复合材料的基体材料
复合材料基体(Matrix)材料
2、非氧化物陶瓷
主要有氮化物、碳化物、硼化物和硅化物。 特点：是耐火性和耐磨性好，硬度高，但脆
性也很强。碳化物、硼化物的抗热氧 化温度约900-1000C，氮化物略低些 ，硅化物的表面能形成氧化硅膜，所 以抗热氧化温度可达1300-1700C。
★ 氮化硅（Si3N4）属六方晶系，有、两种 晶相。其强度和硬度高、抗热震和抗高温蠕变 性好、摩擦系数小，具有良好的耐（酸、碱和 有色金属）腐蚀（侵蚀）性。抗氧化温度可达 1000C，电绝缘性好。
★ -SiC属六方晶系，- SiC属等轴晶系。 高温强度高，具有很高的热传导能力以及较 好的热稳定性、耐磨性、耐腐蚀性和抗蠕变性。
★ 氮化硼具有两种结构： A、类似石墨的六方结构，可作为高温自润滑材料
在高温（1360C）和高压作用下可转变成立方 结构的-氮化硼。 B、 -氮化硼立方结构，耐热温度高达2000C， 硬度极高，可作为金刚石的代用品。
其熔点在1700C以上，主要为单相多晶结构， 还可能有少量气相（气孔）。微晶氧化物的强度 较高；粗晶结构时，晶界残余应力较大，对强度 不利。氧化物陶瓷的强度随环境温度升高而降低。 这类材料应避免在高应力和高温环境下使用。这 是因为Al2O3和ZrO2的抗热震性差；SiO2在高温下 容易发生蠕变和相变等。
复合材料--基体（Matrix）材料
一、聚合物及其分类
聚合物包括：热固性聚合物和热塑性聚合物。 1、热固性聚合物:
通常为分子量较小的液态或固态预聚体，经加 热或加固化剂发生交联化学反应并经过凝胶化和固 化阶段后，形成不溶、不熔的三维网状高分子。
主要包括：环氧、酚醛、双马、聚酰亚胺树脂等。 各种热固性树脂的固化反应机理不同，根据使
4、 玻璃陶瓷（微晶玻璃）
许多无机玻璃可通过适当的热处理使其由非 晶态转变为晶态，这一过程称为反玻璃化。对于 某些玻璃反玻璃化过程可以控制，最后能够形成 无残余应力的微晶玻璃。这种材料成为玻璃陶瓷。
复合材料中的基体材料
复合材料中的基体材料复合材料是由两种或更多种不同材料组成的材料，其中一种材料称为基体材料。
基体材料在复合材料中起到支撑和固定增强材料（通常是纤维或颗粒）的作用。
基体材料的选择对复合材料的性能和应用起着至关重要的作用。
下面将介绍一些常见的基体材料及其特点。
1.金属基体材料：金属基体材料主要是指铝、镁、钛等金属材料。
金属基复合材料具有高强度、高刚度、优良的导热性、良好的耐腐蚀性和可加工性等优点。
金属基复合材料广泛应用于航空航天、汽车工业、船舶制造和建筑等领域。
2.高分子基体材料：高分子基体材料主要是指树脂类材料，如环氧树脂、聚酯树脂、聚酰亚胺等。
高分子基复合材料具有重量轻、绝缘性能好、抗腐蚀性能好等特点。
高分子基复合材料广泛应用于航空航天、汽车工业、电子电器等领域。
3.陶瓷基体材料：陶瓷基体材料主要是指氧化铝、氧化硅、碳化硅等无机材料。
陶瓷基复合材料具有高硬度、高耐磨性、抗高温等特点。
陶瓷基复合材料广泛应用于制造耐火材料、摩擦材料和高温结构材料等领域。
4.碳基体材料：碳基体材料主要是指碳纤维、炭黑等碳材料。
碳基复合材料具有重量轻、高强度、高刚度、耐高温、导电性能好等特点。
碳基复合材料广泛应用于航空航天、汽车工业、体育器材等领域。
5.纳米基体材料：纳米基体材料主要是指纳米颗粒、纳米管、纳米片等纳米材料。
纳米基复合材料具有独特的物理、化学和力学性能，如高强度、高硬度、低摩擦系数等。
纳米基复合材料在材料科学领域具有重要的应用前景。
总之，基体材料是复合材料中重要的组成部分，其种类和性能直接影响着复合材料的性能和应用范围。
随着科技的发展，不断有新型的基体材料涌现，为复合材料的开发和应用带来了新的可能性。
复合材料 第三章 复合材料的基体材料
颗粒增强钛合金，可以获得更高的高温性能。
美国己成功地试制成碳化硅纤维增强钛复合 材料，用它制成的叶片和传动轴等零件可用于高
性能航空发动机。
35
现在已用于钛基复合材料的钛合金的成分和性能如下
钛合金的成分和性能
36
C、用于600-900 ℃的复合材料的金属基体 铁和铁合金是在此温度范围内使用的金
属基体。
46
(２ )
金属间化合物
金属间化合物种类繁多，而用于金属基 复合材料的金属间化合物通常是一些高温合 金，如铝化镍，铝化铁、铝化钛等，使用温
度可达1600℃。
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在这些高温合金的晶体结构中，原子主
要以长程有序方式排列。由于这种有序在金
属间化合物中发生位错要比在无序合金中受 到更大的约束，因此能使化合物在高温下保
55
单靠金属与合金难以具有优良的综合物
理性能，而要靠优化设计和先进制造技术将 金属与增强物做成复合材料来满足需求。
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例如，电子领域的集成电路，由于电子
器件的集成度越来越高，单位体积中的元件
数不断增多，功率增大，发热严重，需用热
膨胀系数小、导热性好的材料做基板和封装
零件，以便将热最迅速传走，避免产生热应 力，来提高器件的可靠性。
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3 功能用金属基复合材料的基体
功能用金属基复合材料随着电子、信息、
能源、汽车等工业技术的不断发展，越来越受 到各方面的重视，面临广阔的发展前景。
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高技术领域的发展要求材料和器件具有 优良的综合物理性能，如同时具有高力学性
能、高导热、低热膨胀、高导电率、高抗电
弧烧蚀性、高摩擦系数和耐磨性等。
28
对于不同类型的复合材料应选用合适的铝、镁 合金基体。 例如，连续纤维增强金属基复合材料一般选用 纯铝或含合金元素少的单相铝合金； 而颗粒、晶须增强金属基复合材料则选择具 有高强度的铝合金。
复合材料的基体材
复合材料的基体材
常见的复合材料基体材料包括金属、聚合物和陶瓷等。
金属基体材料是最早被应用于复合材料的基体材料之一、金属基复合材料具有高强度、刚性和导热性能，还具有优良的机械性能和良好的成型性能。
由于金属本身的导热性和良好的电导性，金属基复合材料广泛应用于热传导和电传导方面的应用，如散热器、导电线和电子器件等。
聚合物基体材料是应用最广泛的复合材料基体材料之一、聚合物基复合材料具有重量轻、加工性能好、电绝缘性好、化学稳定性好等特点。
此外，聚合物基体材料的成本相对较低，易于大规模生产。
因此，聚合物基复合材料广泛应用于航空航天、汽车工业、电子设备和建筑等领域。
陶瓷基体材料具有高强度、高硬度、高耐压性和高耐磨性等特点。
陶瓷基复合材料的主要优点是在高温和高压环境下具有出色的性能。
陶瓷基复合材料常用于高性能陶瓷刀具、高温热力设备和用于材料强化的陶瓷纤维等领域。
此外，还有一些其他的基体材料，如碳纤维基体材料和纤维增强中空玻璃基体材料等。
碳纤维基体材料具有重量轻、高强度、高弹性模量和耐腐蚀性强等特点，常用于航空航天、汽车和体育器材等领域。
而纤维增强中空玻璃基体材料以其低密度、优良的隔热性能和抗雷击性能而得到广泛应用。
综上所述，复合材料的基体材料类型丰富多样，每种材料都有其独特的优点和应用领域。
随着科技的不断进步和需求的不断增加，对基体材料的研发和应用也在不断深入，为复合材料的发展提供了更广阔的空间。
复合材料的基体材料
的强度，使复合材料性能恶化。
16
因此，选择基体材料时，应充分注意与增强 物的相容性（特别是化学相容性），并尽可能在
复合材料成型过程中抑制界面反应。例如：
对增强纤维进行表面处理； 在金属基体中添加其他成分；
选择适宜的成型方法；
缩短材料在高温下的停留时间等。
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2、结构用金属基复合材料的基体
用于各种航天、航空、汽车、先进武器等结构 件的复合材料一般均要求有高的比强度和比刚度， 因此大多选用铝及铝合金、镁及镁合金作为基体金 属。目前研究发展较成熟的金属基复合材料主要是 铝基、镁基复合材料，用它们制成各种高比强度、
13
③ 基体金属与增强物的相容性
首先，由于金属基复合材料需要在高温下成型，制备过 程中，处于高温热力学非平衡状态下的纤维与金属之间很容 易发生化学反应，在界面形成反应层。 界面反应层大多是脆性的，当反应层达到一定厚度后， 材料受力时将会因界面层的断裂伸长小而产生裂纹，并向周 围纤维扩展，容易引起纤维断裂，导致复合材料整体破坏。
44
镍基铸造高温合金是以镍为基体，用铸造工 艺成型的高温合金，能在600~1100℃的氧化和燃
气腐蚀气氛中承受复杂压力，并能长期可靠地工
作，主要用于制造涡轮转子叶片和导向叶片及其 他在高温条件下工作的零件。
45
另外，用钨丝、钍钨丝增强镍基合金还可以 大幅度提高其高温性能。如高温持久性能和高温 蠕变性能，一般可提高1.3倍，主要用于高性能航 空发动机叶片等重要零件。
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对于不同类型的复合材料应选用合适的铝、镁 合金基体。 例如，连续纤维增强金属基复合材料一般选用 纯铝或含合金元素少的单相铝合金； 而颗粒、晶须增强金属基复合材料则选择具 有高强度的铝合金。
复合材料第1章 基体材料
水泥。 ②快硬高强水泥，包括：高级水泥、快硬水泥、特快硬水泥、矾土水泥、
磷酸锌水泥、硫铝酸盐型超早强水泥和硫铝酸盐型快硬水泥等。 ②水工水泥及耐侵蚀水泥，包括：抗硫酸盐硅酸盐水泥、大坝水泥、防潮
硅酸盐水泥和耐酸水泥等。 ④膨胀水泥，包括；硅酸盐型膨胀水泥和自应力水泥、铝酸盐型膨胀水泥
和自应力水泥、硫铝酸盐膨胀水泥和自应力水泥等。 ②油井水泥及耐高温水泥，包括：一船油井水泥、低温油井水泥、高温油
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工业集成电路：高导热、低膨胀 如：银、铜、铝作为基体，与高导热性、低热膨胀的超高模
量石墨纤维、金刚石纤维、碳化硅颗粒复合，用作散热元
件和基板。
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1.1.2金属基复合材料组成特点
针对不同的增强体系，应充分分析和考虑增强物的特点来正确 选择基体合金材料。
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对于连续纤维增强的金属基复合材料：
为获得力学性能优良的复合材料，加入的纤维或晶 须应与基体的热膨胀系数及弹性模量匹配，化学性能相容， 并且用于增强的纤维或晶须应具有良好的惰性不被基体液 相腐蚀。 常见的有：碳纤维、碳化硅纤维（晶须）、氧化铝纤维 增强微晶玻璃基复合材料。
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2.2.3氧化物陶瓷
应用较多的有：Al2O3，MgO，SiO2，ZrO2，莫来石 （3Al2O3-2SiO2）等。具有高强度、高硬度、耐高温、耐 磨损、耐腐蚀等性能，但脆性大。
复合材料中基体和增强体的作用
复合材料中基体和增强体的作用复合材料是由至少两种不同材料组成的材料，主要包括基体和增强体。
基体是复合材料的主体组成部分，起到支撑和固定增强体的作用。
增强体则是基体中的强化组分，负责提高复合材料的力学性能。
基体是复合材料的主要组成部分，起到支撑和固定增强体的作用。
基体通常是一种具有良好的柔韧性和强度的材料，如树脂、金属、陶瓷等。
基体的选择需要考虑复合材料的使用环境、应力要求以及成本等因素。
基体的性能决定了复合材料的整体性能，如强度、刚度、耐磨性等。
增强体是复合材料中起到强化作用的组分，通常是纤维、颗粒或片层状的材料。
增强体可以提高复合材料的强度、刚度和耐用性。
常见的增强体包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等。
增强体的选择取决于对复合材料所需的特定性能，如高强度、高刚度或高温耐受性。
基体和增强体的相互作用是复合材料性能的关键因素。
增强体的存在增加了复合材料的强度和刚度，同时还可以提高材料的耐腐蚀性和耐磨性。
基体则提供支撑和固定增强体的功能，防止其从基体中脱离。
1.机械锁定作用：基体和增强体之间的力学锁定作用是通过增强体与基体之间的相互作用力和摩擦力来实现的。
增强体的形状和分布对锁定效果起到重要作用。
2.能量转化作用：增强体能吸收和分散外部载荷作用时的能量，通过增强体和基体之间的相互作用将能量转移到基体中，从而提高了复合材料的韧性和抗冲击性能。
3.功率传递作用：增强体通过相互作用将应力传递到基体中，增加了复合材料的整体强度和刚度。
增强体的刚度和强度越高，功率传递效果越好。
4.界面作用：基体和增强体的界面对于复合材料的性能起着重要作用。
界面的结构和性质影响着基体和增强体之间的相互作用，如界面的粘着强度和亲和性。
5.互补效应：基体和增强体的不同性质和结构相互补充，共同提高了复合材料的综合性能。
增强体可以弥补基体的缺陷，提高复合材料的强度和刚度，而基体可以提供增强体所不具备的柔韧性。
综上所述，基体和增强体在复合材料中具有不可替代的作用。
第二章 复合材料基体讲解
聚碳酸酯的应用
• (5)用于包装领域 近年来，在包装领域出现的新增长点是可重复消毒和使 用的各种型号的储水瓶。由于聚碳酸酯制品具有质量轻， 抗冲击和透明性好，用热水和腐蚀性溶液洗涤处理时不变 形且保持透明的优点，目前一些领域PC瓶已完全取代玻 璃瓶。 • (6) 用于电子电器领域 由于聚碳酸酯在较宽的温、湿度范围内具有良好而恒定 的电绝缘性，是优良的绝缘材料。同时，其良好的难燃性 和尺寸稳定性，使其在电子电器行业形成了广阔的应用领 域。聚碳酸酯树脂主要用于生产各种食品加工机械，电动 工具外壳、机体、支架、冰箱冷冻室抽屉和真空吸尘器零 件等。
Chapter 9 Composites
16
酚醛树脂应用
• 生产模压制品的压塑粉是酚醛树脂的主要用途之一。采用辊压法、 螺旋挤出法和乳液法使树脂浸渍填料并与其他助剂混合均匀，再 经粉碎过筛即可制得压塑粉。常用木粉作填料，为制造某些高电 绝缘性和耐热性制件，也用云母粉、石棉粉、石英粉等无机填料。 压塑粉可用模压、传递模塑和注射成型法制成各种塑料制品。热 塑性酚醛树脂压塑粉主要用于制造开关、插座、插头等电气零件， 日用品及其他工业制品。热固性酚醛树脂压塑粉主要用于制造高 电绝缘制件。增强酚醛塑料 以酚醛树脂（主要是热固性酚醛树脂） 溶液或乳液浸渍各种纤维及其织物，经干燥、压制成型的各种增 强塑料是重要的工业材料。它不仅机械强度高、综合性能好，而 且可进行机械加工。以玻璃纤维、石英纤维及其织物增强的酚醛 塑料主要用于制造各种制动器摩擦片和化工防腐蚀塑料；高硅氧 玻璃纤维和碳纤维增强的酚醛塑料是航天工业的重要耐烧蚀材料。
n
n = 0~19
酚醛环氧树脂：
H2 C O HC CH2 O O H2 C HC CH2 O O H2 C HC CH2 O
复合材料的基体材料
基体材料
高分子化合物的物理形态
基体材料
环氧树脂
泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的 有机高分子化合物，分子结构是以分子链中 含有活泼的环氧基团为其特征
O 环氧基团：—CH—CH—
基体材料
性能和特性
1、形式多样。各种树脂、固化剂、改性剂体系几乎可以适应 各种应用对形式提出的要求，其范围可以从极低的粘度到高熔 点固体。 2、 固化方便。选用各种不同的固化剂，环氧树脂体系几乎可 以在0～180℃温度范围内固化。 3、 粘附力强。环氧树脂分子链中固有的极性羟基和醚键的存 在，使其对各种物质具有很高的粘附力。环氧树脂固化时的收 缩性低，产生的内应力小，这也有助于提高粘附强度。 4、 收缩性低。环氧树脂和所用的固化剂的反应是通过直接加 成反应或树脂分子中环氧基的开环聚合反应来进行的，没有水 或其它挥发性副产物放出。它们和不饱和聚酯树脂、酚醛树脂 相比，在固化过程中显示出很低的收缩性（小于2%）。
基体材料
基体的作用
把纤维粘在一起； 分配纤维间的载荷； 保护纤维不受环境影响
基体材料
基体材料的工艺性
成型的基本过程：用树脂浸渍纤维—烘干定型— 固化 浸润性能、黏接性能、流动性能、固化性能（成 型方法选择和工艺参数确定的主要依据）。 固化：线形树脂在固化剂存在或加热条件下，发 生化学反应转变成不溶、不熔、具有体型结构的 固态树脂的全过程。黏流态——固态
基体材料
复合材料的组成和结构
复合材料的组成和结构随着科技的不断发展，复合材料已经成为了现代工业领域不可或缺的一部分。
它们可以广泛应用于飞机、汽车、船舶、建筑、电子设备和医学器械等领域。
那么，什么是复合材料呢？复合材料的组成和结构是什么？下面将为您详细解答。
一、何为复合材料？复合材料（Composite Materials）是指由两种或两种以上不同材料组合而成的新型材料。
它的特点在于不同材料之间有更强的结合力，这种结合力可以使复合材料具有独特的性质和优良的性能。
二、复合材料的组成1. 基体材料基体材料通常是具有良好强度和刚度的聚合材料（如环氧树脂），金属（如铝、钛等）或陶瓷（如氧化铝）等。
基体材料形成了复合材料的主要骨架结构。
2. 增强材料增强材料通常是一种纤维材料，如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等。
这些纤维具有高强度和高模量特性，经过加工可以将它们布置在基体材料的表面上，形成所谓的增强材料。
3. 界面材料由于基体材料和增强材料的化学和物理性质有很大的差异，所以界面材料的作用是防止它们之间的层间剥离，保证复合材料整体强度。
目前，界面改性技术已经成为大量研究的主要方向之一。
三、复合材料的结构复合材料结构是由增强材料和基体材料的交替叠加形成的。
正常情况下，复合材料的厚度都很小，只有几毫米到几十厘米不等。
其结构特点主要包括以下几个方面：1. 纤维结构复合材料中的纤维结构通常是由排列有序的纤维复合体构成的。
这样的排列方式可以使纤维之间相互贯通，在应力作用下相互支撑，提高复合材料的抗拉强度和抗剪强度。
2. 层间结构层间结构是由交替叠加的增强材料和基体材料构成的。
由于增强材料比基体材料更硬，所以在外力作用下，增强材料首先承受应力，从而优化整个结构的抗振性能。
3. 裂纹结构相对于单一材料的均质结构而言，复合材料内部有很多不同性质的材料组合而成，因此对外部应力有更强的韧性和耐久性。
裂纹结构是在复合材料发生破裂时形成的，通过层间叠加的结构来缓解应力并防止破碎。
复合材料中的基体材料
•
2.2.2.2. 各类环氧树脂
2.2.2.2.1. 缩水甘油醚型ER
O R－O－CH2－CH－CH2
含活泼氢的酚或醇 + 环氧氯丙烷 缩聚 缩水甘油醚类ER
NER M ×100
定义：环氧值是指100g树脂中所含环氧基团的克当量数 =
例如：ER的平均分子量340，含有两个环氧基团，则
2 环氧值 ＝ ×100 ＝ 0.588 340
2.2.1.2. 不饱和树脂的合成
(1) 合成不饱和树脂的原材料
① 不饱和二元酸或酸酐 反丁烯二酸、氯代马来酸； 顺丁烯二酸及其酸酐； 丙烯酸、甲基丙烯酸 ② 饱和二元酸或酸酐 间苯二甲酸、对苯二甲酸及其酸酐； 己二酸及其酸酐、癸二酸、四氯苯酐 ③ 二元醇：乙二醇、丙二醇、一缩二乙二醇等 ④ 烯类单体交联剂：苯乙烯、MMA、邻苯二甲酸 二烯丙酯等
纤维断裂，裂纹也不会从一根纤维扩展到其他纤 维上，因此提高了复合材料的抗疲劳强度； 4. 复合材料的横向拉伸性能、压缩性能、剪切性能、 耐热性能和耐介质性能等都与基体有着密切关系。
2.1.2 在CM中对基体的几点要求
（1）基体对纤维（或增强材料）具有适度的 粘结性
这个主要涉及到基体与增强材料的界面问题， 一般材料表面具有等极性基团，而基体材料则应 与之能够反应或都有较强的作用力。
② 羟基酸之间或羟基酸与二元醇之间进行缩聚反应
2HOR'-OCORCOOH k1 k2 HOR'OCORCOOR'OCORCOOH + H2O
HOR'-OCORCOOH + HOR'OH
k1 k2
HOR'OCORCOOR'OH + H2O
⑶ 饱和酸与不饱和酸或酸酐的混合使用
第二章_复合材料的基体材料
2.3.1 热固性树脂
热固性树脂定义：低分子物在引发剂、促 进剂作用下生成的三维体形网状结构聚合 物。固化物加热不软化，不溶不融。 不饱和聚酯树脂 环氧树脂 酚醛树脂 其它热固性树脂
1）不饱和聚酯树脂
定义：主链上同时具有重复酯键和不饱和 双键的一类聚合物。 主要优点：工艺性好、固化物的综合性能 好、价格低廉、品种多。 主要缺点：固化收缩率大，耐热性、强度 和模量较低，因此很少用于受力很大的制 品中。 使用方法：树脂、引发剂、促进剂按配比 配制，并按固化制度固化。
第二章 复合材料的基体材料
基体作用：传递荷载、保护增强体； 基体类型：塑料（热固性、热塑性）、 金属、无机非金属（陶瓷、C、水泥等）
2．1 金属材料
用于MMC的主要品种：铝及铝合金、 镁合金、钛合金、镍合金、铜与铜合金、 铅、钛铝、镍铝金属间化合物。 合理选择品种的重要性：正确选择基 体对能否充分组合和发挥基体金属和增 强物的性能特点，获得预期的优异综合 性能十分重要。
小结
复合材料用基体主要类型； 选择MMC的基体基本原则； 陶瓷材料的基本特点； RMC的基体类型及其特点。
2பைடு நூலகம்1.3 功能用MMC的基体
电子、信息能源等高技术领域的发展，要求材料和器 件同时具有高力学性能、高导热、低热膨胀、高导电 率、高抗电弧烧蚀性、高磨擦系数和耐磨性等综合物 理性能。 如电子器件：集成度越来越高，功率增大，发热严重， 需用热膨胀系数小、导热性好的材料做基板和封装材 料，以便将热量迅速传走，避免产生热应力，提高器 件可靠性。SiCp/Al 、SiCp/Cu； 又如汽车发动机零件：要求耐磨、导热性好、热膨胀 系数适当。采用SiC、Al2O3、Gr等增强材料增强Al、 Mg、Cu、Zn、Pb等MMC
复合材料的基体材料
聚合物受热变化
提高树脂耐热性方法：
增加高分子链刚性：引入共轭双键、三键或环状结构； 进行结晶：-C-O-C-, -OH, -NH2等； 进行交联：交联键增加，提高分子间作用力。
25
三、耐腐蚀性能
树脂的腐蚀 物理作用：溶胀或溶解，导致结构破坏，性能下降 化学作用：化学键破坏或新的化学键 影响因素： 树脂结构 树脂含量 树脂固化交联密度
CH2 O
CH
31
一、 环氧树脂及其固化物的优缺点 (1) 力学性能高。环氧树脂具有很强的内聚力， 分子结构致密，所以它的力学性能高于酚醛树脂和不 饱和聚酯等通用型热固性树脂。 (2) 附着力强。环氧树脂固化体系中含有活性极 大的环氧基、羟基以及醚键、胺键、酯键等极性基团， 赋予环氧固化物对金属、陶瓷、玻璃、混凝士、木材 等极性基材以优良的附着力。 (3) 固化收缩率小。一般为1％～2％。是热固性 树脂中固化收缩率最小的品种之一(酚醛树脂为8％～ 10％；不饱和聚酯树脂为4％～6％；有机硅树脂为4 ％～8％)。线胀系数也很小，一般为6×10-5/℃。所 以固化后体积变化不大。 (4) 优良的电绝缘性优良。环氧树脂是热固性树 脂中介电性能最好的品种之一。
理性能将直接影响复合材料的性能。金属材料
分为结构金属材料和功能用金属基复合材料。
2
金属复合材料的优点
1 2 3 与陶瓷材料相 比，金属基复合 材料具有高韧性 和高冲击性能、 热膨胀系数小等 优点
与传统金属材 料相比，金属 基复合材料具 有较高的比强 度、比刚度和 耐磨性
与树脂基复合材 料相比，金属基 复合材料具有优 良的导电、导热 性，高温
聚合物形变：普弹形变、高弹形变、粘流形变
普弹形变：由聚合物分子的键长和键角改变引起， 变形较小（1%） 高弹形变：由大分子链的链段移动引起，是聚合物主 要变形形式（Tg以上） 强迫高弹形变（Tg以下）：在外力作用量够大，时间 是够长条件下出现 决定因素：大分子链的柔韧性、大分子链间的交联密度
复合材料组成
复合材料组成
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上复合而成的一种新型材料。
复合材料主要由两部分组成：
•增强材料（或称为粒料、纤维或片状材料），主要用于承受载荷，提供复合材料力学性能。
增强材料包括玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、天然纤维、合成纤维等，以及各种金属和非金属基体。
•基体材料（或称为粘结材料），主要用于保护固定增强材料，并改善复合材料部分性能。
基体材料可以分为金属基体和非金属基体，常用的金属基体材料有钛、铝、铜、镁及其合金；常用的非金属基体材料有树脂、碳、石墨、橡胶等。
这两部分材料在复合材料中发挥着不同的作用，通过精心的组合和设计，可以显著提高材料的综合性能，使其优于各单独的组分材料。
根据增强材料的形态，复合材料大致可以分为纤维增强复合材料、细粒增强复合材料和薄片增强复合材料三类。
其中，纤维增强复合材料由纤维状增强材料和基体材料组成，其纤维材料包括玻璃纤维、石棉纤维、天然纤维、合成纤维以及碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维、晶须等。
常用的基体材料有塑料、橡胶、水泥、陶瓷、金属等。
复合材料因其比强度高、抗疲劳性和减振性好、耐高温、易成型及性能可按使用要求设计等特点，广泛应用于宇航、航空、国防、机电、建筑、化工、交通等各部门。
复合材料的基体材料
复合材料的基体材料热塑性基体的缺点: ?、是热塑性基体的熔体或溶液粘度很高，纤维浸渍困难，预浸料制备及制品成型需要在高温高压下进行， ?、聚碳酸酯或尼龙这样一些工程塑料，因耐热性、抗蠕变性或耐药品性等方面问题而使应用受到限制。
二、热固性基体热固性基体主要是不饱合聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂一直在连续纤维增强树脂基复合材料中占统治地位。
不饱合聚酯树脂、酚醛树脂主要用于玻璃增强塑料，其中聚酯树脂用量最大，约占总量的80,，而环氧树脂则一般用作耐腐蚀性或先进复合材料基体。
(一) 热固性树脂下表为一些常用的热固性树脂其它物理性能 1(不饱和聚酯树脂 1 不饱和聚酯树脂及其特点不饱和聚酯树脂是指有线型结构的，主链上同时具有重复酯键及不饱和双键的一类聚合物。
不饱和聚酯的种类很多，按化学结构分类可分为顺酐型、丙烯酸型、和丙烯酸环氧酯型聚酯树脂。
不饱和聚酯树脂在热固性树指中是工业化较早，产量较多的一类，它主要应用于玻璃纤维复合材料。
由于树脂的收缩率高且力学性能较低，因此很少用它与碳纤维制造复合材料。
但近年来由于汽车工业发展的需耍，用玻璃纤维部分取代碳纤维的混杂复合材料得以发展，价格低廉的聚酯树脂可能扩大应用。
不饱和聚酯的主要优点是: ,、工艺性能良好，如室温下粘度低，可以在室温下固化，在常压下成型，颜色浅，可以制作彩色制品，有多种措施来调节其工艺性能等; ,、固化后树脂的综合性能良好，并有多种专用树脂适应不同用途的需要; ,、价格低廉，其价格远低于环氧树脂，略高于酚醛树脂。
不饱和聚酯的主要缺点是: 固化时体积收缩率较大，成型时气味和毒性较大，耐热性、强度和模量都较低，易变形，因此很少用于受力较强的制品中。
2 交联剂、引发剂和促进剂 a 交联剂不饱和聚酯分子链中含有不饱和双键，因而在热的作用下通过这些双键，大分子链之间可以交联起来，变成体型结构。
但是(这种交联产物很脆，没有什么优点，无实用价值。
因此，在实际中经常把线型不饱和聚酯溶于烯类单体中，使聚酯中的双键间发生共聚合反应，得到体型产物，以改善固化后树脂的性能。
复合材料的基体材料
复合材料的基体材料
复合材料的基体材料是复合材料的核心，包括基体材料和纤维材料，
是支撑和固定复合材料结构的主要材料。
市场上主要的基体材料有：金属
材料、陶瓷材料、树脂材料、橡胶材料等，其中，金属材料主要是钢材、
铝材、铜材等，陶瓷材料主要是碳化硅等陶瓷，树脂材料主要是玻璃树脂、聚氨酯树脂等，橡胶材料主要是聚氯乙烯橡胶、氯丁橡胶等。
金属材料是复合材料中最常用的基体材料，因其强度高、韧性好、耐
磨性好等特点，被广泛应用于航空航天、舰船、汽车、机械制造等领域。
除了可以直接作为复合材料的基体材料外，金属材料还可以作为复合材料
的抗剥裂固化剂和增强剂，为复合材料的抗剥裂性能和强度增加提供有效
支撑。
陶瓷材料是复合材料中热强度高、导热性好的基体材料，主要用于抗
高温高压腐蚀等领域。
陶瓷材料具有良好的耐寒性、耐热性和耐腐蚀性，
能够在极端的温度和压力条件下发挥出良好的性能。
树脂材料是复合材料中最常用的基体材料，可以提供轻量、柔韧、隔
热和耐腐蚀的性能，主要用于制造复合材料工件。
《复合材料力学》2复合材料的基体材料(标准版)
行复合，如碳化硅/铝，碳纤维/铝，氧化铝/铝等 复合材料用作发动机活塞、缸套等零件。
20
工业集成电路： 高导热、低膨胀 如：银、铜、铝作为基体，与高导热性、低热膨胀
的超高模量石墨纤维、金刚石纤维、碳化硅颗粒 复合，用作散热元件和基板。
21
2 金属基复合材料组成特点
针对不同的增强体系，应充分分析和考虑 增强物的特点来正确选择基体合金材料。
强材料与基体复合而成的复合材料。
4
复合材料性能的综合比较
使用温度 ℃
强度 耐老化
导热性 W/(mK)
耐化学 腐蚀
树脂基复 合材料
60~250
可设计
最差
0.35~0.45
最好
金属基复 合材料
400~600
可设计
一般
50~65
一般
陶瓷基复 1000~150
可设计
合材料
0
5
最好
0.7~3.5
最好
工艺 成熟 一般 复杂
氮化硅陶瓷(Si3N4)
共价键化合物的原子自扩散系数非常高，高 纯的Si3N4 的固相烧结极为困难。因此，常用反 应烧结和热压烧结。前者是将Si3N4粉以适当的 方式成形后，在氮气氛中进行氮化合成(约 1350℃）。后者是将加适当的助烧剂 (MgO,Al2O3,1600~1700℃) 烧结。
复合材料有哪些
复合材料有哪些复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的材料，具有优异的性能和特点。
复合材料通常由增强材料和基体材料组成，增强材料可以是玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等，基体材料可以是树脂、金属、陶瓷等。
复合材料因其轻质、高强度、耐腐蚀等特点，在航空航天、汽车制造、建筑工程、体育器材等领域得到了广泛应用。
接下来我们将从几个方面来介绍复合材料的种类和特点。
首先，复合材料可以根据增强材料的不同分为无机复合材料和有机复合材料。
无机复合材料的增强材料主要是陶瓷纤维、碳纤维等，基体材料多为金属或陶瓷；有机复合材料的增强材料主要是玻璃纤维、芳纶纤维等，基体材料多为树脂。
无机复合材料具有高温耐腐蚀、耐磨损等特点，适用于高温、高压、腐蚀性环境；有机复合材料具有重量轻、易加工成型等特点，适用于航空航天、汽车制造等领域。
其次，根据增强材料的形态不同，复合材料又可以分为颗粒增强复合材料和纤维增强复合材料。
颗粒增强复合材料的增强材料以颗粒状存在，如碳化硅颗粒增强铝基复合材料；纤维增强复合材料的增强材料以纤维状存在，如碳纤维增强树脂基复合材料。
颗粒增强复合材料具有成本低、易加工等特点，适用于一些低要求的场合；纤维增强复合材料具有高强度、高模量等特点，适用于对强度要求较高的场合。
最后，复合材料还可以根据使用环境的不同分为常温复合材料和高温复合材料。
常温复合材料主要是指在常温下使用的复合材料，如玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料；高温复合材料主要是指在高温下使用的复合材料，如碳纤维增强聚酰亚胺基复合材料。
常温复合材料具有价格低、易加工等特点，适用于一般工程领域；高温复合材料具有高温强度高、耐热膨胀系数小等特点，适用于航空航天、航空发动机等高温环境下的应用。
综上所述，复合材料种类繁多，具有多种特点，广泛应用于各个领域。
随着科技的不断发展，复合材料的种类和应用领域还将不断扩展，为人类的生产生活带来更多的便利和创新。
希望本文能够对复合材料有所了解，谢谢阅读。
复合材料基体
复合材料基体
复合材料基体是指在复合材料中起支撑、传递载荷和保护纤维的主要成分，是
复合材料的基础结构。
复合材料基体的选择对于复合材料的性能具有至关重要的影响，因此，对于复合材料基体的研究和选用具有重要意义。
首先，复合材料基体的选择应考虑到其与纤维的粘结性能。
粘结性能直接影响
着复合材料的强度和韧性。
若基体与纤维的粘结性能不佳，容易导致复合材料的层间剥离和断裂，从而降低了复合材料的整体性能。
因此，选择具有良好粘结性能的基体材料是十分重要的。
其次，复合材料基体的力学性能也是需要考虑的重要因素。
基体材料应具有较
高的强度和刚度，以保证复合材料在受力时能够有效地传递载荷。
同时，基体材料的韧性也是需要考虑的因素之一，良好的韧性可以有效地提高复合材料的抗冲击性能，延缓疲劳破坏的发生。
另外，复合材料基体的耐腐蚀性能也是需要重视的。
在实际应用中，复合材料
往往需要在恶劣的环境条件下工作，因此基体材料应具有良好的耐腐蚀性能，以保证复合材料的使用寿命和可靠性。
此外，基体材料的加工性和成本也是需要考虑的因素。
良好的加工性能可以降
低复合材料的制造成本，提高生产效率，而低成本的基体材料可以降低复合材料的整体成本，提高其在市场上的竞争力。
总的来说，复合材料基体的选择应综合考虑粘结性能、力学性能、耐腐蚀性能、加工性和成本等因素，以确保复合材料具有良好的整体性能和经济性。
在实际应用中，需要根据具体的工程要求和环境条件，选择合适的基体材料，并通过合理的设计和制造工艺，充分发挥复合材料的优势，满足工程应用的需求。
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环氧树脂也存在一些缺点，比如耐候性差，环氧树脂中 一般含有芳香醚键，固化物经日光照射后易降解断链，所以 通常的双酚A型环氧树脂固化物在户外日晒，易失去光泽， 逐渐粉化，因此不宜用作户外的面漆。另外，环氧树脂低温 固化性能差，一般需在10℃以上固化，在10℃以下则固化缓 慢，对于大型物体如船舶、桥梁、港湾、油槽等寒季施工十 分不便。
饱和聚酯等通用型热固性树脂。
(2) 附着力强。环氧树脂固化体系中含有活性极
大的环氧基、羟基以及醚键、胺键、酯键等极性基团，
赋予环氧固化物对金属、陶瓷、玻璃、混凝士、木材
等极性基材以优良的附着力。
(3) 固化收缩率小。一般为1％～2％。是热固性
树脂中固化收缩率最小的品种之一(酚醛树脂为8％～
10％；不饱和聚酯树脂为4％～6％；有机硅树脂为4
(6) 稳定性好，抗化学药品性优良。不含碱、盐等杂质的 环氧树脂不易变质。只要贮存得当(密封、不受潮、不遇高温)， 其贮存期为1年。超期后若检验合格仍可使用。环氧固化物具 有优良的化学稳定性。其耐碱、酸、盐等多种介质腐蚀的性 能优于不饱和聚酯树脂、酚醛树脂等热固性树脂。因此环氧 树脂大量用作防腐蚀底漆，又因环氧树脂固化物呈三维网状 结构，又能耐油类等的浸渍，大量应用于油槽、油轮、飞机 的整体油箱内壁衬里等。
24
提高树脂耐热性方法： 增加高分子链刚性：引入共轭双键、三键或环状结构； 进行结晶：-C-O-C-, -OH, -NH2等； 进行交联：交联键增加，提高分子间作用力。
25
三、耐腐蚀性能
树脂的腐蚀
物理作用：溶胀或溶解，导致结构破坏，性能下降 化学作用：化学键破坏或新的化学键 影响因素：
树脂结构 树脂含量 树脂固化交联密度
（1）
用于450℃以下的轻金属基体——铝、 镁合金
用于450～700℃的复合材料的金属 （2） 基体——钛合金
（3）
用于1000℃以上的高温复合材料的 金属基体——镍基、铁基耐热合金 和金属间化合物
4
功能用金属基复合材料的基体
目前已有应用的功能金属基复合材料（不 含双金属复合材料）主要有用于微电子技 术的电子封装和热沉材料、高导热、耐电 弧烧蚀的集电材料、耐高温摩擦的耐磨材 料、耐腐蚀的电池极板材料等等。主要选 用的金属基体是纯铝及铝合金、纯铜及铜
降低成本，改善性能（降低收缩率，提高表面硬度和耐磨 性能、导电、导热等）。 如：CaCO3、滑石粉、石英粉、金属粉。
（6） 颜料
用量约0.5~5% 要求：颜色鲜明，有耐热性和耐光性；在树脂中分散良好， 不影响树脂固化。一般选用无机颜料，有机颜料影响树脂 固化。
16
3 、基体的作用
➢ 均衡载荷，传递载荷（将单根的纤维粘成整体）； ➢ 保护纤维，防止纤维磨损； ➢ 赋予复合材料各种特性（耐热、耐腐蚀、阻燃、抗辐射）； ➢ 决定复合材料生产工艺、成型方法。
共价键结合能比较高—材料有高的耐火度、高的硬度 （有的接近金刚石）、高的耐磨性，但脆性大，抗氧化能
力低。 主要有氮化硅陶瓷(Si3N4)、氮化硼和氮化钛 陶瓷、碳化硅陶瓷等
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三、聚合物基体材料
一、基体材料的组分及作用
1.聚合物基体：
基体材料主要成分，决定复合材料的性能、成型 工艺及价格。 要求：具有较高的力学性能、介电性能、耐热性能和耐老 化性能，并且要施工简单，有良好的工艺性能。
复合材料的基体
复合材料的基体是复合材料的连续相，起到将增强体黏 结成整体，并赋予复合材料一定形状、传递外界作用力、 保护增强体免受外界环境侵蚀的作用。 复合材料的基体主要有以下几种： 金属材料 陶瓷材料 聚合物材料
1
一、金属材料
基体材料是金属基复合材料中增强体的载 体，占有很大的体积比列，基体材料的力学物 理性能将直接影响复合材料的性能。金属材料 分为结构金属材料和功能用金属基复合材料。
％～8％)。线胀系数也很小，一般为6×10-5/℃。所
以固化后体积变化不大。
(4) 优良的电绝缘性优良。环氧树脂是热固性树
脂中介电性能最好的品种之一。
32
(5) 工艺性好。环氧树脂固化时基本上不产生低分子挥发 物，所以可低压成型或接触压成型。能与各种固化剂配合制 造无溶剂、高固体、粉末涂料及水性涂料等环保型涂料。
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4. 树脂体积收缩率：物理收缩、化学收缩
固化收缩率：环氧树脂1~2%；聚酯树脂4~6%；酚醛树脂8~10% 影响因素：固化前树脂系统（包括树脂、固化剂等）的密度；
基体固化后的网络结构的紧密程度； 固化过程中有无小分子释放。 降低收缩率方法：调节树脂大分子链段充分伸直，固化前分子
间填充密实，固化后有紧密的空间网络。
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2 、 辅助剂：
（1）交联剂（引发剂、促进剂）
交联剂：能在线型分子间起架桥作用从而使多个线型分子相 互键合交联成网络结构的物质。 促进或调节聚合物分子链间共价键 或离子键形成的物质。也称为固化剂。
引发剂：指一类容易受热分解成自由基的化合物，可用于引 发烯类、双烯类单体的自由基聚合和共聚合反应，也可用于不饱和 聚酯的交联固化和高分子交联反应。
20
3. 树脂断裂延伸率 聚合物形变：普弹形变、高弹形变、粘流形变
普弹形变：由聚合物分子的键长和键角改变引起， 变形较小（1%）
高弹形变：由大分子链的链段移动引起，是聚合物主 要变形形式（Tg以上）
强迫高弹形变（Tg以下）：在外力作用量够大，时间 是够长条件下出现
决定因素：大分子链的柔韧性、大分子链间的交联密度
合金、银、铅、锌等金属。 功能用金属基复合材料所用的金属基体均 具有良好的导热、导电性和良好的力学性
能。
5
选择金属基体的原则及主要金属基金属
选择基体材料是要考虑复合材料的类型。比如连 续增强纤维增强金属基体要求与纤维有良好的相 容性与塑性，而不要求基体有很强的强度，而非 连续增强金属基复合材料要求金属基体强度很高。 金属与合金品种繁多，目前用作金属基复合材料 的金属有：铝及铝合金，镁合金，钛合金，镍合 金，铜与铜合金，锌合金，铅、钛铝、镍铝金属 间化合物等。
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四、介电性能
树脂分子由共价键组成，是一种优良的电绝缘材料. 极性大的分子一般介电常数也大 影响因素：
树脂大分子的极性：极性增加，电绝缘性下降； 固化树脂杂质含量及种类
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热固性树脂基复合材料
树脂加热后产生化学变化，逐渐硬化成型，再受热也 不软化，也不能溶解。热固性树脂其分子结构为体型， 它包括大部分的缩合树脂，热固性树脂有酚醛、环氧、 氨基、不饱和聚酯以及硅醚树脂等。
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2 、 氧化物陶瓷
应用较多的有：Al2O3，MgO，SiO2，ZrO2， 莫来石（3Al2O3-2SiO2）等。具有高强度、高 硬度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等性能，但脆 性大。
主要的增强物为：陶瓷颗粒或晶须。
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3 、 非氧化物陶瓷
指不含氧的金属碳化物、氮化物、硼化物和硅化物等。 自然界比较少，需要人工合成，是先进陶瓷特别是金属陶 瓷的主要成分和晶相，主要由共价键结合而成，也有一定 的金属键成分。
34
环氧树脂的命名方法
1. 代号与型号 主要有E、F、R（二氧化双环戊二烯环氧）等。 型号“E-51”表征的意义。
性能
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二、耐热性能
复合材料耐热性：温度升高，性能变化
物理性能：模量、强度、变形 化学性能：失重、分解、氧化
树脂耐热性
物理耐热性：在一定温度条件下，仍然保持 其作为基体材料的强度
化学耐热性：树脂发生热老化时的温度范围
聚合物受热变化 物理变化：变形、软化、流动、熔融
化学变化：分子链交联、氧化、产生气体等
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（3） 增韧（增塑）剂
降低树脂刚性、提高塑性，将导致强度和耐热性下降。 如：邻苯二甲酚酯、聚酰胺 等。
（4）触变剂
提高树脂在静止状态下的粘度，在外力作用下，树脂又变成 流动性液体。适合于大型产品，尤其在垂直面上使用，加入 量为1~3%。 如：活性SiO2(白炭黑)、膨润土、聚氯乙烯粉。
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（5） 填料
环氧树脂既包括环氧基的低聚物，也包括
含环氧基的低分子化合物。环氧树脂作为胶粘 剂、涂料和复合材料等的树脂基体，广泛应用 于水利、交通、机械、电子、家电、汽车及航 空航天等领域。
CH2 CH
O
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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一、 环氧树脂及其固化物的优缺点
(1) 力学性能高。环氧树脂具有很强的内聚力，
分子结构致密，所以它的力学性能高于酚醛树脂和不
不饱和聚酯树脂主要应用于玻璃纤维复合材料。
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主要特点：
工艺性能好，粘度低可在室温下成型； 价格低廉； 固化时体积收缩率大，成型时气味和毒性较大； 耐热性、强度和模量较低，易变形
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环氧树脂（Epoxy Resin）：指分子结构中含 有2个或2个以上环氧基并在适当的化学试剂存 在下能形成三维网状固化物的化合物的总称， 是一类重要的热固性树脂。
2
金属复合材料的优点
1
与传统金属材 料相比，金属 基复合材料具 有较高的比强 度、比刚度和 耐磨性
2
3
与树脂基复合材
与陶瓷材料相
料相比，金属基 比，金属基复合
复合材料具有优 材料具有高韧性
良的导电、导热 和高冲击性能、
性，高温性能好， 可焊接
热膨胀系数小等 优点
3
结构复合材料的基体
结构复合材料的基体大致可分为轻金属基体和耐热合金基体两大类。
6
二、陶瓷基体材料
传统陶瓷是指陶器和瓷器，主要由含二氧化硅的 天然硅酸盐矿物质制成。包括玻璃、水泥、搪瓷 等
现代陶瓷：高纯度、高性能的氧化物、碳化物、 硼化物、氮化物等。如氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷、 氮化硅陶瓷等。