复合材料性能
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 材料发展基本过程： （1）天然材料：石头，木材，泥土，皮毛，等等。 （2）人工材料：陶器，各种金属，等等。 （3）改性材料：热处理，合金化，等等。 （4）先进材料：特种合金，高性能塑料，高性能陶瓷，复合材料，功能材料， 智能材料，纳米材料，超导材料，等等。
• 材料的发展是技术进步的基础和前提。
材料科学与工程的内涵
透波材料等。
材料的应用举例
1 金属基复合材料精密构件
性能特点：高强度，高刚度，低密度， 低热膨胀系数，高尺寸稳定性。
材料的应用举例
2 Ti3Al基合金航天结构件
发动机氧涡轮壳体零件
发动机氧涡轮壳体成形组件
性能特点：耐高温(>800C)、取代1Cr18Ni9Ti,减重40％, 适用于复杂结构件
材料的应用举例
• 其它三种重要的工程材料： （1）复合材料
由两种或两种以上种类物质构成的材料，各物质之间有界面分开，复合材料合可以 同时发挥各组成材料的性能优势，实现单一材料不能达到的性能要求。 （2）半导体材料
半导体材料的电性能介于导体和绝缘体之间，半导体材料的电特性对其参杂元素的 含量和分布十分敏感，半导体材料使集成电路成为可能。 （3）生物材料
第四部分
非连续增强金属基复合材料研究进展
哈尔滨工业大学
本科生专业: 材料物理
材料科学与工程学院
材料物理与化学系
研究生学科: 材料物理与化学
材料科学与工程
材料科学系 建筑材料系
材料学
材料成形及控制工程
焊接技术与工程
材料工程系 材料物理与化学系
材料加工工程
主要研究方向:
• 金属材料，陶瓷材料，高分子材料，水泥材料。 • 复合材料，生物材料，纳米材料，薄膜材料，信息材料。 • 材料设计，材料合成，组织调控，材料改性。
对材料特性、材料组织与性能关系，材料成形技术的深刻了解，是 科学家和工程师在材料选择方面所做出正确抉择的必要条件。
材料的分类
• 按材料的化学组成和原子结构，固体材料可以分为： （1）金属材料
由金属元素组成的合金或化合物，其主要性能特点是：导电、导热、不透明，有金 属光泽，有较高的强度和变形能力，被广泛用于结构材料。 （2）陶瓷材料
• 材料科学：新材料的设计与制备；材料组织结构与性能的关系。
• 材料工程：改变材料的组织结构，使材料的性能满足工程需求；通过热加工实现材料的成形与连接。
• 材料科学与工程的四要素： 结构（Structure），工艺（Processing），性能（Properties），效能（performance） 成分（Composition）？
• 特种精密铸造，大块非晶制备，铸造过程数值模拟。 • 精密塑性成形，超塑成形，粉末成形，塑性成形数值模拟。 • 高效焊接方法及智能控制，焊接可靠性评价，表面改性技术。
报告主要内容
• 材料科学与工程概述 • 非连续增强增强铝基复合材料的研究 • 原位自生钛基复合材料研究 • 非连续增强铝基复合材料的应用介绍
例如：电子器械，计算机，光导纤维系统，液晶显示装置，航天和航空飞行器、 导弹等。 • 一般来说先进材料即包含经过改性的传统材料，也包含高性能新材料。 • 先进材料种类繁多，但一般价格比较昂贵。
当今材料的需求分析
• 核能工业对材料的需求：核燃料，核防护，核废料处理等。 • 交通运输业对材料的需求：交通工具的减重节能，大功率发动机，安全可靠等。 • 能源工业对材料的需求：风力能源，水利能源，太阳能，新型高效电池等。 • 环保工业对材料的需求：空气污染，水污染，废弃物降解，材料的再生和循环利用等。 • 航天航空对材料的需求：轻质高强材料，防热材料，隔热材料，屏蔽材料，吸波材料，
生物材料是内置于生物体内，用于修补或代替生病或被损坏的生物体组织、骨骼、 器官等，生物材料一般要求无毒并且与生物体的组织和血液有良好的相容性。
先进材料的范畴
• 在高技术方面应用的材料一般称为先进材料（Advanced materials）。 • 高技术是指以相对复杂和深奥的原理进行操作和发挥功效的装置或产品。
一、材料科学与工程概述
材料在人类社会发展中的重要性
• 材料在人类社会和人类文化的发展中起到了至关重要的作用，材料科学与工程的发展 影响到人类生活各个方面的进步：交通、通讯、住房、穿衣、饮食、娱乐，等等。
• 人类社会的发展与进步取决于Biblioteka Baidu类开发与制造材料的能力与水平。
• 早期的人类文明发展就是根据材料发展的水平作为标志的：石器时代，铜器时代， 铁器时代。
3 陶瓷功能梯度材料及构件
不锈钢Ni(Ni+ZrO2)的FGM样品
性能特点：耐高温, 耐磨。
CuNi-ZrO2的FGM样品
材料的应用举例
4 马氏体时效钢及构件
导弹陀螺仪内、外挠性接头
导弹梅花垫圈冷成形模， 提高寿命16倍
性能特点：b=1700-2500MPa, s=1600-2400MPa, HRC49-55, =17-9%, =45-55%, ak=50-70J/cm2
• 材料的结构：
结构
材料的结构泛指组成材料基本单元在三维空间的排列规律。
（1）亚原子尺度：单个原子内部电子的排布规律以及电子与原子核的交互作用。
（2）原子尺度：原子或分子在三维空间的排列规律。
（3）微观尺度：借助显微镜可以观察到的原子集团。
（4）宏观尺度：肉眼可以观察到的结构因素。
性能
工艺
• 材料的性能：
金属与非金属组成的化合物，通常有氧化物、氮化物和碳化物，还包含矿石、水泥 和玻璃。其主要性能特点是：导电和导热性差，耐高温，适用于苛刻环境，硬度高，韧 性低。 （3）高分子材料
主要包含塑料和橡胶，一般为由碳和氢以及其它非金属元素组成的有机化合物，分 子结构较大。其主要性能特点是：密度低，变形能力强。
效能
（1）材料的性能是指材料在外界环境因素作用下所表现出来的反映特性和反映大小。
（2）材料的性能是材料的固有本性，与材料的形状和尺寸无关。
• 材料科学与工程的基本研究内容：材料结构与材料性能之间的关系。
如何正确选择材料
对于很多应用科学领域（机械，建筑，化工，电子，等），设计与 材料密不可分。
正确选择材料的基本标准： （1）分析材料使用环境的特点和要求。 （2）了解材料在使用过程中的性能变化规律。 （3）考虑材料制备与成形中的难点和成本。
• 材料的发展是技术进步的基础和前提。
材料科学与工程的内涵
透波材料等。
材料的应用举例
1 金属基复合材料精密构件
性能特点：高强度，高刚度，低密度， 低热膨胀系数，高尺寸稳定性。
材料的应用举例
2 Ti3Al基合金航天结构件
发动机氧涡轮壳体零件
发动机氧涡轮壳体成形组件
性能特点：耐高温(>800C)、取代1Cr18Ni9Ti,减重40％, 适用于复杂结构件
材料的应用举例
• 其它三种重要的工程材料： （1）复合材料
由两种或两种以上种类物质构成的材料，各物质之间有界面分开，复合材料合可以 同时发挥各组成材料的性能优势，实现单一材料不能达到的性能要求。 （2）半导体材料
半导体材料的电性能介于导体和绝缘体之间，半导体材料的电特性对其参杂元素的 含量和分布十分敏感，半导体材料使集成电路成为可能。 （3）生物材料
第四部分
非连续增强金属基复合材料研究进展
哈尔滨工业大学
本科生专业: 材料物理
材料科学与工程学院
材料物理与化学系
研究生学科: 材料物理与化学
材料科学与工程
材料科学系 建筑材料系
材料学
材料成形及控制工程
焊接技术与工程
材料工程系 材料物理与化学系
材料加工工程
主要研究方向:
• 金属材料，陶瓷材料，高分子材料，水泥材料。 • 复合材料，生物材料，纳米材料，薄膜材料，信息材料。 • 材料设计，材料合成，组织调控，材料改性。
对材料特性、材料组织与性能关系，材料成形技术的深刻了解，是 科学家和工程师在材料选择方面所做出正确抉择的必要条件。
材料的分类
• 按材料的化学组成和原子结构，固体材料可以分为： （1）金属材料
由金属元素组成的合金或化合物，其主要性能特点是：导电、导热、不透明，有金 属光泽，有较高的强度和变形能力，被广泛用于结构材料。 （2）陶瓷材料
• 材料科学：新材料的设计与制备；材料组织结构与性能的关系。
• 材料工程：改变材料的组织结构，使材料的性能满足工程需求；通过热加工实现材料的成形与连接。
• 材料科学与工程的四要素： 结构（Structure），工艺（Processing），性能（Properties），效能（performance） 成分（Composition）？
• 特种精密铸造，大块非晶制备，铸造过程数值模拟。 • 精密塑性成形，超塑成形，粉末成形，塑性成形数值模拟。 • 高效焊接方法及智能控制，焊接可靠性评价，表面改性技术。
报告主要内容
• 材料科学与工程概述 • 非连续增强增强铝基复合材料的研究 • 原位自生钛基复合材料研究 • 非连续增强铝基复合材料的应用介绍
例如：电子器械，计算机，光导纤维系统，液晶显示装置，航天和航空飞行器、 导弹等。 • 一般来说先进材料即包含经过改性的传统材料，也包含高性能新材料。 • 先进材料种类繁多，但一般价格比较昂贵。
当今材料的需求分析
• 核能工业对材料的需求：核燃料，核防护，核废料处理等。 • 交通运输业对材料的需求：交通工具的减重节能，大功率发动机，安全可靠等。 • 能源工业对材料的需求：风力能源，水利能源，太阳能，新型高效电池等。 • 环保工业对材料的需求：空气污染，水污染，废弃物降解，材料的再生和循环利用等。 • 航天航空对材料的需求：轻质高强材料，防热材料，隔热材料，屏蔽材料，吸波材料，
生物材料是内置于生物体内，用于修补或代替生病或被损坏的生物体组织、骨骼、 器官等，生物材料一般要求无毒并且与生物体的组织和血液有良好的相容性。
先进材料的范畴
• 在高技术方面应用的材料一般称为先进材料（Advanced materials）。 • 高技术是指以相对复杂和深奥的原理进行操作和发挥功效的装置或产品。
一、材料科学与工程概述
材料在人类社会发展中的重要性
• 材料在人类社会和人类文化的发展中起到了至关重要的作用，材料科学与工程的发展 影响到人类生活各个方面的进步：交通、通讯、住房、穿衣、饮食、娱乐，等等。
• 人类社会的发展与进步取决于Biblioteka Baidu类开发与制造材料的能力与水平。
• 早期的人类文明发展就是根据材料发展的水平作为标志的：石器时代，铜器时代， 铁器时代。
3 陶瓷功能梯度材料及构件
不锈钢Ni(Ni+ZrO2)的FGM样品
性能特点：耐高温, 耐磨。
CuNi-ZrO2的FGM样品
材料的应用举例
4 马氏体时效钢及构件
导弹陀螺仪内、外挠性接头
导弹梅花垫圈冷成形模， 提高寿命16倍
性能特点：b=1700-2500MPa, s=1600-2400MPa, HRC49-55, =17-9%, =45-55%, ak=50-70J/cm2
• 材料的结构：
结构
材料的结构泛指组成材料基本单元在三维空间的排列规律。
（1）亚原子尺度：单个原子内部电子的排布规律以及电子与原子核的交互作用。
（2）原子尺度：原子或分子在三维空间的排列规律。
（3）微观尺度：借助显微镜可以观察到的原子集团。
（4）宏观尺度：肉眼可以观察到的结构因素。
性能
工艺
• 材料的性能：
金属与非金属组成的化合物，通常有氧化物、氮化物和碳化物，还包含矿石、水泥 和玻璃。其主要性能特点是：导电和导热性差，耐高温，适用于苛刻环境，硬度高，韧 性低。 （3）高分子材料
主要包含塑料和橡胶，一般为由碳和氢以及其它非金属元素组成的有机化合物，分 子结构较大。其主要性能特点是：密度低，变形能力强。
效能
（1）材料的性能是指材料在外界环境因素作用下所表现出来的反映特性和反映大小。
（2）材料的性能是材料的固有本性，与材料的形状和尺寸无关。
• 材料科学与工程的基本研究内容：材料结构与材料性能之间的关系。
如何正确选择材料
对于很多应用科学领域（机械，建筑，化工，电子，等），设计与 材料密不可分。
正确选择材料的基本标准： （1）分析材料使用环境的特点和要求。 （2）了解材料在使用过程中的性能变化规律。 （3）考虑材料制备与成形中的难点和成本。