复合材料概论共202页文档
复合材料概论
复合材料概论1.复合材料的定义：复合材料是一个连续物理相与一个连续分散相的复合，也可以是两个或者多个连续相与一个或多个分散相在连续相中的复合，复合后的产物为固体时才称为复合材料。
2.复合材料的结构：三个“结构层次”：一次结构（由基体和增强材料复合而成的单层材料，其力学性能决定于组分材料的力学性能、相几何和界面区的性能）；二次结构（单层材料层合而成的层合体，其力学性能决定于单层材料的力学性能和铺层几何）；三次结构（工程结构或产品结构，其力学性能决定于层合体的力学性能和结构几何）。
3、复合材料与传统材料的不同：复合材料既能保持原组分材料的重要特性，又可通过复合效应使各组分的性能相互补充，获得传统材料不具备的许多优良性能。
4.金属基复合材料组成特点：非连续增强金属基复合材料，基体是主要承载物，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。
5.无机凝胶材料主要包括水泥、石膏、菱苦土和水玻璃等。
6.聚合物基体的种类：不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂及各种热塑性聚合物。
7.聚合物基体的组分：主要组分是聚合物，其他组分油固化剂、增韧剂、稀释剂、催化剂等。
8.聚合物基体的作用：基体材料通过与增强材料界面间的粘接成为一个整体，并以剪应力的形式向增强材料传递载荷，保护增强材料免受外界环境的作用和物理损伤。
9.不饱和树脂聚酯的固化特点：不饱和聚酯树脂的固化是一个放热反应，其过程可以分三个阶段：a.胶凝阶段：从加入促进剂到树脂变成凝胶状态的一段时间，影响凝胶时间的因素有很多，如阻聚剂、引发剂和促进剂的量，环境温度和湿度、树脂的体积、交联剂蒸发损失等。
b.硬化阶段：硬化阶段是从树脂开始凝胶到一定硬度，能把制品从模具上取下为之的一段时间。
c.完全固化阶段：通常在室温下进行，并用后处理的方法来加速，这段时间越长，制品吸水率越小，性能越好。
10.玻璃纤维的结构：玻璃纤维的结构假说有“微晶结构假说”和“网络结构假说”。
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21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
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21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
复合材料概论
复合材料概论第一讲复合材料概论一、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。
综观人类发展和材料发展的历史，可以清楚地看到，每一种重要材料的发现和利用都会把人类支配和改造自然的能力提高到一个新的水平，给社会生产力和人类生活带来巨大的变化。
材料的发展与人类进步和发展息息相关。
一万年前，人类使用石头作为日常生活工具，人类进入了旧石器时代，人类战争也进入了冷兵器时代。
7000年前人类在烧制陶器的同时创造了炼铜技术，青铜制品广泛地得到应用，同时又促进了人类社会发展，人类进入了青铜器时代。
同时火药的发明又使人类战争进入了杀伤力更强的热兵器时代。
5000年前人类开始使用铁，随着炼铁技术的发展，人类又发明了炼钢技术。
十九世纪中期转炉、平炉炼钢的发展使得世界钢产量迅猛增加，大大促进了机械、铁路交通的发展。
随着二十世纪中期合金钢的大量使用，人类又进入钢铁时代，钢铁在人类活动中起着举足轻重的作用。
核材料的发现，又将人类引入了可以毁灭自己的核军备竞赛，同时核材料的和平利用，又给人类带来了光明。
二十世纪中后期以来，高分子、陶瓷材料崛起以及复合材料的发展，又给人类带来了新的材料和技术革命，楼房可以越盖越高、飞机越飞越快，同时人类进入太空的梦想成为了现实。
当前材料、能源、信息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。
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。
在现代高技术迅猛发展的今天，特别是航空、航天和海洋开发领域的发展，使材料的使用环境更加恶劣，因而对材料提出了越来越苛刻的要求。
例如，航天飞机等空间飞行器在飞行过程中要受到大气阻力、地球引力、太阳辐射力、空间热环境、太阳风、宇宙射线、宇宙尘埃、流星、磁矩等的作用。
飞行器发动机还要受到其热环境、内流形成的气动力、结构振动、机件高速转动、液体晃动、振荡燃烧和POGO振动等非正常破坏力的作用。
复合材料概论个人整理版(考试专用)
第一章总论1.1 复合材料的发展概况第一代：1940年到1960年，玻璃纤维增强塑料；第二代：1960年到1980年，先进复合材料的发展时期；第三代：1980年到1990年，纤维增强金属基复合材料；第四代：1990年以后，多功能复合材料。
纵观复合材料的发展过程，可以看到：早期发展出现的复合材料，由于性能相对比较低，生产量大，使用面广，可称之为常用复合材料。
后来随着高技术发展的需要，在此基础上又发展出性能高的先进复合材料。
1.2 复合材料的定义什么是复合材料? (Composition Materials , Composite)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。
复合材料＝基体(连续相)＋增强材料(分散相)1.3 复合材料的命名复合材料在世界各国还没有统一的名称和命名方法，比较共同的趋势是根据增强体和基体的名称来命名，通常有以下三种情况：（1）强调基体时以基体材料的名称为主如树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等。
（2）强调增强体时以增强体材料的名称为主如玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、陶瓷颗粒增强复合材料等。
（3）基体材料名称与增强体材料并用。
这种命名方法常用来表示某一种具体的复合材料，习惯上把增强体材料的名称放在前面，基体材料的名称放在后面。
例如：“玻璃纤维环氧树脂复合材料”，或简称为“玻璃/环氧复合材料”。
碳纤维和金属基体构成的复合材料叫“金属基复合材料”，也可写为“碳/金属复合材料”。
碳纤维和碳构成的复合材料叫“碳/碳复合材料”。
国外还常用英文编号来表示，如MMC（Metal Matrix Composite）表示金属基复合材料，FRP （Fiber Reinforced Plastics）表示纤维增强塑料，而玻璃纤维/环氧则表示为GF/Epoxy, 或G/Ep(G-Ep)1.4 复合材料的分类按增强材料形态分类：连续纤维复合材料、短纤维复合材料、粒状填料复合材料、编织复合材料、其他: 层叠、骨架、涂层、片状、天然增强体按增强纤维种类分类：玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料、有机纤维复合材料、金属纤维复合材料、陶瓷纤维复合材料、混杂复合材料。
复合材料概论
复合材料概论第一章总论1.复合材料的定义答：用经过选择的、含一定数量比的两种或两种以上的不同性能、不同形态的组分（或称组元）材料通过人工复合组合而成的多相、三维结合且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的材料。
它既保持了原组分的主要特点，又显示了原组分材料所没有的新性能。
2.复合材料的发展进程(四代的发展)答：第一代复合材料（玻璃纤维增强塑料）第二代复合材料(碳纤维增强塑料)第三代复合材料（纤维增强金属基复合材料）第四代复合材料（多功能复合材料）3.复合材料的特点答：a.复合材料的组分和相对含量是由人工选择和设计的b.复合材料是以人工制造而非天然形成的（区别于具有某些复合材料形态特征的天然物质）c.组成复合材料的某些组分在复合后仍然保持其固有的物理和化学性质（区别于化合物和合金）.d.复合材料是各组分之间被明显界面区分的多相材料e.复合材料的性能取决于各组成相性能的协同。
复合材料具有新的、独特的和可用的性能，这种性能是单个组分材料性能所不及或不同的。
4.复合材料结构及分类答：(1)复合材料是由基体相、增强相和界面组成。
这三相的结构与性质、它们的配置方式和相互作用以及相对含量决定了复合材料的性能。
(2)5.相关符号的代表意义答：MMC（Metal Matrix Composite）表示金属基复合材料，FRP（Fiber Reinforced Plastics）表示纤维增强塑料GF/Epoxy, 或G/Ep(G-Ep) 表示玻璃纤维/环氧第二章1.复合材料中基体的作用答：1.将纤维粘合为整体并使纤维固定，在纤维间传递载荷，并是载荷均衡；2.决定复合材料的一些性能，如高温使用性能、层间剪切性能、耐介质性能（耐水、耐化学性能）等；3.决定复合材料成型工艺方法及工艺参数选择；4.保护纤维免受各种损伤。
2.金属基体选择遵循原则答:（1）金属基复合材料的使用要求（2）金属基复合材料组成特点（3）基体金属与增强物的相容性3.常见金属基体的类型答:（1）结构用金属基复合材料的基体a.用于450 ︒C以下的轻金属基体b.用于450-700 ︒C的复合材料的金属基体c.用于1000 ︒C以上的高温复合材料的金属基体（2）功能用金属基复合材料的基体。
复合材料概论
《复合材料概论》
xx年xx月xx日
目录
contents
复合材料概述复合材料的组成与结构复合材料的制备技术复合材料的应用领域复合材料的发展趋势与挑战结论与展望
01复合材料概述源自VS复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料通过物理或化学的方法组成，具有新性能和新功能的材料。
分类
根据不同的组成材料和制造方法，复合材料可分为金属基复合材料、非金属基复合材料和纳米复合材料等。
热压时间
热压时间也是热压成型过程中的一个重要因素，过长或过短的热压时间都会影响制品的质量和性能。
注射成型技术
01
注射成型是一种将树脂、纤维和其他添加剂在高温高压下注入模具中，制成复合材料制品的工艺。注射成型可以快速、高效地生产出形状复杂、尺寸精确的复合材料制品。
注射成型技术
树脂类型与粘度
02
注射成型过程中需要选择流动性好、粘度低的树脂，以便于注射和充模。
建筑领域
桥梁结构
复合材料可用于建筑外墙的保温和装饰。
建筑外墙
复合材料可用于室内装饰，如地板、墙板等。
室内装饰
复合材料在体育器材中得到应用，如碳纤维自行车架、高尔夫球杆等。
体育器材
复合材料在医疗器械中得到应用，如人工关节、牙科种植物等。
医疗器械
复合材料在电子产品中得到应用，如手机外壳、笔记本电脑外壳等。
总结复合材料的优势与挑战
展望新材料研发：随着科技的不断进步，未来将会有更多新型复合材料出现，满足更多应用需求。绿色环保：环保意识日益增强，未来复合材料将更加注重环保和可持续发展。高性能化：对复合材料的性能要求越来越高，未来将会有更多高性能复合材料问世。建议加强基础研究：加大对复合材料基础研究的投入，提升自主创新能力。推广应用：积极推广复合材料在各领域的应用，促进其产业发展。加强国际合作：加强与国际先进技术交流合作，共同推动复合材料的发展。
第一章复合材料概论
1、航空航天、武器方面的应用
波音787“梦幻客 机”半成机身材料 为轻型复合材料， 而波音777型客 机机身轻型复合 材料比例仅为12 ％。由此，“梦幻 客机”更轻更省油。
第一章复合材料概论
第一章复合材料概论
2、信息电子、生物方面的应用
光导纤维，电子设备的电路板，磁带磁 盘，机壳和屏蔽
1.4
1.4
0.8
1.0
57
SiC纤维 -环氧
2.2
1.09
1.02
0.5
46
第一章复合材料概论
硼纤维-铝 2.65
1.0
2.0
0.38
75
复合材料和金属的疲劳破坏性能
第一章复合材料概论
六、复合材料的命名
复合材料在世界各国还没有统一的名称和 命名方法，比较共同的趋势是根据增强体和基 体的名称来命名，通常有以下三种情况：
第一章复合材料概论
（1） 基体材料名称与增强体材料并用。这种命 名方法常用来表示某一种具体的复合材料，习惯 上把增强体材料的名称放在前面，基体材料的名 称放在后面，最后加上“复合材料”
（2）强调增强体时以增强体材料的名称为主。 如玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、 陶瓷颗粒增强复合材料等。
复合材料概论
2011.Hale Waihona Puke 2.11第一章复合材料概论
注意事项
迟到5次或旷课3次、早退3次及以上，平时成 绩为0分；
勤作笔记，课后做作业，常思考，多查资料 考核办法：平时(出勤率，课堂提问）20%，
期终考查，闭卷 80%。 联系方式:Emai:
Tel:
第一章复合材料概论
第一章 绪论
主要内容：
复合材料概论
1、复合材料的定义由两种或两种以上的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。
2、同质复合材料和异质材料增强材料和基体材料属于同种物质的复合材料为同质材料。
异质材料则是不同物质。
3、金属基复合材料的性能在金属基体中加入了适量的高强度、高模量、低密度的纤维、晶须、颗粒等增强物，明显提高了复合材料的比强度和比模量。
4、树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料性能区别树脂基复合材料的使用温度一般为60℃~250℃，其导热性能为0.35~0.45W/m·K金属基复合材料为400~600℃，其导热性能为50~65W/m·K和陶瓷基复合材料性能为1000~1500℃，0.7~3.5W/m·K。
陶瓷基复合材料大于金属基复合材料的硬度，金属基复合材料大于树脂基复合材料的硬度。
5、复合材料结构的分类从固体力学角度，分为三个“结构层次”：一次结构、二次结构、三次结构。
一次结构：由基体和增强材料复合而成的单层材料，其力学性能决定于组分材料的力学性能、相几何和界面区的性能；二次结构：由单层材料层合而成的层合体，其力学性能决定于单层材料的力学性能和铺层几何；三次结构：通常所说的工程结构或产品结构，其力学性能决定于层合体的力学性能和结构几何。
6、复合材料选择基体的原则①金属基复合材料的使用要求：高性能发动机要求有高强度比、比模量性能，要求具有优良的耐高温性能，能在高温、氧化性气氛中正常工作。
在汽车发动机中要求其零件耐热、耐磨、导热，一定的高温强度等，又要求成本低廉，适合批量生产。
②金属基复合材料组成特点：对于连续纤维增强金属基复合材料，纤维是主要承载物体，纤维本身具有很高的强度和模量。
对于非连续增强金属基复合材料，基体是主要承载物，基体的强度对非连续增强基复合材料具有决定性的影响。
③基体金属与增强物的相容性。
7、与树脂相比水泥基体的特征①水泥基体为多孔体系；②纤维与水泥的弹性模量比不大；③水泥基材的断裂延伸率较低，仅是树脂基体的1/10~1/20；④水泥基材中含有粉末或颗粒状的物料，与纤维呈点接触，故纤维的掺量受到很大限制；⑤水泥基材呈碱性，对金属纤维可起保护作用，但对大多数矿物纤维是不利的。
复合材料概论
σy －复合材料屈服强度；Gm －基体的切变模量； b － 为柏氏矢量； d － 颗粒直径；C － 常数
VP － 颗粒体积分数； Gp －颗粒的切变模量。
2、 弥散增强复合材料增强机制 基体是承受外来载荷的主要相；颗粒起着
阻碍基体位错运动的作用，从而降低了位错的流 动性。另外，复合材料中的裂纹的扩展在颗粒 前受阻，发生应力钝化或扩展路径发生偏转， 同样可以消耗较多的断裂能，提高材料的强度。
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 种广泛应用的较现代化复合材料。
TiB2纤维表面涂层SiCF / Ti复合材料界面SEM（黄线为连续线扫描）
3、界面残余应力及其表征 （1）界面残余应力
复合材料成型后，由于基体的固化或凝固发生 体积收缩或膨胀（通常为收缩），而增强体则体积 相对稳定使界面产生内应力，同时又因增强体与基 体之间存在热膨胀系数的差异，在不同环境温度下 界面产生热应力。这两种应力的加和总称为界面残 余应力。
三、复合材料的界面理论
1、界面润湿理论 界面润湿理论是基于液态树脂对纤维表面的浸润
亲和，即物理和化学吸附作用。 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。良好的或完全浸润可使 界面强度大大提高，甚至优于基体本身的内聚强度。
根据力的合成 ： L cos = S - SL 粘合功可表示为：WA = S + L - SL= L（1+ cos ） 粘合功WA最大时： cos =1，即 = 0，
《复合材料概论》课件
化学反应法：通过化学反 应将增强材料与聚合物结 合，形成复合材料。
金属基复合材料的制备
金属基复合材料的制备方法主要包括
这些制备方法的选择取决于所需的金属 基复合材料的性能和用途。
喷射沉积法：将增强材料与金属熔体一 起喷射并沉积在基体上，形成复合材料 。
《复合材料概论》课件
• 复合材料的定义与分类 • 复合材料的组成与结构 • 复合材料的制备方法 • 复合材料的性能与应用 • 复合材料的发展趋势与挑战
01
复合材料的定义与分类
定义
总结词
复合材料的定义是指由两种或两种以上材料组成的新材料，各组分之间具有显著的相界 面。
详细描述
复合材料是通过物理或化学的方法将两种或两种以上的材料结合在一起，形成一个新的 材料。这些原始组分在复合材料中保持相对独立，并能够共同发挥作用，以满足特定的
智能复合材料是指具有感知、响应和 自适应能力的复合材料，是未来复合 材料发展的重要方向之一。
纳米复合材料的研究
纳米技术的应用为复合材料的发展带 来了新的机遇，纳米复合材料在提高 材料性能、增强材料功能等方面具有 显著优势。
环保与可持续发展
绿色复合材料的推广
随着环保意识的提高，绿色复合材料在生产和使用过程中对环境的 影响越来越受到关注，推广绿色复合材料是可持续发展的必然要求。
改善界面性能是提高复合材料 性能的关键手段之一，可以通 过表面处理、偶联剂等方法来
实现。
03
复合材料的制备方法
聚合物基复合材料的制备
聚合物基复合材料的制备 方法主要包括
聚合物溶液法：将增强材 料浸渍在聚合物溶液中， 然后去除溶剂，形成复合 材料。
王国荣版复合材料概论的课件第一章总论
• C/C复合材料的真正实用化得益于多向编 织技术的出现和发展。20世纪60年代末期 出现了用于树脂基和碳基复合材料制造的 编织技术，并成功地完成了圆轮、空心圆 柱、平锥体结构的编织，此后，通过正确 选取和设计增强织物以满足复杂结构的需 要成为可能。今天C/C复合材料增强体可以 有二向、三向、五向、七向、十一向等多 种形式。特别是20世纪80年代，多维整体 编织技术的出现使得极大地发挥C/C复合材 料潜力成为可能。
章总论
• 第一代复合材料
• 美国S—994玻璃纤维拉伸强度高达4650 MPa， 这种高强度高模量价格低廉的复合材料在武器 装备、工业设备、车辆中广泛应用。国外发达 国家和军事强国也在高新技术领域、武器装备、 航天航空和车辆中大量采用这类复合材料，以 减轻质量、降低成本、增加装置或设备的功能 特性。是目前用量最大、技术最为成熟的低成 本复合材料之一。 王国荣版复合材料概论的课件第一
王国荣版复合材料概论的课件第一 章总论
复合材料概论主要内容
• 总论 • 基体 • 增强材料 • 树脂基复合材料 • 金属基复合材料 • 陶瓷基复合材料 • C/C复合材料
主要以介绍性能、成型方法、应 用
王国荣版复合材料概论的课件第一 章总论
考核方式
平时成绩占总成绩的30％ 理论部分考试，占总成绩的70％
王国荣版复合材料概论的课件第一 章总论
王国荣版复合材料概论的课件第一 章总论
1) 树脂基复合材料
• 第一代复合材料是以玻璃纤维增强复合材料为代 表，在20世纪50-60年代以“玻璃钢”的名称广泛应 用于军事、航天航空、兵器、船舶、化工、建筑、 汽车、电子电气等行业。后来逐步形成的“玻璃 钢”制造技术是树脂基复合材料的重大技术进步 和历史性变革，其产品质量有了质的飞跃，产品 由原来在附件上应用而后来逐步发展作为结构件 或受力结构件得王到国荣广版复泛合材料应概论用的课。件第一