第四章 41 复合材料的基本概念和性能---新汇总

(4) 良好的高温性能
由于金属基体的高温性能比聚合物好得多，增强纤 维、晶须、颗粒在高温下又都具有很高的高温强度和 模量，因此，金属基复合材料具有比基体金属更高的 高温性能，特别是连续纤维增强金属基复合材料，在 复合材料中纤维起着主要的承载作用，纤维强度在高 温下基本不下降，复合材料的高温性能可保持到接近 熔点，并比金属基体的高温性能高许多。
可设计性强是复合材料的最大特点。
影响复合材料性能的因素很多，主要取决于增强材
料的性能、含量及分布状况，和基体材料的性能、
含量，以及它们之间的界面结合情况，作为产品还 与成型工艺和结构设计有关。 因此，无论哪一类复合材料，就是同一类复合材料 的性能也不是一个定值，在此只能给出主要性能。
1. 聚合物基复合材料的主要性能
或简写成“玻璃/环氧复合材料”
有时为了突出增强或基体材料，视强度的组成不同，简 称为“玻璃纤维复合材料”或“环氧树脂复合材料”。
碳纤维和金属基体构成的复合材料叫“金属基复合材料 ”或碳/金属基复合材料；
碳纤维和碳构成的复合材料叫“碳/碳复合材料”
2. 分类：
按增强体材料形态分类： (1) 连续纤维复合材料；(2) 短纤维复合材料； (3) 粒状填料复合材料；(4) 编织复合材料 按增强纤维种类分类： (1) 玻璃纤维复合材料；(2) 碳纤维复合材料； (3) 有机纤维复合材料；(4) 金属纤维复合材料 (5) 陶瓷纤维复合材料 此外，用两种或两种以上纤维增强同一基体制成的复合 材料称为混杂复合材料 (Hybrid composite matetials)。
复合材料－玻璃钢
玻璃钢冷却塔
玻璃钢游艇 玻璃钢产品在化工、石油、建筑、体育、国防、航空航天工 业包括神州五号载人飞船等高端技术领域发挥重要作用
复合材料—碳纤维
碳纤维复合材料用于制造承载、耐磨等零件，如轴承、密封 圈、齿轮等。化学工业、汽车制造业、航空航天和国防工业 等。
复合材料—隐形飞机上的特殊材料
美国B-2隐形轰炸机表面为具有良好吸波性能的碳纤维复合材料
4.1.2 复合材料的命名与分类 1.命名：
复合材料可根据增强材料与基体材料的名称来命名 。将增强材料的名称放在前面，基体材料的名称放在后 面，再加上“复合材料”。 例如：玻璃纤维和环氧树脂构成的复合材料 称为 “玻璃纤维环氧树脂复合材料”
(1) 比强度和比模量高
复合材料的突出优点是比强度和比模量（即强度、模
量与密度之比）高。比强度和比模量是度量材料承载
能力的一个指标，比强度愈高，同一零件的比重愈小 ；比模量愈高，零件的刚性愈大。如碳纤维增强的环 氧树脂复合材料的比强度比钢高七倍。这对于高速运 动的零件，要求自重轻的运输机械具有重大的意义。
第四章 复合材料的制备
第四章 复合材料的制备
4.1 复合材料的基本概念和性能 4.2 树脂基复合材料的制备方法 4.3 金属基复合材料的制备方法 4.4 陶瓷基复合材料的制备方法 4.5 碳/碳复合材料的制备方法
4.1 复合材料的基本概念和性能
重点：复合材料的概念和性质
三大材料： 金属 无机非金属
组成：
① 增强体（分散相）：
高强度、高模量和脆性大材料，作为主要承载相 ，如纤维增强体 ( 玻璃纤维、碳纤维等 ) ；颗粒增强体 (SiC 、Al2O3 、碳化物等)。 ② 基 体（连续相）： 低强度、低模量且韧性好，主要起保护及粘结作 用。如高聚物和金属。
复合材料综合了各种材料如纤维、树脂、橡胶、金 属、陶瓷等的优点，能够按照需要设计、复合成为 综合性能优异的新型材料：
金属 材料
有机高分子
复合材料
复
• 取长补短
• 协同作用
无机 有机 非金属 料 高分子 材料 材料
材
合
Байду номын сангаас
• 产生原来单一材料没有本身所没有的新性能
4.1.1 复合材料的基本概念
复合材料（composite materials)：由两种或两种以上性 质不同的材料组合起来的一种多相固体材料，它不仅保 留了组成材料各自优点，还具有单一材料所没有的优异 性能。
(2) 耐疲劳性好 大多数金属材料的疲劳极限是其抗拉强度的 40－ 50 ％，而碳纤维增强的复合材料可达70－80％。
(3) 减震性好
机器结构的自振频率与材料的比模量的平方成正比。 复合材料的比模量高，结构的自振频率高，避免与环境 产生共振。 (4) 破损安全性好
复合材料中每平方厘米截面上有几千－几万根增强 纤维，当其中一部分纤维断裂时，应力会重新分布到 未破坏的纤维上，致使零件不会造成突然断裂。
(5) 具有多种功能性
聚合物基复合材料可以制成具有较高比热、熔融热 和汽化热材料，以吸收高温烧蚀时的大量热能；有良好 的摩擦性能，包括良好的摩阻特性及减摩特性；高度的 电绝缘性能；优良的耐腐蚀性能；有特殊的光学、电学 和磁学特性。
(6) 具有很好的加工工艺性
但复合材料还有一些缺点，如耐高温性能，耐老 化性能及材料强度一致性等有待于进一步研究提 高。
4.1.3 复合材料的性能
复合材料是由多相材料复合而成，共同特点是： (1) 可综合发挥各种组成材料的优点，使一种材料具有多 种性能，具有天然材料所没有的特性。 例如，玻璃纤维 增强环氧基复合材料，既有类似钢材的强度，又有塑料 的介电性能和耐腐蚀能力。
(2) 可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造。例如 ，针对方向性材料强度的设计，针对某种介质耐腐蚀性 能的设计等。 (3) 可制成所需的任意形状，可避免多次加工程序。例如 ，可避免金属产品的铸模、切削、磨光等工序。
2. 金属基复合材料的主要性能
(1) 比强度和比模量高 由于在金属基体中加入了适量的高强度、高模量、 低密度的纤维、晶须、颗粒等增强物，明显提高了复 合材料的比强度和比模量。
(2) 导热、导电性能
金属基复合材料中金属基体占有很高的体积分数， 因此仍保持金属所具有的良好导热和导电性。 (3) 热膨胀系数小，尺寸稳定性好 加入相当含量的增强物不仅大幅度提高材料的强度和 模量，也使其热膨胀系数明显下降，并可通过调整增强物 的含量获得不同的热膨胀系数，以满足各种工况要求。
按基体材料分类： (1) 聚合物基复合材料；(2) 金属基复合材料； (3) 无机非金属复合材料
按复合材料作用分类： (1) 结构复合材料；(2) 功能复合材料； (3) 智能复合材料
此外，还有同质复合材料和异质复合材料。增强材料和 基体材料属于同种物质的复合材料，为同质复合材料， 如碳/碳复合材料。