材料的高。 2。基体与纤维之间要有一定的粘结力，并具有一定的强度。 3。纤维应有一定的含量、尺寸和分布。 4。纤维与基体之间的线膨胀系数相匹配。 5。纤维与基体之间有良好的相容性。
复合材料的基本理论
增强机理
颗粒增强
导电导磁复合材料 阻尼吸声复合材料
屏蔽功能复合材料 摩擦磨损复合材料
复合材料的性能特点
比强度和比弹性模量高
抗疲劳与断裂安全性能好
大量的增强纤维对裂纹的扩展起到阻碍作用
良好的减震性能
纤维增强复合材料具有较高的自震频率，不易产 生共振现象，具有一定的减震作用
良好的高温性能
增强纤维的熔点都很高，并且在高温下仍具有较 高的强度
2。向多元混杂复合和超混杂复合发展
例如两种纤维的复合应用，两种基体的复合应用等
3。由结构复合为主向结构复合与功能 复合并重的方向发展
功能复合材料的开发与应用等
复合材料的发展趋势
4。由被动复合向主动复合材料发展
所谓被动就是指在外界作用下材料只能被动承受某种 作用或作出某种反应。主动材料就是指具备能自诊断、 自适应和自修补作用材料。
复合材料的基本理论
增韧机理
颗粒增韧 增韧的机理主要包括相变增韧、裂纹转向 增韧和分叉增韧。
复合材料的基本理论
增韧机理
纤维增韧 由于定向、取向或无序排布的纤维加入，使得 复合材料的韧性得到显著提高。
复合材料的基本理论
单向排布长纤维增韧机理
单向排布长纤维增韧陶瓷基复合材料具有各向 异性，沿纤维长度方向的纵向性能大大高于横 向性能。若材料中产生的裂纹平面垂直于纤维 时，当裂纹扩展遇到纤维时，裂纹运动受阻， 欲使裂纹继续运动，必须提高外加应力。应力 继续增大，纤维与基体解离，纤维从基体中拔 出、断裂或转向，从而使复合材料的韧性得到 提高。
复合材料的基本理论
复合原理
2。颗粒增强复合材料的复合原理 ρc = ρpVp＋ρmVm。
上限值 下限值
Ec = EpVp＋EmVm。 Ec = EpEm/(EpVm＋EmVp)。
复合材料的基本理论
增强机理
纤维增强
纤维增强复合材料是指由高强度、高弹性模量的脆性纤维 作增强体与韧性基体或脆性基体经一定工艺复合而成的多 相材料。 设计纤维增强金属基复合材料的目标： 提高基体在室温下和高温下的强度和弹性模量。
第六章：复合材料
本章主要内容
复合材料概述 复合材料的基本理论 金属基复合材料
陶瓷基复合材料
什么是复合材料？
复合材料是由两种或两种以上物理、化学、 力学性能不同的物质，经人工组合而成的多 相固体材料。
复合材料的种类
金属基复合材料
结构复合材料
陶瓷基复合材料 树脂基复合材料
复合材料
功能复合材料
水泥基复合材料
复合材料的基本理论
纤维增强复合材料的机理：
1。微细的增强纤维因直径较小，产生裂纹的几率降低。 2。纤维在基体中，彼此隔离，纤维表面受到基体的保， 护，不易受到损伤，不易在承载中产生裂纹，增大承载力。 3。纤维在基体中，即使有些裂纹会断裂，但基体能阻止 裂纹扩展。
4。由于基体对纤维的粘结作用以及基体与纤维之间的摩擦 力，使得材料的强度大大提高。
条件是复合材料中基体是连续的、均匀的，纤维的性质和 直径都是均匀的，且平行连续排列，同时纤维与基体间的 结合为理想结合，在界面上不产生滑移。
复合材料的基本理论
复合原理
1。纤维增强复合材料的复合原理
外载荷与纤维方向垂直
σc= σf = σm。 εc = εfVf＋εmVm。 1/Ec = Vf/Ef＋Vm/Em。
复合材料的基本理论
短纤维增韧机理 短纤维增韧复合材料的制备工艺比长纤维的简 便。通常是将长纤维剪断，再与基体粉体材料 混合、热压制得。在热压时，短纤维沿压力方 向择优取向，产生性能上的各向异性。当短纤 维的质量分数适当时，复合材料的断裂功显著 提高，从而使断裂韧性得到提高。
复合材料的基本理论
晶须增韧机理 晶须的增韧机理与纤维增韧机理基本相同，即 主要靠晶须拔出桥连与裂纹转向机制对韧性提 高产生贡献。研究结果表明，晶须与界面的强 度直接影响复合材料的韧性。界面强度过高， 晶须与基体同时断裂，限制了晶须的拔出；而 结合强度过低，晶须拔出功减小。这两种情况 都对韧性的提高不利。
5。由常规设计向仿生设计方向发展
仿生设计就是利用某种生物体的特征，设计材料。 仿生设计可以参照生物体的功能机制设计出新的 功能材料。
复合材料的基本理论
复合原理
1。纤维增强复合材料的复合原理
外载荷与纤维方向一致
Fc=σcAc = σfAf ＋σmAm。
σc = σfVf＋σmVm。
Ec = EfVf＋EmVm。
颗粒增强复合材料是指由高强度、高弹性模量的脆性颗粒 作增强体与韧性基体或脆性基体经一定工艺复合而成的多 相材料。 颗粒增强复合材料的种类：
纳米微细硬颗粒弥散增强，微米颗粒增强。
复合材料的基本理论
弥散强化复合材料中弥散颗粒种类 金Байду номын сангаас氧化物
碳化物
硼化物
复合材料的基本理论
颗粒增强复合材料的机理：
弥散分布在金属或合金中基体中的硬颗粒可以有效地阻止 位错运动，产生显著的强化作用。这种复合强化机制类似 与合金的析出强化机理，基体乃是承受载荷的主体。 不同的是，这些细小弥散的硬颗粒并非借助于相变产生的 硬颗粒，他们在温度升高时仍保持其原有尺寸，因而，增 强效果可在高温下持续较长时间，使复合材料的抗蠕变性 能明显优于金属或合金基体。
复合材料的基本理论
多维多向排布长纤维增韧 克服了单向长纤维只在一个方向上性能得到提 高的弱点。多向长纤维可实现陶瓷等脆性材料 在二维、三维方向上的性能提高。这种多维多 向的排列方式有：1。将纤维编织成纤维布； 2。纤维分层单向排布，层间纤维成一定角度。 多维长纤维增韧的机理与单向一样，主要是通 过纤维的断裂、拔出或转向提高韧性。