复合材料课件第八章 仿生复合材料

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主要研究人体结构与精细结构的静 力学性质,以及人体各个组成部分在体 内相对运动和人体运动的动力学性质, 从生物力学角度为疾病的预防、诊断和 治疗及人工器官、医疗康复器械的设计 与研制提供科学根据。
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一、复合材料最差界面的仿生设计
二、分形树状纤维和晶须的增强与构(Fibrous monolithic structure)
Matrix fiber
Interfacial layer
Structure of Bamboo and tree
Fibrous monolithic ceramics
❖1988年Coblenz提出了纤维独石结构设计的思想 ❖1993年Baskaran率先完成了这种陶瓷材料的制备,制备了SiC/C纤维
材料仿生 力学仿生
是使人造的机械能够部分地实现诸 如思维、感知、运动和操作等高级 动物功能的仿生技术。功能仿生必 须以结构仿生为基础,在智能机器 人的研究中具有重大意义。
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分类
结构仿生
功能仿生
材料仿生 力学仿生
指模拟生物的各种特点或特性而 进行各种材料开发的仿生技术。它 的研究内容以阐明生物体的材料构 造与形成过程为目标,用生物材料 的观点来考虑材料的设计与制作。
贝壳珍珠层的层状结构
鲍鱼壳(abalone shell)断面显微结构
层状结构(Laminated or layered structure)
matrix layer
Interfacial layer
matrix layer
Structure of Nacre
Laminated structure ceramics
❖1994年,清华大学黄勇教授课题组研究了Si3N4/BN层状结构陶瓷复合材料,其表观断裂 韧性高达28MPam1/2,断裂功高达4000J/m2,比常规的Si3N4材料分别提高了数倍和数十 倍。
独石结构复合材料。这种材料的断裂功可以达到1340J/m2以上,比常 规的SiC陶瓷提高了十几倍。 ❖1994年清华大学黄勇教授课题组,制备和研究了Si3N4/BN纤维独石结 构陶瓷材料,断裂韧性高达20MPam1/2以上,断裂功高达4000 J/m2以 上。
四、仿生愈合与自愈合抗氧化
五、仿生叠层复合材料
❖W.J. Clegg于1990年在《Nature》上发表了关于SiC/C层状复合材料的报道。其断裂韧 性可以达到15 MPam1/2,断裂功更可高达4625 J/m2,是常规SiC陶瓷材料的几十倍。
❖Claussen等重复了ZrO2体系的层状结构,同样获得了较高的韧性和上升的阻力曲线行为。
❖S.M.Hsu等人对Si3N4体系的层状陶瓷进行了研究,实测的断裂功可以达到6500 J/m2以 上,
第八章 仿生复合材料
20世纪80年代,生物自然复合材料及其仿生的研究在国 际上引起极大重视,并取得一系列的研究成果。尤其以下为 代表:
蚂蚁车
形状仿生
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分类
结构仿生
功能仿生
通过研究生物肌体的构造, 建造类似生物体或其中一 部分的机械装置,通过结 构相似实现功能相近。
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