第2章_复合材料的基体材料
《复合材料》课件——第二章_复合材料界面和优化设计
伤和形成脆性界面相等十分有害。碳纤维/铝钛铜合 金复
合材料中，生成TiC，使界面附近的铝、铜富集。 500℃
时，在C纤维/铝材料界面生成Al4C3脆性层。
2.4 复合材料的界面
2.4.5 界面反应或界面扩散理论
在复合材料组分之间发生原
子或分子间的扩散或反应，从
因此，在研究和设计界面时，不应只追求界面结合而应考 虑到最优化和最佳综合性能。
2.3复合材料组分的相容性
物理相容性： 1. 是指基体应具有足够的韧性和强度，能够将外部载荷均匀
地传递到增强剂上，而不会有明显的不连续现象。 2. 由于裂纹或位错移动，在基体上产生的局部应力不应在增
强剂上形成高的局部应力。 3. 另一个重要的物理关系是热膨胀系数。基体与增强相热膨
物理和化学吸附作用。液态树脂对纤维表面的良好浸润是 十分重要的。浸润不良会在界面上产生空隙，导致界面缺 陷和应力集中，使界面强度下降。良好的或完全浸润将使 界面强度大大提高，甚至优于基体本身的内聚强度。
2.4 复合材料的界面
2.4.1界面润湿理论 ： 从热力学观点来考虑两个结合面与其表面能的关系，一般用 表面张力来表征。
胀系数的差异对复合材料的界面结合产生重要的影响，从 而影响材料的各类性能。
2. 3复合材料组分的相容性
物理相容性： 例如：
对于韧性基体材料，最好具有较高的热膨胀系数。这是因 为热膨胀系数较高的相从较高的加工温度冷却是将受到张 应力；
对于脆性材料的增强相，一般都是抗压强度大于抗拉强度， 处于压缩状态比较有利。
2.3复合材料组分的相容性
化学相容性： ➢ 对复合材料来说， 以下因素与复合材料化学相容性有关的
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。
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
复合材料概论 复习 重点
第一章总论一．复合材料是由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。
★二．复合材料的命名和分类★1．按增强材料形态分类(1)连续纤维复合材料:作为分散相的纤维，每根纤维的两个端点都位于复合材料的边界处;(2)短纤维复合材料:短纤维无规则地分散在基体材料中制成的复合材料;(3)粒状填料复合材料:微小颗粒状增强材料分散在基体中制成的复合材料;(4)编织复合材料:以平面二维或立体三维纤维编织物为增强材料与基体复合而成的复合材料。
2. 按增强纤维种类分类(1)玻璃纤维复合材料;(2)碳纤维复合材料;(3)有机纤维(芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、高强度聚烯烃纤维等)复合材料;(4)金属纤维(如钨丝、不锈钢丝等)复合材料;(5)陶瓷纤维(如氧化铝纤维、碳化硅纤维、硼纤维等)复合材料。
如果用两种或两种以上纤维增强同一基体制成的复合材料称为混杂复合材料3．按基体材料分类(1)聚合物基复合材料:以有机聚合物(主要为热固性树脂、热塑性树脂及橡胶)为基体制成的复合材料;(2)金属基复合材料:以金属为基体制成的复合材料，如铝基复合材料、钛基复合材料等;(3)无机非金属基复合材料:以陶瓷材料(也包括玻璃和水泥)为基体制成的复合材料。
4.按材料作用分类(1)结构复合材料:用于制造受力构件的复合材料;(2)功能复合材料:具有各种特殊性能(如阻尼、导电、导磁、换能、摩擦、屏蔽等)的复合材料。
三．复合材料是由多相材料复合而成，其共同的特点是:★(1)可综合发挥各种组成材料的优点，使一种材料具有多种性能，具有天然材料所没有的性能。
(2)可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造。
例如，针对方向性材料强度的设计，针对某种介质耐腐蚀性能的设计等。
(3)可制成所需的任意形状的产品，可避免多次加工工序。
四．影响复合材料性能的因素很多，主要取决于①增强材料的性能、含量及分布状况，②基体材料的性能、含量，以及③增强材料和基体材料之间的界面结合情况，作为产品还与④成型工艺和结构设计有关。
聚合物复合材料 基体
2.4.2 环氧树脂
环氧树脂是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，除个别外，它们的相对分子质量都不高。
E-44
E-31 相对分子质量都不高
★ 环氧树脂的性能和特性
a、 形式多样 各种树脂、固化剂、改性剂体系几乎可以适应各种 应用要求，其范围可以从极低的粘度到高熔点固体。
基体与增强材料的结合性，包括浸润性和粘合性，决定了复合材 料应力传递途径中最关键的界面层的特性，因此，对复合材料的力学 性能、断裂特性和疲劳性能起着关键的作用。
影响聚合物对增强材料粘结能力的主要因素是聚合物与填料的化 学结构、聚合物的粘度、填料的几何形状等。为了提高基体聚合物对 增强材料、填料的粘附能力： 有时须对增强材料、填料进行表面粘合活化处理 基体中需加增粘剂或偶联剂
（8）交联不饱和聚酯的网状分子结构
①为大致均匀的连续网状结构； ②为不均匀的连续网状结构，在密度 较大的连续网之间有密度较低的链型 分子互相联结； ③为不连续的网状结构，密度较大的 连续分散于未键合的组分中间。
交联不饱和聚酯主要形成 第二种网状结构的大分子
三维网！
（9）不饱和聚酯固化特征—三阶段
粘流态树脂 凝胶阶段
凝胶态
定型阶段
具有硬度的 固态
熟 化 阶 段
交联完全 固态树脂
① ②③
（10）不饱和聚酯固化体系
不饱和聚酯：1mol 交联剂：苯乙烯、氯化苯乙烯、乙烯基甲苯、α-甲基苯乙烯、
2，5-二溴苯乙烯等。用量1.5~3.0mol 引发剂：过氧化物或偶氮化合物，用量1~4% 促进剂：环烷酸钴 增粘剂：MgO，CaO，Ca(OH)2，Mg(OH)2 触变剂：气相法白碳黑（SiO2），用量2~6% 常温固化系统：过氧化甲乙酮+环烷酸钴
第2章 复合材料的陶瓷基体材料
瓷作为承载结构材料的应用。
近年来的研究结果表明，在陶瓷基体中添加 其它成分，如陶瓷粒子、纤维或晶须，可提高陶 瓷的韧性。 粒子增强虽能使陶瓷的韧性有所提高，但效
果并不显著。
40年代，美国电话系统常常发生短路故障，检 查发现在蓄电池极板表面出现一种针状结晶物质。 进一步的研究结果表明，这种结晶与基体极板金属 结晶相似，但强度和模量都很高，并呈胡须状，故 命名晶须。 最常用的晶须是碳化物晶须。其强度大，容易 掺混在陶瓷基体中，已成功地用于增强多种陶瓷。
国内外都受到重视。
3 氧化物陶瓷基体
作为基体材料使用的氧化物陶瓷主要有A1203，
MgO，SiO2，ZrO2，莫来石(即富铝红柱石，化学 式为3A12O3· ２SiO2)等，它们的溶点在2000 ℃以上。
氧化物陶瓷主要为单相多晶结构，除晶相外， 可能还含有少量气相(气孔)。 微晶氧化物的强度较高，粗晶结构时，晶界 面上的残余应力较大，对强度不利。
1650℃和1500℃。
以 --Al2O3和3Al2O3.2SiO2为主晶相的称 为刚玉--莫来石瓷，主要原料为高岭土、氧化铝 和少量膨润土，烧结温度为1350℃左右，主要 性能见下表所示。
当温度低于Tg时，玻璃表现出脆性。 加热时玻璃熔体的粘度降低，在达到某一粘
度(约10 8 Pa.s)所对应的温度时，玻璃显著软化，
这一温度称为软化温度(Ｔf)。
Tg和Tf的高低主要取决于玻璃的成分。
2 玻璃陶瓷
许多无机玻璃可以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。
由于反玻璃化使玻璃成为多晶体，透光性变差，
陶瓷基体材料主要以结晶和非结晶两种形态
的化合物存在，它们一般应具有优异的耐高温性
第二章聚合物基复合材料的基体
第二章聚合物基复合材料的基体1．聚合物基体的作用复合材料＝基体+增强剂（填充剂）复合材料的原材料包括基体材料和增强材料聚合物基体是FRP的一个必需组分。
在复合材料成型过程中，基体经过复杂的物理、化学变化过程，与增强纤维复合成具有一定形状的整体，因而整体性能直接影响复合材料性能。
基体的作用主要包括以下四个部分①将纤维粘合成整体并使纤维位置固定，在纤维间传递载荷，并使载荷均衡；②基体决定复合材料的一些性能。
耐热性、横向性能、剪切性能、耐介质性能(如耐水、耐化学品性能)等；③基体决定复合材料成型工艺方法以及工艺参数选择等。
④基体保护纤维免受各种损伤。
此外，基体对复合材料的另外一些性能也有重要影响，如纵向拉伸、尤其是压缩性能，疲劳性能，断裂韧性等。
2．聚合物基体材料的分类用于复合材料的聚合物基体有多种分类方法，如按树脂热行为可分为热固性及热塑性两类。
热塑性基体如聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚砜、聚醚醚酮等，它们是一类线形或有支链的固态高分子，可溶可熔，可反复加工成型而无任何化学变化。
热固性基体如环氧树脂、酚醛树脂、双马树脂、不饱和聚酯等，它们在制成最终产品前，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化学反应固化后，形成不溶不熔的三维网状高分子，这类基体通常是无定形的。
聚合物基体按树脂特性及用途分为：一般用途树脂、耐热性树脂、耐候性树脂、阻燃树脂等。
按成型工艺分为：手糊用树脂、喷射用树脂、胶衣用树脂、缠绕用树脂、拉挤用树脂等。
不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂及被称为三大通用型热固性树脂。
它们是热固性树脂中用量最大、应用最广的品种。
3．聚合物基体的选择对聚合物基体的选择应遵循下列原则：（１）能够满足产品的使用需要；如使用温度、强度、刚度、耐药品性、耐腐蚀性等。
高拉伸(或剪切)模量、高拉伸强度、高断裂韧性的基体有利于提高FRP力学性能。
(2)对纤维具有良好的浸润性和粘接力；(3)容易操作，如要求胶液具有足够长的适用期、预浸料具有足够长的贮存期、固化收缩小等。
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。
第二章之不饱和聚酯
耐电弧性/s
数据
1014 15-20 3.0-4.4 0.003 125
上午10时37分
5/43
上午10时37分
6/43第二章 基体材料来自第一节 不饱和聚酯树脂
⑷聚酯链末端上的羧基可以和碱土金属氧化物或氢氧化物[例如 MgO，CaO，Ca(OH)2等]反应，使不饱和聚酯分子链扩展，最终使 树脂很快稠化，形成凝胶状物，因此将这些物质称为增粘剂。
不饱和聚酯树脂一般可通过引发剂、光、高能辐射等方式引发不 饱和聚酯中的双键与可聚合的乙烯基类单体(通常为苯乙烯)进行自 由基型共聚反应，使线型的聚酯分子链交联成具有三维网络结构的 体型分子，见示意图2-4。
上午10时37分
27/43
第二章 基体材料
不饱和聚酯树脂与苯乙烯的固化体系 固化三阶段：凝胶；硬化；最终固化
4/43
第二章 基体材料
第一节 不饱和聚酯树脂
③耐化学腐蚀性能。耐水、稀酸、稀碱的性能较好，耐有机溶 剂的性能差，同时，树脂的耐化学腐蚀性能随其化学结构和几何形 状的不同，可以有很大的差异。
④介电性能。介电性能良好，见表2-2。
表2-2 通用刚性不饱和树脂的电学性能
性能
体积电阻/Ω.cm 击穿电压/Kv.mm-1
优点：反应比较平稳、易于控制，产品颜色比较好， 缺点：要有分水装置，且要防爆。
上午10时37分
23/43
（3） 典型配方
分类 通用型
邻苯型
对苯型
环氧改性
上午10时37分
原料
丙二醇 顺酐 苯酐
苯乙烯
对苯二甲酸二甲酯 二缩三乙二醇 顺酐 乙酸锌 对苯二酚
一缩二乙二醇 二缩二乙二醇
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。
复合材料概论第2章--复合材料的基体材料ppt课件
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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：
《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。
复合材料学(第二章 复合材料的基体材料) (2)
是主要承载物，基体的强度对非连续增强金 属基复合材料具有决定性的影响。因此要获 得高性能的金属基复合材料必须选用高强度 的铝合金为基体，这与连续纤维增强金属基 复合材料基体的选择完全不同。如颗粒增强 铝基复合材料一般选用高强度的铝合金为基 体。
用于电子封装的金属基复合材料有：高碳 化 硅 颗 粒 含 量 的 铝 基 (SiCp/A1) 、 铜 基 (SiCp/Cu)复合材料，高模、超高模石墨纤维 增强铝基(Gr/Al)、铜基(Gr/Cu)复合材料， 金刚石颗粒或多晶金刚石纤维铝、铜复合材 料，硼／铝复合材料等， 其基体主要是纯铝
和纯铜。
1、用于450℃以下的轻金属基体
目前研究发展最成熟、应用最广泛的金属 基复合材料是铝基和镁基复合材料， 用于航
天飞机、人造卫星、空间站、汽车发动机零 件、刹车盘等，并已形成工业规模生产。对 于不同类型的复合材料应选用合适的铝、镁 合金基体。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。
用于耐磨零部件的金属基复合材料有：碳 化硅、氧化铝、石墨颗粒、晶须、纤维等增 强铝、镁、铜、锌、铅等金属基复合材料， 所用金属基体主要是常用的铝、镁、锌、铜、 铅等金属及合金。
用于集电和电触头的金属基复合材料有： 碳(石墨)纤维、金属丝、陶瓷颗粒增强铝、 铜、银及合金等。
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， 但有热膨胀系数大、耐电弧烧蚀性差等缺点。
飞机和人造卫星构件上应用，取得了巨大的 成功。
基体材料是金属基复合材料的主要组成， 起着固结增强物、传递和承受各种载荷(力、 热、电)的作用。基体在复合材料中占有很大 的体积百分数。在连续纤维增强金属基复合 材 料 中 基 体 约 占 50%-70% 的 体 积 ， 一 般 占 60%左右最佳。颗粒增强金属基复合材料中 根据不同的性能要求，基体含量可在90% ～ 25%范围内变化。多数颗粒增强金属基复合 材料的基体约占80%～90%。而晶须、短纤 维增强金属基复合材料基体含量在70%以上，
《复合材料概论》心得与总结
《复合材料概论》心得与总结卫琦 1306030118通过学习《复合材料概论》，我了解了复合材料的命名、分类以及复合材料的基本性能。
复合材料的基体材料有四种：金属材料、无机胶凝材料、陶瓷材料、聚合物材料。
了解了碳纤维的优点以及碳纤维在生活中被广泛的应用。
以及对聚合物基复合材料，金属基复合材料，陶瓷基复合材料的了解。
以下是我对一些知识点的总结。
第一章总论一、复合材料定义：复合材料是由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；在复合材料中通常有一个相为连续相，称为基体，另一相为分散相，称为增强材料。
二、复合材料的分类1．按增强材料形态分类（连续纤维复合、短纤维复合、颗粒复合、编织复合）2．按增强材料纤维种类分类（玻璃纤维、碳纤维、有机纤维、金属纤维、陶瓷纤维、混合）3．按基体材料分类（聚合物基、金属基、无机非金属基）4．按材料作用分类（结构复合材料、功能复合材料）三、复合材料的基本性能1．可综合发挥各组成材料的优点2．可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造（最大特点！）3．可制成所需的任意形状的产品四、复合材料结构设计的三个结构层次①：一次结构：指由基体和增强材料复合而成的单层材料②：二次结构：指由单层材料层合而成的层合体③：三次结构：指通常所说的工程结构或者产品结构第二章复合材料的基体材料复合材料的基体材料有以下四种：①：金属材料主要包括铝及铝合金、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无机胶凝材料主要包括水泥、石膏、菱苦土和水玻璃等陶瓷材料主要包括玻璃、玻璃陶瓷、氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷聚合物材料主要包括不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂及各种热固性/热塑性聚合物。
第三章复合材料的增强材料一、增强材料的定义：在复合材料中，凡事能基体材料力学性能的物质，均称为增强材料。
二、玻璃纤维的分类：1．以玻璃原料成分分类：无碱玻璃纤维（E玻纤）；中碱玻璃纤维；有机玻璃纤维（A玻璃）；特种玻璃纤维。
复合材料学的基体材料和增强材料各论
设计人员可根据所需制品对力学及其它性能的要求， 对结构设计的同时对材料本身进行设计。
具体体现在两个方面
力学设计—— 给制品一定的 强度和刚度
功能设计——给 制品除力学性能 外的其他性能
3、工艺性能好 复合材料的工艺性能十分a、优电越绝，缘其性成能好型，方不法受
多种多样，成型条件机动灵活。电磁作用； 具1导的/体1热玻0到0系 璃～玻数 钢1璃/小 可1纤0， 耐0维0是瞬；增金时特强属高殊树材温类脂料。型基复合bc制、、材品可微料。制波特作穿性成透：不性带好静；电的
碳纤维II/环氧 1.45
1.5
1.4
1.03
0.97
碳纤维I/环氧
1.6
1.07
2.4
0.67
1.5
有机纤维/环氧 1.4
1.4
0.8
1.0
0.57
硼纤维/环氧
2.1
1.38
2.1
0.66
1.0
硼纤维/铝
2.65
1.0
2.0
0.38
0.57
由表1-2可见：FRC的密度约为钢的1/5，铝的1/2
比模量：高模量碳纤维/环氧复合材料为钢的5倍，
2007年6月8日， “阿特兰蒂斯”号 航天飞机在位于美 国佛罗里达州卡纳 维拉尔角的肯尼迪 航天中心发射升空， 飞往国际空间站。
美国全部用碳纤维复合材料制成一架八座商用飞机-里尔芳2100号，并试飞成功，这架飞机仅重567kg，它 以结构小巧重量轻而称奇于世。
采用大量先进复合材料制成的哥伦比亚号航天飞机。
无机非金属材料：具有性质稳定，抗腐蚀、 耐高温等优点。但质脆，经不起热冲击。
金属材料：力学性能好，耐高温。但密度 大，抗腐蚀性能差。
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(3)氧化锆陶瓷基体
以氧化锆(ZrO2)为主要成分的陶瓷称为氧化锆陶 瓷。氧化锆密度5.6~5.9 g / cm3，熔点2175 ℃。
氧化锆在室温为单斜相，在1100℃形成四方晶体， 在1900℃形成立方晶体。
由于氧化锆具有可逆相变，故在氧化锆陶瓷的烧
结过程中加入适量CaO、MgO等与ZrO2结构近似的氧 化物作为稳定剂，形成稳定的立方相结构。
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应用
1、日用陶瓷：如餐具、茶具、缸，坛、盆、 罐、盘、碟、碗、刀等。 2、艺术（工艺）陶瓷：如花瓶、雕塑品、园 林陶瓷、器皿、 陈设品等。
3、工业陶瓷：指应用于各种工业的陶瓷制品。 ①建筑一卫生陶瓷 ②化工（化学）陶瓷 ③电瓷： 电力工业输电线路上的绝缘子。 ④特种陶瓷：功能陶瓷：具有电磁、光、声、 超导、化学和生物特性等
可能还含有少量气相(气孔)。
微晶氧化物的强度较高，粗晶结构时，晶界面
上的残余应力较大，对强度不利。
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(1)氧化铝陶瓷基体
氧化铝仅有一种热动力学稳定的相态，即-Al2O3 ，属六方晶系。
(2) 氧化镁陶瓷基体
物理性质:白色粉末，无臭、无味，不溶于水 和乙醇，熔点2852℃，沸点3600℃，氧化镁有高度 耐火绝缘性能。 应用：用作白色颜料的标准。轻质氧化镁主 要用作制备陶瓷、搪瓷、耐火坩锅和耐火砖的原料。
几种陶瓷材料
1． 玻璃
特点；非晶态；玻璃化转变温度；软化温度；
2． 玻璃陶瓷
非晶晶化；热膨胀系数小；力学性能好，导热 系数大；
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3 氧化物陶瓷基体
作为基体材料使用的氧化物陶瓷主要有A12O3
，MgO，SiO2，ZrO2，莫来石等，它们的熔点在
2000 ℃以上。
氧化物陶瓷主要为单相多晶结构，除晶相外，
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2.1.2 结构复合材料的基体
1． 450℃以下轻金属
铝合金、镁合金
2． 450~700℃金属基体
钛合金：密度小，耐腐蚀，耐氧化，强度 高——高性能发动机 3．1000℃以上的金属基体
镍基、铁基和金属间化合物；
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2.1.3 功能用金属基复合材料
电子封装：铝基和铜基 耐磨元件：铝、镁、锌、铜、铅等； 电触头：铝、铜、银及合金；
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2.3 陶瓷材料
陶器
瓷器（釉）
16
陶瓷的历史
陶瓷，china ； 陶器；
瓷器；
名扬海外；
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2.3 陶瓷材料
传统陶瓷指：陶器和瓷器，也包括玻璃、水泥、 搪瓷、砖瓦等——硅酸盐材料； 此外，还包括：碳化物，硼化物和氮化物； 特点：为共价键或离子键，高熔点、高硬度， 化学性质稳定，耐热，抗老化；但是，脆性 大！！！ 和金属的区别？？
稳定的氧化锆陶瓷的比热容和导热系数小，韧性
好，化学稳定性良好，高温时具有抗酸性和抗碱性。 23
--Al2O3被氧化锆粉体增韧，其原理是： 氧化锆粒子从单斜相向四方相形态转变，从而导致 体积改变，吸收能量，减缓微观裂纹尖端的应力集 中，从而起到增韧氧化铝的作用。
3
镁合金：
性质决定用途
镁：地壳中含量高；密度小（1.74）；用量第3的结构材料； 主要用途是：制造铝合金，压模铸造（与锌形成合金），钢铁 生产中脱硫处理
镁合金：密度最小的金属结构材料
应用于航空航天工业、军工领域、交通领域、3C领域等；
4
钛合金：
性质决定用途
地壳中含量第10；密度4.5；无磁； 耐中高温度（600度）；比强度居于金属之首；
主要用途是：航空航天、航海、生物医学、 高档体育生活用品、白色颜料（TiO2）；
5
镍合金：
性质决定用途
密度8.9；铁磁性；抗腐蚀；可高度磨光； 主要用途是：合金（不锈钢）、催化剂、货币、 防腐镀层、记忆合金、磁头；
6
铜合金：
性质决定用途
密度8.9；无磁性；导电、导热仅次于银；
主要用途是：电气工业（电力输送、电机、通讯电缆）、 电子工业（印刷电路、集成电路） 能源石化；交通运输；机械冶金； 轻工业；（印刷、造纸、钟表） 紫铜（纯铜）；黄铜（铜锌）；白铜（铜镍）；青铜（除锌镍 以外，主要有锡青铜、铝青铜）
吉林化工学院 材料科学与工程学院电子课件
课程名称：复合材料 教师姓名：陈连发 授课对象：材料化学 授课学时：32 选用教材：复合材料概论烈反 射）、富有延展性、容易导电、导热等性质的物 质。金属的特质跟金属晶体内含有自由电子有关。 自然界中，绝大多数金属以化合态存在，少 数金属例如金、铂、银、铋以游离态存在。 金属之间的连结是金属键，因此随意更换位 臵都可再重新建立连结，这也是金属延展性良好 的原因。
2
铝合金：
性质决定用途
地壳中含量最高；密度小（2.7）；导电好（仅次于银、 铜）；导热好；延展性佳；性质活泼；耐腐蚀性强；银白 色光泽；光反射率高；良好的吸音性能；耐低温
在19世纪非常珍贵；
自然界中主要以铝硅酸盐矿石存在；
α-Al2O3，硬度仅次于金刚石，熔点高、耐酸碱；
红宝石（Cr+3 ）；蓝宝石（ Fe+2，或Ti+4 ）； β-Al2O3，多孔，表面积大，活和增强机理不同，基体材料选择原则 不同！！ 连续增强型：纤维是主要承载体，基体应充分发 挥增强纤维性能，基体具有很好的相容性，具有 很好塑性； 非连续增强型：基体为主要承载物，基体的强度 对复合材料具有决定性影响；
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3．基体金属与增强物相容性
高温反应会产生界面反应层，受力时易产生脆 性断裂，破坏材料； 同时，不同反应的反应产物亦不同； 例：铁、镍基不宜选碳纤维为增强体（会石墨 化）； 因此，通常应抑制界面反应！！
7
铁合金：
性质决定用途
密度7.9；铁磁性；抗腐蚀；
主要用途是：
最大用途是用于炼钢；
也大量用来制造铸铁和煅铁。 铁和其化合物还用作磁铁、染料（墨水、蓝晒图 纸、胭脂颜料）和磨料（红铁粉）。 还原铁粉大量用于冶金。
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2.1.1 选择基体的原则
1．金属基复合材料的使用要求
使用性能要求是选择的最重要依据！！ 航空、航天———高强度、高模量、高稳定性——镁、 铝合金基； 高性能发动机——同时耐高温、抗氧化——钛、镍基和 金属间化合物基； 汽车发动机——耐热、耐磨、成本低——铝基； 集成电路——散热好、低膨胀——银、铜、铝基