第2章_复合材料的基体材料
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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
22
(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。
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；
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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；
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-哈工大
2.1 金属材料
百度百科： 金属是一种具有光泽（即对可见光强烈反 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。
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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；
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。
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）
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。
15
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；
17
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？？
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，
7
铁合金：
性质决定用途
密度7.9；铁磁性；抗腐蚀；
主要用Hale Waihona Puke Baidu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
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2、 组成特点
增强物性质和增强机理不同，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！！
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，活性高；
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
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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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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；
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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；
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-哈工大
2.1 金属材料
百度百科： 金属是一种具有光泽（即对可见光强烈反 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。
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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；
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。
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；
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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）
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。
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2.3 陶瓷材料
陶器
瓷器（釉）
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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？？
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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铁合金：
性质决定用途
密度7.9；铁磁性；抗腐蚀；
主要用Hale Waihona Puke Baidu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
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2、 组成特点
增强物性质和增强机理不同，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！！
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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，活性高；