复合材料PPT
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复合材料ppt课件
Pc 表示复合材料的某性能，如强度、弹性模量、密度、电导率、热 导率、热膨胀系数等；Pi 表示各组分材料的对应复合材料的某性能； V表示组成复合材料各组分的体积百分比（vol.%）；下标i表示组成 复合材料的组分数（包括基体、若干增强材料）。
第三章 例：
连续纤维单向增强复合材料，当只采用一种纤维增强时，复合材料 沿纤维方向的拉伸强度可以表示为：
除其优异性能外，复合材料还具有可设计性，可以根据 对材料的性能要求，在基体、增强材料的类型和含量上 进行选择，并进行适当的制备与加工。
第三章 3.5.2 复合材料复合原理
由于复合材料是由两种或两种以上不同的材料组分复合而 成的，除工艺因素外，基体和增强材料的性能必然影响复 合材料的性能。此外增强材料的形状、含量、分布以及与 基体的界面结合、结构也会影响复合材料的性能。
第三章
第三章
在民用工业如机械工业、交通运输、建筑工业以及生物医 学、体育等领域，由于3-73 玻璃钢建筑材料用于上海东方明珠电视塔大堂装潢(左) 复合材料(玻璃钢)制作的渔船 （右）
第三章
复合材料与基体材料相比具有以下优异的性能：
（1）比强度（强度/密度）和比模量（弹性模量/密度）高； （2）抗疲劳性能好； （3）高韧性和抗热冲击性，在PMC和CMC中尤为重要； （4）耐热性高； （5）减振性能好； （6）耐烧蚀性、耐磨损、导电和导热； （7）特殊的光、电、磁性能等。
第三章
颗粒增强复合材料的弹性模量与颗粒体积分量的关系
第三章
混合法则简明表达了复合材料的性能与基体、增强材料性能之间的 关系，但在应用混合法则对复合材料性能进行估算时，由于增强材 料的形状、长径比、分布以及基体与增强材料的结合等因素，还需 要对此进行一定的修正。
第三章 例：
连续纤维单向增强复合材料，当只采用一种纤维增强时，复合材料 沿纤维方向的拉伸强度可以表示为：
除其优异性能外，复合材料还具有可设计性，可以根据 对材料的性能要求，在基体、增强材料的类型和含量上 进行选择，并进行适当的制备与加工。
第三章 3.5.2 复合材料复合原理
由于复合材料是由两种或两种以上不同的材料组分复合而 成的，除工艺因素外，基体和增强材料的性能必然影响复 合材料的性能。此外增强材料的形状、含量、分布以及与 基体的界面结合、结构也会影响复合材料的性能。
第三章
第三章
在民用工业如机械工业、交通运输、建筑工业以及生物医 学、体育等领域，由于3-73 玻璃钢建筑材料用于上海东方明珠电视塔大堂装潢(左) 复合材料(玻璃钢)制作的渔船 （右）
第三章
复合材料与基体材料相比具有以下优异的性能：
（1）比强度（强度/密度）和比模量（弹性模量/密度）高； （2）抗疲劳性能好； （3）高韧性和抗热冲击性，在PMC和CMC中尤为重要； （4）耐热性高； （5）减振性能好； （6）耐烧蚀性、耐磨损、导电和导热； （7）特殊的光、电、磁性能等。
第三章
颗粒增强复合材料的弹性模量与颗粒体积分量的关系
第三章
混合法则简明表达了复合材料的性能与基体、增强材料性能之间的 关系，但在应用混合法则对复合材料性能进行估算时，由于增强材 料的形状、长径比、分布以及基体与增强材料的结合等因素，还需 要对此进行一定的修正。
材料表界面第八章-复合材料界面PPT课件
❖ 分子链中引入环氧基一般有两种方法，一种是由含 活泼氢的化合物如酚类、有机酸类、胺类与环氧氯 丙烷发生开环反应，然后在碱的作用下闭环，引入 环氧基：
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缩水甘油醚型环氧树脂
R - O H + C H 2 - C H - C H 2 C l O
R - O - C H 2 - C H - C H 2 C l O H
陶瓷基、水泥基、玻璃基
3
复合材料的特性
(1). 轻质高强
复合材料的密度低，在1.4～2.0之 间，约为钢的1/5，铝的1/2，因而 其比强度（抗张强度与密度的比）、 比模量（弹性模量与密度的比）比 钢、铝合金高，如高模量碳纤维/环 氧复合材料的比强度为钢的5倍，铝 合金的4倍。其比模量是钢、铝、钛 的4倍。轻质高强是复合材料适宜用 作航空、航天材料的宝贵性能。
缩水甘油胺型环氧树脂
R - O - C H 2 - C H - C H 2 O
R - N H 2 + C H 2 - C H - C H 2 C l O
R - N H - C H 2 - C H - C H 2 C l O H
R - N H - C H 2 - C H - C H 2 O
O
O
C O HC= C O CH HC=C
调节饱和二元酸和不饱和二元酸的比例，可以控制不饱和聚酯中双键的含量
然后，在引发剂的存在下，不饱和聚酯中的双键与苯乙烯 发生自由基共聚反应，交联成三元网状结构
O CO
O HC-CHCO
HC-CH
CH-Ph
CH-Ph
CH
O
n
O
CH n
CO
HC-CHCO
HC-CH
第8章 复合材料的界面
16
缩水甘油醚型环氧树脂
R - O H + C H 2 - C H - C H 2 C l O
R - O - C H 2 - C H - C H 2 C l O H
陶瓷基、水泥基、玻璃基
3
复合材料的特性
(1). 轻质高强
复合材料的密度低，在1.4～2.0之 间，约为钢的1/5，铝的1/2，因而 其比强度（抗张强度与密度的比）、 比模量（弹性模量与密度的比）比 钢、铝合金高，如高模量碳纤维/环 氧复合材料的比强度为钢的5倍，铝 合金的4倍。其比模量是钢、铝、钛 的4倍。轻质高强是复合材料适宜用 作航空、航天材料的宝贵性能。
缩水甘油胺型环氧树脂
R - O - C H 2 - C H - C H 2 O
R - N H 2 + C H 2 - C H - C H 2 C l O
R - N H - C H 2 - C H - C H 2 C l O H
R - N H - C H 2 - C H - C H 2 O
O
O
C O HC= C O CH HC=C
调节饱和二元酸和不饱和二元酸的比例，可以控制不饱和聚酯中双键的含量
然后，在引发剂的存在下，不饱和聚酯中的双键与苯乙烯 发生自由基共聚反应，交联成三元网状结构
O CO
O HC-CHCO
HC-CH
CH-Ph
CH-Ph
CH
O
n
O
CH n
CO
HC-CHCO
HC-CH
第8章 复合材料的界面
复合材料应用PPT课件
基体材料增强材料金属基复合材料聚合物基复合材料无机非金属基复合材料种类外形碳纤维复合材料玻璃纤维复合材料芳纶纤维复合材料连续纤维短纤维复合材料片状粒状材料增强复合材料金属基复合材料一方面具有一系列与金属性能相似的优点另一方面增强相的加入又赋予材料一些特殊性能这样不同金属与合金基体及不同增强体的优化组合就使金属基复合材料具有各种特殊性能和优异的综合性能
石墨烯/铜 复合材料
石墨烯/银 复合材料
石墨烯是目前发现的唯一存在的一种由碳原子致密堆积而成的二维蜂窝状晶格结构的环 保型碳质新材料,具有超大比表面积(2630 m 2/g),是目前已知强度最高的材料(达130 gpa)。
美国科学家研发了一 种全新的金属材料，能够 漂浮在水面上。在设计上， 这种镁合金基复合材料利 用中空碳化硅颗粒进行加 固，密度只有每立方厘米 0.92克，相比之下，水的 密度为每立方厘米1克。 无论是制造船只甲板、汽 车零部件、浮力模块还是 车辆装甲，这种新材料都 拥有广阔的应用前景
应力工ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ下的耐高温材料。
陶瓷基复合材料（CMC）由于其本身耐温高、密度低的优势，在航空发动机上的应用 呈现出从低温向高温、从冷端向热端部件、从静子向转子的发展趋势。 CMC材料具有耐温 高、密度低、类似金属的断裂行为、对裂纹不敏感、不发生灾难性损毁等优异性能，有望取 代高温合金满足热端部件在更高温度环境下的使用，不仅有利于大幅减重，而且还可以节约 甚至无须冷气，从而提高总压比，实现在高温合金耐温基础上进一步提升工作温度400～ 500℃，结构减重50%～70%，成为航空发动机升级换代的关键热结构用材。
树脂基复合材料在国外先进航空发动机冷端上的主要应用部位
树脂基复合材料在短舱的主要应用部位
树脂基复合材料由于其优异的比强度和比刚度，最初应用于航空航 天领域，目前正在快速商业化到其他行业,如汽车和体育用品行业。树 脂基复合材料通过成分设计和结构设计，实现特殊应用，这种功能定制 设计能实现许多其他功能，如电、热、光和/或磁性性能。MGI列出了 树脂基复合材料的9个重点发展方向。
石墨烯/铜 复合材料
石墨烯/银 复合材料
石墨烯是目前发现的唯一存在的一种由碳原子致密堆积而成的二维蜂窝状晶格结构的环 保型碳质新材料,具有超大比表面积(2630 m 2/g),是目前已知强度最高的材料(达130 gpa)。
美国科学家研发了一 种全新的金属材料，能够 漂浮在水面上。在设计上， 这种镁合金基复合材料利 用中空碳化硅颗粒进行加 固，密度只有每立方厘米 0.92克，相比之下，水的 密度为每立方厘米1克。 无论是制造船只甲板、汽 车零部件、浮力模块还是 车辆装甲，这种新材料都 拥有广阔的应用前景
应力工ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ下的耐高温材料。
陶瓷基复合材料（CMC）由于其本身耐温高、密度低的优势，在航空发动机上的应用 呈现出从低温向高温、从冷端向热端部件、从静子向转子的发展趋势。 CMC材料具有耐温 高、密度低、类似金属的断裂行为、对裂纹不敏感、不发生灾难性损毁等优异性能，有望取 代高温合金满足热端部件在更高温度环境下的使用，不仅有利于大幅减重，而且还可以节约 甚至无须冷气，从而提高总压比，实现在高温合金耐温基础上进一步提升工作温度400～ 500℃，结构减重50%～70%，成为航空发动机升级换代的关键热结构用材。
树脂基复合材料在国外先进航空发动机冷端上的主要应用部位
树脂基复合材料在短舱的主要应用部位
树脂基复合材料由于其优异的比强度和比刚度，最初应用于航空航 天领域，目前正在快速商业化到其他行业,如汽车和体育用品行业。树 脂基复合材料通过成分设计和结构设计，实现特殊应用，这种功能定制 设计能实现许多其他功能，如电、热、光和/或磁性性能。MGI列出了 树脂基复合材料的9个重点发展方向。
复合材料力学性能ppt课件
低分子是瞬变过程
（10-9 ～ 10-10 秒）
各种运动单元的运动需要 克服内摩擦阻力，不可能
瞬时完成。
高分子是松弛过程
运动单元多重性：
键长、键角、侧基、支链、 链节、链段、分子链
需要时间
（ 10-1 ～ 10+4 秒）
.
8
Tg 粘流态
Tf
Td
Tf ～ Td
分解温 度
（1）分子运动机制：整链分子产生相对位移
应变硬化
E D A
D A
O A
B
y
图2.4 非晶态聚合物的应力. -应变曲线（玻璃态）
20
2.2 高分子材料的力学性能
.
21
2.2 高分子材料的力学性能
序号 类型
1
2
硬而脆 硬而强
3 强而韧
4 软而韧
5 软而弱
曲线
模量
高
高
高
低
低
拉伸强度
中
高
高
中
低
断裂伸长率 小
中
大
很大
中
断裂能
小
中
大
大
小
F
F
A0
一点弯曲
三点弯曲
均匀压缩 体积形变 压缩应变
F
扭转
F
.
17
2.2 高分子材料的力学性能
应力-应变曲线 Stress-strain curve
标准哑 铃型试
样
实验条件：一定拉伸速率和温度
.
电子万能材料试验机
18
2.2 高分子材料的力学性能
图2.3 高分子材料三种典型的应力-应变曲线
.
19
材料导论第十四章复合材料ppt课件
混凝土＝水泥+砂+石
复合材料的种类
金属基
陶瓷基
按基体相分
聚合物基
水泥基
复 合 材
按增强相 的形态分
颗粒增强 纤维增强 晶须增强
碳纤维 玻璃纤维 有机纤维
复合纤维
料
编织物增强
按用途分
结构复合材料 承受载荷，作为承力结构使用
功能复合材料
电、磁、光、热、声、摩 擦、阻尼、化学分离性能
复合材料的特点
多相: 至少两相 复合效应：不仅保留了原组成材料的特色，而且
3、石墨/镁复合材料
这种材料密度低、线膨胀系数为零，尺寸的稳定性好，是金属基复合材料中具 有最高比强度和比弹性模量的复合材料。可在石墨纤维表面沉积TiB2，提高石 墨纤维的润湿性。
金属基复合材料
长纤维增强金属基复合材料
4、碳化硅/钛复合材料
碳化硅纤维比强度高、比模量高，高温强度高，耐热、耐氧化，与金属的反 应小，润湿性好。
主要应用于飞机发动机部件和涡轮叶片以及火箭发动机箱体材料。
5、氧化铝/铝复合材料
氧化铝纤维在氧化气氛中稳定，能在高温下保持其强度、刚度， 且硬度高，耐磨性好。这种复合材料具有高强度和高刚度，可用于 汽车发动机活塞和其他发动机零件。
金属基复合材料
1、氧化铝/铝复合材料
短纤维/晶须增强金属基复合材料 2、碳化硅/铝复合材料 3、氧化铝/镍复合材料
突出特点
性树脂基体—热塑性玻璃钢。
密度低：1.6～2.0g/cm3；
比强度高：较最高强度的合金钢还高3倍；
耐烧蚀
耐腐蚀
应用
航空航天工业：如雷达罩、机舱门、燃料箱、行李架和地板等。 火箭：发动机壳体、喷管。 汽车工业：如汽车车身、保险杠、车门、挡泥板、灯罩、内部装饰件等。 石油化工工业：如玻璃钢贮罐、容器、管道、洗涤器、冷却塔等
复合材料的种类
金属基
陶瓷基
按基体相分
聚合物基
水泥基
复 合 材
按增强相 的形态分
颗粒增强 纤维增强 晶须增强
碳纤维 玻璃纤维 有机纤维
复合纤维
料
编织物增强
按用途分
结构复合材料 承受载荷，作为承力结构使用
功能复合材料
电、磁、光、热、声、摩 擦、阻尼、化学分离性能
复合材料的特点
多相: 至少两相 复合效应：不仅保留了原组成材料的特色，而且
3、石墨/镁复合材料
这种材料密度低、线膨胀系数为零，尺寸的稳定性好，是金属基复合材料中具 有最高比强度和比弹性模量的复合材料。可在石墨纤维表面沉积TiB2，提高石 墨纤维的润湿性。
金属基复合材料
长纤维增强金属基复合材料
4、碳化硅/钛复合材料
碳化硅纤维比强度高、比模量高，高温强度高，耐热、耐氧化，与金属的反 应小，润湿性好。
主要应用于飞机发动机部件和涡轮叶片以及火箭发动机箱体材料。
5、氧化铝/铝复合材料
氧化铝纤维在氧化气氛中稳定，能在高温下保持其强度、刚度， 且硬度高，耐磨性好。这种复合材料具有高强度和高刚度，可用于 汽车发动机活塞和其他发动机零件。
金属基复合材料
1、氧化铝/铝复合材料
短纤维/晶须增强金属基复合材料 2、碳化硅/铝复合材料 3、氧化铝/镍复合材料
突出特点
性树脂基体—热塑性玻璃钢。
密度低：1.6～2.0g/cm3；
比强度高：较最高强度的合金钢还高3倍；
耐烧蚀
耐腐蚀
应用
航空航天工业：如雷达罩、机舱门、燃料箱、行李架和地板等。 火箭：发动机壳体、喷管。 汽车工业：如汽车车身、保险杠、车门、挡泥板、灯罩、内部装饰件等。 石油化工工业：如玻璃钢贮罐、容器、管道、洗涤器、冷却塔等
【大学课件】复合材料PPT
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28
③ 基体金属与增强物的相容性
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。
• 仿照骨骼的组织特点，人们制造了类似结构的风力发电机和 直升飞机的旋翼，外层是刚度、强度高的碳纤维复合材料， 中层是玻璃纤维增强复合材料、内层是硬泡沫塑料。
.
20
9.3 复合材料的基体材料
复合材料的原材料： • 基体材料
– 金属材料 – 陶瓷材料 – 聚合物材料
• 增强材料
– 纤维 – 晶须 – 颗粒
则、增韧机制和界面作用； • 了解复合材料的成型工艺。
.
3
参考书目
• 王荣国 主编，复合材料概论，哈尔滨工业大学 出版社，1999
• 闻荻江主编，复合材料原理，武汉理工大学出 版社，1998
• 鲁云，先进复合材料，机械工业出版社，2004 • ASM International, Engineered materials
– 基体主要是镍基、铁基耐热合金和金属间化合物。较成熟 的是镍基、铁基高温合金，金属间化合物基复合材料尚处 于研究阶段。
.
31
9.3.1.3 功能用金属基复合材料的基体
• 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。
Chapter 9 Composites
复合材料
.
1
本章内容
1. 复合材料概述 2. 复合材料分类 3. 复合材料的基体 4. 复合材料的增强相 5. 复合材料的复合原理 6. 复合材料的成型工艺
《复合材料的特性》课件
详细描述
复合材料是由两种或多种材料组合而成的，这些材料可以是金属、非金属、有机或无机材料，通过一定的工艺技 术，如挤压、铸造、热压等，将它们结合在一起，形成一个整体。这个整体具有各组分材料所不具备的特性，从 而满足各种不同的需求。
分类
要点一
总结词
复合材料可以根据不同的分类标准进行分类，如按组分类 型、形态、制造工艺等。
声学性能
通过调整复合材料的结构和组成，可 以控制其声学性能，如隔音、吸音效 果。
化学性能
耐腐蚀性
环境适应性
复合材料中的基体和纤维对各种化学环境 有很好的耐受性，不易被腐蚀。
某些复合材料能在极端环境中保持稳定， 如高温、高压、高湿或强辐射环境。
良好的密封性
可设计性强
复合材料的结构特性使其具有很好的气密 性和水密性，适用于需要密封的场合。
高性能化
随着科技的不断进步，对复合材料性能的要求也越来越高，高性能 复合材料将得到更广泛的应用。
智能化
随着物联网、传感器等技术的不断发展，复合材料将逐渐实现智能 化，提高其使用效率和安全性。
技术挑战
01
02
03
制造技术
复合材料的制造技术要求 高，需要精确控制各组分 的比例和分布，提高制造 效率和质量。
聚合物基复合材料的生产工艺主要包 括手糊成型、喷射成型、层压成型、 模压成型等。
喷射成型是通过将树脂和增强材料混 合后，通过喷枪喷射到模具表面，快 速固化形成复合材料制品。
金属基复合材料工艺
金属基复合材料是以金属或其 合金为基体，以纤维、晶须、 颗粒等为增强剂，通过复合工
艺制备而成的材料。
金属基复合材料的生产工艺主 要包括铸造、粉末冶金、扩散
可以根据特定的化学环境需求，设计复合 材料的组成和结构，以满足各种应用需求 。
复合材料是由两种或多种材料组合而成的，这些材料可以是金属、非金属、有机或无机材料，通过一定的工艺技 术，如挤压、铸造、热压等，将它们结合在一起，形成一个整体。这个整体具有各组分材料所不具备的特性，从 而满足各种不同的需求。
分类
要点一
总结词
复合材料可以根据不同的分类标准进行分类，如按组分类 型、形态、制造工艺等。
声学性能
通过调整复合材料的结构和组成，可 以控制其声学性能，如隔音、吸音效 果。
化学性能
耐腐蚀性
环境适应性
复合材料中的基体和纤维对各种化学环境 有很好的耐受性，不易被腐蚀。
某些复合材料能在极端环境中保持稳定， 如高温、高压、高湿或强辐射环境。
良好的密封性
可设计性强
复合材料的结构特性使其具有很好的气密 性和水密性，适用于需要密封的场合。
高性能化
随着科技的不断进步，对复合材料性能的要求也越来越高，高性能 复合材料将得到更广泛的应用。
智能化
随着物联网、传感器等技术的不断发展，复合材料将逐渐实现智能 化，提高其使用效率和安全性。
技术挑战
01
02
03
制造技术
复合材料的制造技术要求 高，需要精确控制各组分 的比例和分布，提高制造 效率和质量。
聚合物基复合材料的生产工艺主要包 括手糊成型、喷射成型、层压成型、 模压成型等。
喷射成型是通过将树脂和增强材料混 合后，通过喷枪喷射到模具表面，快 速固化形成复合材料制品。
金属基复合材料工艺
金属基复合材料是以金属或其 合金为基体，以纤维、晶须、 颗粒等为增强剂，通过复合工
艺制备而成的材料。
金属基复合材料的生产工艺主 要包括铸造、粉末冶金、扩散
可以根据特定的化学环境需求，设计复合 材料的组成和结构，以满足各种应用需求 。
《复合材料》PPT课件
优异的抗疲劳性能
复合材料能够抵抗循环载荷作用下的疲劳破坏，具有较长的疲劳寿命， 适用于承受交变应力的结构件。
03
良好的减震性能
复合材料具有较好的阻尼性能，能够吸收和分散振动能量，降低结构的
振动和噪音水平。
物理性能
耐高低温性能
复合材料能够在极端温度环境下保持稳定的性能，适用于高温或低 温工作条件。
良好的电绝缘性能
模压成型
缠绕成型
将预浸料或预混料放入模具中，在加热和加 压的条件下使其固化成型。
将浸渍过树脂的连续纤维或布带按照一定规 律缠绕到芯模上，然后固化脱模。
后处理与加工技术
热处理
通过加热或冷却的方式改善复合 材料的性能，如消除内应力、提
高强度等。
表面处理
对复合材料表面进行打磨、喷涂 等处理，以提高其外观质量和耐 腐蚀性。
原材料的预处理
对增强材料和基体材料进行清洗、干燥、筛分等 预处理，以确保原材料的质量和性能。
成型工艺方法
手糊成型
喷射成型
在模具上涂刷脱模剂，然后铺贴一层基体材 料，再涂刷一层树脂，如此反复直至达到所 需厚度，最后固化脱模。
将树脂和增强材料分别通过喷嘴喷射到模具 上，通过调整喷射参数控制复合材料的厚度 和性能。
大多数复合材料具有优异的电绝缘性能，可用于电气设备和电子器 件的绝缘材料。
多样化的热性能
通过调整复合材料的组分和结构设计，可以实现不同的热性能要求， 如耐热性、隔热性或导热性等。
化学性能
耐腐蚀性
复合材料能够抵抗多种化学物质 的侵蚀，包括酸、碱、盐等，适 用于腐蚀性环境下的应用。
耐候性
复合材料能够抵抗紫外线、氧化、 潮湿等自然环境因素的影响，长 期保持稳定的性能。
复合材料能够抵抗循环载荷作用下的疲劳破坏，具有较长的疲劳寿命， 适用于承受交变应力的结构件。
03
良好的减震性能
复合材料具有较好的阻尼性能，能够吸收和分散振动能量，降低结构的
振动和噪音水平。
物理性能
耐高低温性能
复合材料能够在极端温度环境下保持稳定的性能，适用于高温或低 温工作条件。
良好的电绝缘性能
模压成型
缠绕成型
将预浸料或预混料放入模具中，在加热和加 压的条件下使其固化成型。
将浸渍过树脂的连续纤维或布带按照一定规 律缠绕到芯模上，然后固化脱模。
后处理与加工技术
热处理
通过加热或冷却的方式改善复合 材料的性能，如消除内应力、提
高强度等。
表面处理
对复合材料表面进行打磨、喷涂 等处理，以提高其外观质量和耐 腐蚀性。
原材料的预处理
对增强材料和基体材料进行清洗、干燥、筛分等 预处理，以确保原材料的质量和性能。
成型工艺方法
手糊成型
喷射成型
在模具上涂刷脱模剂，然后铺贴一层基体材 料，再涂刷一层树脂，如此反复直至达到所 需厚度，最后固化脱模。
将树脂和增强材料分别通过喷嘴喷射到模具 上，通过调整喷射参数控制复合材料的厚度 和性能。
大多数复合材料具有优异的电绝缘性能，可用于电气设备和电子器 件的绝缘材料。
多样化的热性能
通过调整复合材料的组分和结构设计，可以实现不同的热性能要求， 如耐热性、隔热性或导热性等。
化学性能
耐腐蚀性
复合材料能够抵抗多种化学物质 的侵蚀，包括酸、碱、盐等，适 用于腐蚀性环境下的应用。
耐候性
复合材料能够抵抗紫外线、氧化、 潮湿等自然环境因素的影响，长 期保持稳定的性能。
《复合材料原理》PPT课件
的树脂(如乙烯基酯树脂)为基体； 对于碱性介质：宜采用无碱玻璃纤维为增强体和耐碱性
良好的树脂(如胺固化环氧树脂)。
.
15
复合材料特性：
.
16
抗拉强度与密度 之比 比强度高的材料 能承受高的应力
弹性模量与密度之 比 比模量高说明材料 轻而且刚性大
.
17
疲劳破坏的种类不同： 金属： 突发性破坏 疲劳强度极 限是其拉伸强度的30%~50% 聚合物基复合材料： 有预兆破坏 极限为拉伸强度的70%~80%
.
20
(1) 密度低 ； (2) 耐腐蚀； (3) 易氧化、老化； (4) 聚合物的耐热性通常较差； (5) 易燃； (6) 低的摩擦系数； (7) 低的导热性和高的热膨胀性； (8) 极佳的电绝缘性和静电积累； (9) 聚合物可以整体着色而制得带色制品。 (10) 聚合物的一些力学性能随其分子结构的改变而变化。
复合材料原理
.
1
主要内容
1、绪论 2、复合材料的复合效应 3、复合材料的界面状态解析 4、复合体系的界面结合特性 5、复合体系的典型界面反应 6、复合材料的界面处理技术
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2
7、复合材料物理和化学性能的复合规律 8 、结构复合材复合材料的起源：
.
4
二、复合材料的定义
和聚芳酰胺纤维等高模量纤维为增强剂；
☼ 4、金属、陶瓷基复合材料：上世纪70年代则又出现以
金属、陶瓷等为基体材料的复合材料。
.
7
四、复合材料的分类：
1、无机非金属基复合材料 2、聚合物基复合材料 3、金属基复合材料
基体材料不同
.
8
4.1 复合材料中的材料设计和结构设计
工程应用的角度
结构复合材料
良好的树脂(如胺固化环氧树脂)。
.
15
复合材料特性：
.
16
抗拉强度与密度 之比 比强度高的材料 能承受高的应力
弹性模量与密度之 比 比模量高说明材料 轻而且刚性大
.
17
疲劳破坏的种类不同： 金属： 突发性破坏 疲劳强度极 限是其拉伸强度的30%~50% 聚合物基复合材料： 有预兆破坏 极限为拉伸强度的70%~80%
.
20
(1) 密度低 ； (2) 耐腐蚀； (3) 易氧化、老化； (4) 聚合物的耐热性通常较差； (5) 易燃； (6) 低的摩擦系数； (7) 低的导热性和高的热膨胀性； (8) 极佳的电绝缘性和静电积累； (9) 聚合物可以整体着色而制得带色制品。 (10) 聚合物的一些力学性能随其分子结构的改变而变化。
复合材料原理
.
1
主要内容
1、绪论 2、复合材料的复合效应 3、复合材料的界面状态解析 4、复合体系的界面结合特性 5、复合体系的典型界面反应 6、复合材料的界面处理技术
.
2
7、复合材料物理和化学性能的复合规律 8 、结构复合材复合材料的起源：
.
4
二、复合材料的定义
和聚芳酰胺纤维等高模量纤维为增强剂；
☼ 4、金属、陶瓷基复合材料：上世纪70年代则又出现以
金属、陶瓷等为基体材料的复合材料。
.
7
四、复合材料的分类：
1、无机非金属基复合材料 2、聚合物基复合材料 3、金属基复合材料
基体材料不同
.
8
4.1 复合材料中的材料设计和结构设计
工程应用的角度
结构复合材料
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。
复合材料概论第2章--复合材料的基体材料ppt课件
常见的陶瓷基体有：微晶玻璃、氧化物陶瓷、 非氧化物陶瓷等。
.
31
1 微晶玻璃
微晶玻璃是通过加入晶核剂等方法，经过热处理过程在玻璃中 形成晶核，再使晶核长大而形成的玻璃与晶体共存的均匀多晶 材料，又称为玻璃陶瓷。
微晶玻璃的结构与性能与陶瓷、玻璃均不同，其性质是由晶相 的矿物组成与玻璃相的化学组成以及它们的数量决定的，集中 了玻璃与陶瓷的特点。
碳化硼属于六方晶系。重量轻，硬度高（50GPa， 仅次于金刚石），耐磨性好，热稳定性好，耐酸。耐 碱性。可用作喷砂嘴，切削工具，高温热交换器、轻 型装甲陶瓷等。
B4C粉末一般用适量的碳还原氧化硼制得： B2O3+C→B4C
B4C陶瓷难以烧结，原因是烧成温度范围窄，温度 过低，烧结不致密，温度太高易导致B4C分解。
化性能，并且要施工简单，有良好的工艺性能。
.
45
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。(为什么要用交联剂？常用的交联剂，p25)
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。 （临界温度和半衰期，常用的引发剂，p26）
.
42
碳化硼和碳化钛陶瓷 —碳化钛陶瓷
碳化钛结晶为面心立方晶格（NaCl型)。晶格常数为 0.4319nm，密度为4.93～4.9 g·cm-3 ，熔点为3160～ 3250℃，1.15K时TiC呈现超导特性，TiC莫氏硬度9～ 10，弹性模量322MPa，可用作耐磨材料。 TiC粉末制 取方法：
.
31
1 微晶玻璃
微晶玻璃是通过加入晶核剂等方法，经过热处理过程在玻璃中 形成晶核，再使晶核长大而形成的玻璃与晶体共存的均匀多晶 材料，又称为玻璃陶瓷。
微晶玻璃的结构与性能与陶瓷、玻璃均不同，其性质是由晶相 的矿物组成与玻璃相的化学组成以及它们的数量决定的，集中 了玻璃与陶瓷的特点。
碳化硼属于六方晶系。重量轻，硬度高（50GPa， 仅次于金刚石），耐磨性好，热稳定性好，耐酸。耐 碱性。可用作喷砂嘴，切削工具，高温热交换器、轻 型装甲陶瓷等。
B4C粉末一般用适量的碳还原氧化硼制得： B2O3+C→B4C
B4C陶瓷难以烧结，原因是烧成温度范围窄，温度 过低，烧结不致密，温度太高易导致B4C分解。
化性能，并且要施工简单，有良好的工艺性能。
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45
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。(为什么要用交联剂？常用的交联剂，p25)
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。 （临界温度和半衰期，常用的引发剂，p26）
.
42
碳化硼和碳化钛陶瓷 —碳化钛陶瓷
碳化钛结晶为面心立方晶格（NaCl型)。晶格常数为 0.4319nm，密度为4.93～4.9 g·cm-3 ，熔点为3160～ 3250℃，1.15K时TiC呈现超导特性，TiC莫氏硬度9～ 10，弹性模量322MPa，可用作耐磨材料。 TiC粉末制 取方法：
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总论 复合材料的基体材料 复合材料的增强材料 复合材料的界面 聚合物基复合材料 金属基复合材料 碳/碳复合材料
第一章
总 论
1.1 发展概况
1.2 复合材料定义、命名 和分类 1.3 复合材料的基本性能
第一章 总 论
1.1 发展概况
材料发展历史： 石器、铜器、铁器时代等 实现生产、科学目的： 新材料研究 材料科学历史： 四十多年
问 题： （1）复合产物能否为液体或气体？ （2）复合材料是不是只能是一个
连续相与一个分散相的复合？
1.2.2 命名
例：玻璃纤维增强树脂基复合材料命名
玻璃钢 玻纤增强塑料、玻璃塑料、玻璃布 层压板、玻璃纤维复合材料
命名原则：
增强材料+基体材料+复合材料
例：碳纤维环氧树脂复合材料 书写： 碳/环氧复合材料
亚短钢纤维（长度40—60mm) 短钢纤维（长度20—35mm) 超短钢纤维（长度＜15mm)
横截面形状：圆形、矩形截面 钢纤维主要品种：不锈钢、低碳钢
图 15
高架桥
1.3.6 三种复合材料性能比较 （1）使用温度、硬度 使用温度： CMC >MMC > PMC 硬 度: CMC >MMC > PMC
纤维增强树脂基复合材料：
● 基体强韧性降低裂纹扩展速度 ● 纤维对裂纹阻隔作用，使裂纹 尖端变纯或改变方向
裂纹扩展路径曲折、复杂
图12 三种材料疲劳性能比较
1—碳纤维复合材料
3—铝合金
2—玻璃钢
金属疲劳强度=20—50%抗张强度
碳纤维复合材料疲劳强度=
70—80%抗张强度
（3）减振性能好 影响自振频率因素：
1.3.2 聚合物基复合材料及主要性能
英文：Polymer Matrix Composites 简称：PMC （1）比强度、比模量大 比强度= 抗拉强度/密度 比模量= 弹性模量/密度
例： 金属制成的飞机最高时速约 3000Km/hr，最高飞行高度约30Km， 最大飞行距离约2万Km。如果重量减
普通陶瓷
陶瓷
天然材料 传统陶瓷 人工合成材料 精细陶瓷、高级陶瓷
特种陶瓷
普通陶瓷材料：粘土 精细陶瓷材料：
氧化物、氮化物、碳化物、硅化 物、硼化物
特种陶瓷主要优点：
化学稳定性、耐高温性、耐磨
损性、高熔点、高硬度
主要使用场合：高温、腐蚀、幅射 特种陶瓷主要缺点：
脆性大、韧性低、抗热震性能差
主要缺陷:
晶须
CM基体发展历史：
树脂基
金属基
无机非 金属基
第二代 先进CM 第三代
高级CM、高性能CM
第二代复合材料特点：
高比强度、比刚度、耐热
第三代复合材料特点：
耐热、高韧性、多功能
应用：
快餐桌椅、公园椅、垃圾桶、垃圾车、 移动厕所，儿童游乐设施、篮球架、篮球 板、乒乓球台、台球桌、健身器材、塑胶 跑道、球场及场地设施，花盆、喷泉、浮 雕、圆雕、罗马柱 、防腐池槽、电镀槽、 防腐地面、抗静电、净化地面及各式防腐 工程、游船、保安亭、水箱、机器外壳， 设备外壳、马达外壳、风机外壳
（2）性能具有可设计性
改变材料的组分、结构、工艺
方法、工艺参数等调节材料的性
能
（3）材料与构件制造的一致性 CM材料 CM构件
意义： 减少零件数目，避免接头过多 ， 降低应力集中；减轻质量，减少制 造工序和加工量，降低成本
一次成型： 根据构件形状设计模具，再根 据铺层设计铺设增强体，使基体 材料与增强体组合、固结后获得 复合材料构件的制造过程。
尖端科学技术对材料要求：
减轻重量、提高强度、降低成本
单一材料是否满足以上全部要求?
复合材料： 英文：Composite Material
简称：CM
复合材料历史:
早期CM 稻草+泥巴、钢筋混凝土 通用CM 现代CM 先进CM
第三代：聚酰亚胺、 第一代：GFRP 第二代：BFRP、 CFRP、KFRP
增强材料:
无机非金属——陶瓷、碳、石墨、 硼纤维 金属丝——W、Mo、Al、不锈钢
主要性能：
（1）高比强度、高比模量 在纤维增强金属基复合材料中， MMC的比强度、比模量明显优于金
属材料
（2）导热、导电性能好 可使局部的高温热源和集中电荷 很好扩散消除
（3）热膨胀系数小，尺寸稳定性好 使用α小的材料不会因温度差造 成变形 （4）良好的高温性能 对温度变化和热冲击的敏感性低
图 14 SS-n-15反潜导弹
例：法国将长纤维增强碳化硅复合材
料应用于制作超高速列车的制动件，
具有传统的制动件所无法比拟的优异 的磨擦磨损特性，取得了满意的应用 效果。
1.3.5 水泥基复合材料 水泥基复合材料： 以混凝土或水泥砂浆为基体，掺
入纤维形成的复合材料
又称为纤维水泥、纤维混凝土
钢纤维：
例1： BF/Ep在室温时具有比金属基复 合材料更高的比强度，但在约150 ℃ 时的比强度已显著下降。而 BF/Al在 400℃下仍有较高的比强度。
例2：BF/Al和其基体材料相比，使
用温度可提高100℃以上。BF/Al可
以在350—400℃工作，而铝在316℃
时其比强度损失达70%以上。
（5）耐磨性好
二次加工： 构件的连接；机械切削加工 及坯件的进一步塑性变形
1.3.1.2 复合材料的不足
（1）增强体和基体可供选择的范围有限; （2）工艺比较复杂，质量重复性不能 完全保证; （3）成本较高
复合材料的最大特点：
性能可设计性
例：玻纤/不饱和聚酯复合材料性能变化 密度：1.4—2.2g/cm3 拉伸强度：70—350MPa
材料结构、形状、比模量
自振频率∝ 比模量½ 减振性能好原因： ① 自振频率高，不容易出现因共振 而快速脆断的现象;
② 振动阻尼性强 非均质多相体系 纤维与基 体界面
反射、吸收 振动能量
振动阻尼强 振动很快衰减
图13 钢、碳纤维增强复合材料的振动 衰振特性比较 1—碳纤维增强复合材料; 2 —钢
对相同形状和尺寸的梁进行停止
FRP：纤维增强热固性树脂复合材料
结构材料
FRTP：纤维增强热塑性树脂复合材料
功能材料
一般树脂基复合材料使用温度： T：60—250℃ 聚酰亚胺树脂（PI）基复合材料使用温度： T > 250℃
树脂基复合材料主要缺点：
耐热性、老化、变质、传热性、 尺寸稳定性较差
1.3.3 金属基复合材料及主要性能 英文：Metal Matrix Composite 简称：MMC 定义：以金属及其合金为基体， 与一种或几种金属或非金属增强相 人工结合成的复合材料
一次结构、二次结构、三次结构
（2）复合材料设计
单层材料设计、铺层设计、结构设计
（3）复合材料与常规材料的区别
各向异性、非均质性
单层板参数：弹性模量、强度、热 膨胀系数、导热率等是方向的函数
L
T
L—T坐标系
图15 层板方向
第二章
复合材料的基体材料
2.1 金属材料 航空航天技术对材料的要求:
高韧性、导电、导热、耐高温、 耐磨
裂纹、空隙、杂质
碎裂
制备CMC主要目的之一：
提高陶瓷的韧性
制约CMC发展的主要因素： （1）高温增强材料出现较晚、品种缺少； （2）高温制备工艺较复杂；陶瓷基体与
增强材料的热膨胀系数的差异，易产生热
应力
（3）成本昂贵
CMC应用：
刀具、滑动构件、发动机制件、 能源构件、导弹头锥、火箭喷管、 航天飞机结构件
碳纤维复合材料 环氧树脂复合材料
例： Cf / Al、 CF / Al
碳 /碳复合材料
1.2.3 分类 （1）按性能高低 ① 通用复合材料 ② 先进复合材料
（2）按增强材料形态 ① 连续纤维复合材料 ② 短纤维复合材料 ③ 粒状或碎片状复合材料 ④ 编织复合材料
（3）按增强纤维种类
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
纯镁：d=1.74
复合材料： BF/Al、BF/Mg、CF/Al、CF/Mg
例1: 用高强度、高模量硼纤维增强铝 基复合材料（BF/Al）取代铝合金，做 成航天飞机主仓框架、支柱，可使重
（60—70年代）
图1 玻璃钢瓦
图2 玻璃钢雨棚
图3 玻璃钢警示牌
图4 方结圆形灯笼灯箱
图5 圆形逆流工式超低噪声冷却塔
GFRP主要缺点:
模量小、温度低
现代技术对先进复合材料(ACM)要求：
高比强度、比刚度、剪切强度、
剪切模量、高温耐热性等
GF 纤维 BF、CF、Kevlar (Al2O3)f 、SiCf 、 (Al2O3)w 纤维
（2）耐自然老化性能 CMC > MMC > PMC （3）导热性能 MMC > CMC > PMC
（4）耐化学腐蚀性
CMC、PMC较好；MMC较差 （5）生产工艺、成本 成本从低到高： PMC、MMC、CMC 工艺从简单到复杂： PMC、MMC、CMC
1.4 复合材料结构设计基础 （1）复合材料结构层次
振动试验结果 :
轻合金梁 9 秒钟停止振动 碳纤维复合材料梁 2～3秒钟停止振动 应用领域:
精密控制和精密检测的仪器、仪表
（4）过载安全性好 纤维复合材料中，有大量独立 纤维。当过载少量纤维断裂时， 载荷会迅速重新分配，构件不会 在瞬间完全失去承载能力而断裂
（5）具有多种功能性 耐烧蚀、摩擦、电绝缘、耐腐性等 （6）很好的加工工艺性 多种生产成型方法： 手糊、模压、缠绕、注射、拉挤、喷射、 真空袋压法、离心浇铸、层压成型等
（3）某些组分保持其固有的物理和化学性质； （4）性能取决于各组成相性能的协同； （5）各组分之间被明显界面区分的多 相固体材料
第一章
总 论
1.1 发展概况
1.2 复合材料定义、命名 和分类 1.3 复合材料的基本性能
第一章 总 论
1.1 发展概况
材料发展历史： 石器、铜器、铁器时代等 实现生产、科学目的： 新材料研究 材料科学历史： 四十多年
问 题： （1）复合产物能否为液体或气体？ （2）复合材料是不是只能是一个
连续相与一个分散相的复合？
1.2.2 命名
例：玻璃纤维增强树脂基复合材料命名
玻璃钢 玻纤增强塑料、玻璃塑料、玻璃布 层压板、玻璃纤维复合材料
命名原则：
增强材料+基体材料+复合材料
例：碳纤维环氧树脂复合材料 书写： 碳/环氧复合材料
亚短钢纤维（长度40—60mm) 短钢纤维（长度20—35mm) 超短钢纤维（长度＜15mm)
横截面形状：圆形、矩形截面 钢纤维主要品种：不锈钢、低碳钢
图 15
高架桥
1.3.6 三种复合材料性能比较 （1）使用温度、硬度 使用温度： CMC >MMC > PMC 硬 度: CMC >MMC > PMC
纤维增强树脂基复合材料：
● 基体强韧性降低裂纹扩展速度 ● 纤维对裂纹阻隔作用，使裂纹 尖端变纯或改变方向
裂纹扩展路径曲折、复杂
图12 三种材料疲劳性能比较
1—碳纤维复合材料
3—铝合金
2—玻璃钢
金属疲劳强度=20—50%抗张强度
碳纤维复合材料疲劳强度=
70—80%抗张强度
（3）减振性能好 影响自振频率因素：
1.3.2 聚合物基复合材料及主要性能
英文：Polymer Matrix Composites 简称：PMC （1）比强度、比模量大 比强度= 抗拉强度/密度 比模量= 弹性模量/密度
例： 金属制成的飞机最高时速约 3000Km/hr，最高飞行高度约30Km， 最大飞行距离约2万Km。如果重量减
普通陶瓷
陶瓷
天然材料 传统陶瓷 人工合成材料 精细陶瓷、高级陶瓷
特种陶瓷
普通陶瓷材料：粘土 精细陶瓷材料：
氧化物、氮化物、碳化物、硅化 物、硼化物
特种陶瓷主要优点：
化学稳定性、耐高温性、耐磨
损性、高熔点、高硬度
主要使用场合：高温、腐蚀、幅射 特种陶瓷主要缺点：
脆性大、韧性低、抗热震性能差
主要缺陷:
晶须
CM基体发展历史：
树脂基
金属基
无机非 金属基
第二代 先进CM 第三代
高级CM、高性能CM
第二代复合材料特点：
高比强度、比刚度、耐热
第三代复合材料特点：
耐热、高韧性、多功能
应用：
快餐桌椅、公园椅、垃圾桶、垃圾车、 移动厕所，儿童游乐设施、篮球架、篮球 板、乒乓球台、台球桌、健身器材、塑胶 跑道、球场及场地设施，花盆、喷泉、浮 雕、圆雕、罗马柱 、防腐池槽、电镀槽、 防腐地面、抗静电、净化地面及各式防腐 工程、游船、保安亭、水箱、机器外壳， 设备外壳、马达外壳、风机外壳
（2）性能具有可设计性
改变材料的组分、结构、工艺
方法、工艺参数等调节材料的性
能
（3）材料与构件制造的一致性 CM材料 CM构件
意义： 减少零件数目，避免接头过多 ， 降低应力集中；减轻质量，减少制 造工序和加工量，降低成本
一次成型： 根据构件形状设计模具，再根 据铺层设计铺设增强体，使基体 材料与增强体组合、固结后获得 复合材料构件的制造过程。
尖端科学技术对材料要求：
减轻重量、提高强度、降低成本
单一材料是否满足以上全部要求?
复合材料： 英文：Composite Material
简称：CM
复合材料历史:
早期CM 稻草+泥巴、钢筋混凝土 通用CM 现代CM 先进CM
第三代：聚酰亚胺、 第一代：GFRP 第二代：BFRP、 CFRP、KFRP
增强材料:
无机非金属——陶瓷、碳、石墨、 硼纤维 金属丝——W、Mo、Al、不锈钢
主要性能：
（1）高比强度、高比模量 在纤维增强金属基复合材料中， MMC的比强度、比模量明显优于金
属材料
（2）导热、导电性能好 可使局部的高温热源和集中电荷 很好扩散消除
（3）热膨胀系数小，尺寸稳定性好 使用α小的材料不会因温度差造 成变形 （4）良好的高温性能 对温度变化和热冲击的敏感性低
图 14 SS-n-15反潜导弹
例：法国将长纤维增强碳化硅复合材
料应用于制作超高速列车的制动件，
具有传统的制动件所无法比拟的优异 的磨擦磨损特性，取得了满意的应用 效果。
1.3.5 水泥基复合材料 水泥基复合材料： 以混凝土或水泥砂浆为基体，掺
入纤维形成的复合材料
又称为纤维水泥、纤维混凝土
钢纤维：
例1： BF/Ep在室温时具有比金属基复 合材料更高的比强度，但在约150 ℃ 时的比强度已显著下降。而 BF/Al在 400℃下仍有较高的比强度。
例2：BF/Al和其基体材料相比，使
用温度可提高100℃以上。BF/Al可
以在350—400℃工作，而铝在316℃
时其比强度损失达70%以上。
（5）耐磨性好
二次加工： 构件的连接；机械切削加工 及坯件的进一步塑性变形
1.3.1.2 复合材料的不足
（1）增强体和基体可供选择的范围有限; （2）工艺比较复杂，质量重复性不能 完全保证; （3）成本较高
复合材料的最大特点：
性能可设计性
例：玻纤/不饱和聚酯复合材料性能变化 密度：1.4—2.2g/cm3 拉伸强度：70—350MPa
材料结构、形状、比模量
自振频率∝ 比模量½ 减振性能好原因： ① 自振频率高，不容易出现因共振 而快速脆断的现象;
② 振动阻尼性强 非均质多相体系 纤维与基 体界面
反射、吸收 振动能量
振动阻尼强 振动很快衰减
图13 钢、碳纤维增强复合材料的振动 衰振特性比较 1—碳纤维增强复合材料; 2 —钢
对相同形状和尺寸的梁进行停止
FRP：纤维增强热固性树脂复合材料
结构材料
FRTP：纤维增强热塑性树脂复合材料
功能材料
一般树脂基复合材料使用温度： T：60—250℃ 聚酰亚胺树脂（PI）基复合材料使用温度： T > 250℃
树脂基复合材料主要缺点：
耐热性、老化、变质、传热性、 尺寸稳定性较差
1.3.3 金属基复合材料及主要性能 英文：Metal Matrix Composite 简称：MMC 定义：以金属及其合金为基体， 与一种或几种金属或非金属增强相 人工结合成的复合材料
一次结构、二次结构、三次结构
（2）复合材料设计
单层材料设计、铺层设计、结构设计
（3）复合材料与常规材料的区别
各向异性、非均质性
单层板参数：弹性模量、强度、热 膨胀系数、导热率等是方向的函数
L
T
L—T坐标系
图15 层板方向
第二章
复合材料的基体材料
2.1 金属材料 航空航天技术对材料的要求:
高韧性、导电、导热、耐高温、 耐磨
裂纹、空隙、杂质
碎裂
制备CMC主要目的之一：
提高陶瓷的韧性
制约CMC发展的主要因素： （1）高温增强材料出现较晚、品种缺少； （2）高温制备工艺较复杂；陶瓷基体与
增强材料的热膨胀系数的差异，易产生热
应力
（3）成本昂贵
CMC应用：
刀具、滑动构件、发动机制件、 能源构件、导弹头锥、火箭喷管、 航天飞机结构件
碳纤维复合材料 环氧树脂复合材料
例： Cf / Al、 CF / Al
碳 /碳复合材料
1.2.3 分类 （1）按性能高低 ① 通用复合材料 ② 先进复合材料
（2）按增强材料形态 ① 连续纤维复合材料 ② 短纤维复合材料 ③ 粒状或碎片状复合材料 ④ 编织复合材料
（3）按增强纤维种类
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
纯镁：d=1.74
复合材料： BF/Al、BF/Mg、CF/Al、CF/Mg
例1: 用高强度、高模量硼纤维增强铝 基复合材料（BF/Al）取代铝合金，做 成航天飞机主仓框架、支柱，可使重
（60—70年代）
图1 玻璃钢瓦
图2 玻璃钢雨棚
图3 玻璃钢警示牌
图4 方结圆形灯笼灯箱
图5 圆形逆流工式超低噪声冷却塔
GFRP主要缺点:
模量小、温度低
现代技术对先进复合材料(ACM)要求：
高比强度、比刚度、剪切强度、
剪切模量、高温耐热性等
GF 纤维 BF、CF、Kevlar (Al2O3)f 、SiCf 、 (Al2O3)w 纤维
（2）耐自然老化性能 CMC > MMC > PMC （3）导热性能 MMC > CMC > PMC
（4）耐化学腐蚀性
CMC、PMC较好；MMC较差 （5）生产工艺、成本 成本从低到高： PMC、MMC、CMC 工艺从简单到复杂： PMC、MMC、CMC
1.4 复合材料结构设计基础 （1）复合材料结构层次
振动试验结果 :
轻合金梁 9 秒钟停止振动 碳纤维复合材料梁 2～3秒钟停止振动 应用领域:
精密控制和精密检测的仪器、仪表
（4）过载安全性好 纤维复合材料中，有大量独立 纤维。当过载少量纤维断裂时， 载荷会迅速重新分配，构件不会 在瞬间完全失去承载能力而断裂
（5）具有多种功能性 耐烧蚀、摩擦、电绝缘、耐腐性等 （6）很好的加工工艺性 多种生产成型方法： 手糊、模压、缠绕、注射、拉挤、喷射、 真空袋压法、离心浇铸、层压成型等
（3）某些组分保持其固有的物理和化学性质； （4）性能取决于各组成相性能的协同； （5）各组分之间被明显界面区分的多 相固体材料