复合材料 PPT课件

四、课程的重点和要求
学习重点是使学生能够较全面和系统地理解
复合材料及其力学的重要基本概念和理论，各类 复合材料的性能、成型工艺、界面特征和结构设 计以及复合材料，同时具有初步的复合材料设计 能力。为学生今后在材料领域的学习和研究奠定
较坚实的基础。
参考书

张玉龙主编，先进复合材料制造技术手册，机械工业 出版社，2003年6月。
普通聚合物复合材料，如玻璃钢、钢筋混凝土等。
先进复合材料： Advanced Composite，High Performance
Composite
高性能增强剂（碳、硼、氧化铝、 SiC纤维及晶须等） 增强高温聚合物、金属、陶瓷 和碳（石墨）等复合材料。 先进复合材料的比强度和比刚度应分别达到
400MPa / (g / cm3) 和40GPa / (g / cm3) 以上。
1）由两种或多种不同性能的组分通过宏观或
微观 复合在一起的新型材料，组分之间存在着明 显的界面。 2）各组分保持各自固有特性的同时可最大限 度地发挥各种组分的优点，赋予单一材料所不具 备的优良特殊性能。 3）复合材料具有可设计性。
3、复合材料的基本结构模式 复合材料由基体和增强剂两个组分构成：
基体：构成复合材料的连续相；

第二章 复合材料概述
一、复合材料的定义和特点：
1、复合材料的定义： ISO定义为是：两种或两种以上物理和化学性质 不同的物质组合而成的一种多相固体材料。 复合材料应满足下面三个条件：
（1）组元含量大于 5 %；
（2）复合材料的性能显著不同于各组元的性能； （3）通过各种方法混合而成。
2、复合材料的特点：
晶须增强复合材料
短纤维wk.baidu.com强复合材料 连续纤维增强复合材料
混杂纤维增强复合材料
三向编织复合材料
分散强化复合 材料 颗粒状分散 相复合材料 复 合 材 料 颗粒增强复 合材料 片晶增强复 合材料 连续纤维 强化复合材料 纤维状分散 相复合材料 不连续纤维 强化复合材料 单向纤维强化复合材料 非编织纤维层
向发展
●生物材料将有很大发展
二、 复合材料的提出
现代高科技的发展更紧密地依赖于新材料的发展； 同时也对材料提出了更高、更苛刻的要求。 很明显，传统的单一材料无法满足以上综合要求， 当前作为单一的金属、陶瓷、聚合物等材料虽然仍在
不断日新月异地发展，但是以上这些材料由于其各自
固有的局限性而不能满足现代科学技术发展的需要。 复合材料，特别是先进复合材料就是为了满足以上高 技术发展的需求而开发的高性能的先进材料。复合材 料是应现代科学技术而发展出来的具有极大生命力的 材料。
增强剂（增强相、增强体）：复合材料中独立的形态 分布在整个基体中的分散相，这种分散相的性能优越， 会使材料的性能显著改善和增强。 增强剂（相）一般较基体硬，强度、模量较基体大，
或具有其它特性。可以是纤维状、颗粒状或弥散状。
增强剂（相）与基体之间存在着明显界面。
二、复合材料的分类
1、按性能分类 ： 普通复合材料：普通玻璃、合成或天然纤维增强
2维, 3维编织纤维层
随机排列 短纤维 晶须 定向排列 随机排列 定向排列
结构复合材料：用作承力和次承力结构。要求具有 质量轻、高强度、高刚度、耐高温以及其它性能。
功能复合材料：电、热、声、摩擦、阻尼等。包括 机敏和智能复合材料。 混杂复合材料：两种或两种以上增强体构成的复合 材料。通过产生混杂效应改善性能和降低成本。 结构 / 功能一体化复合材料：在保持材料基本力学 性能的前提下，具有特定功能特性，如光、电、 磁、摩擦、阻尼等。
沃丁柱主编，复合材料大全，化学工业出版社，2001.1



吴人洁主编，复合材料，天津大学出版社，2000.12
徐国财，张立德主编 ，纳米复合材料，化学工业出版 社，2002.3

贾成厂主编，陶瓷基复合材料导论，冶金工业出版社， 2002.1
高技术复合材料制备手册，张玉龙主编，国防工业出 版社，2003。
氧化铝纤维
环境扩大 延伸与 韧性
石墨纤维 氧化铝纤维 碳化硅纤维 功能 复合材料
泡沫材料
工程塑料 聚酰亚 硝胺
功能化
混凝土 石 膏 定向凝固共晶 自增强塑料
金 属
陶 瓷 石 墨
扩散接合 表面处理 CVD(化学气相沉积) CVI(化学气相渗透) CIP, HIP
2、复合材料的意义
现代高科技的发展更是离不开复合材料。 例如：火箭壳体材料对射程的影响， 航空发动机材料发展预测如下
如果将玻璃强化树脂看作是第一代 复合材料，则CFRP（碳纤维增强塑料）、 BFRP （硼纤维增强塑料）可以称为第二 代复合材料。进一步，以金属或陶瓷为 基体的先进复合材料则可以称为第三代 复合材料。
第一代 玻璃纤维
第二代 金属纤维
高韧性
第三代 芳族聚酰胺
+
聚 脂
高弹性
轻量 耐热性
晶须
硼纤维 碳纤维
三、复合材料的发展历史和意义
1、复合材料的发展历史 6000年前人类就已经会用稻草加粘土作为建筑复 合材料。水泥复合材料已广泛地应用于高楼大厦和河 堤大坝等的建筑，发挥着极为重要的作用； 20世纪40年代，美国用碎布酚醛树脂制备枪托、
代替木材，发展成为玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）这
种种广泛应用的较现代化复合材料。
2、按基体材料分类：
聚合物复合材料 金属基复合材料 陶瓷基复合材料 碳碳复合材料 水泥基复合材料
Metal Matrix Composites
Composite Materials 或 Composites： Polymer Matrix Composites
Ceramics Matrix Composites
金属基复合材 料MMC 复合 材料
木质基复合 材料
有机材料基复 合材料 无机非金属基 复合材料 聚合物基复 合材料PMC 水泥或混凝土基 复合材料 陶瓷基复合材料 CMC
橡胶基 热塑性树脂 树脂基
热固性树脂
3、按用途分类
结构复合材料
功能复合材料 结构 / 功能一体化复合材料
4、按增强剂分类
颗粒增强复合材料
复合材料
第一章 绪论
一、材料的发展与人类社会的进步
材料是人类社会进步的物质基础和先导，是 人类进步的里程碑。 当前材料、能源、信息和生物技术是现代科
技的三大支柱，它会将人类物质文明推向新的阶
段。 二十一世纪将是一个新材料时代。
材料科学技术的发展趋势
●从均质材料向复合材料发展 ●高性能结构材料的研究与开发是永恒的主题 ●材料结构的尺度向越来越小的方向发展 ●由被动性材料向具有主动性的智能材料方