复合材料学习资料

2、抗疲劳性能好 碳纤维增强 材料-1可达b的70~80%。因纤 维对疲劳裂纹扩展有阻碍作用。
3、减振性能良好 复合材料中 的大量界面对振动有反射吸收 作用，不易产生共振。
4、高温性能好。
\ \ \
比 强 度 比 较 碳 硼 玻钛 钢 铝 纤纤璃 维维纤 树树维 脂脂树 脂
几种典型先进复合材料和常用材料性能对比
命名：增强物名在前，基体名在后，如碳 纤维环氧复合材料。
复合材料的组成
增强相
界面相
一维：长纤维、短纤维和晶须 二维：碎片纳米材料 三维：粒子
基体相
陶瓷基 金属基 高聚物基
复合材料是多相材料，主要包括基体相和增强相。
基体相是一种连续相，它把改善性能的增强相材料固 结成一体，并起
传递应力的作用。
碳化物金属陶瓷作为工具 材料已被广泛应用，称作 硬质合金。硬质合金通常 以Co、Ni作为粘结剂， WC、TiC等作为强化相。
硬质合金组织(Co+WC) 硬质合金铣刀
硬质合金主要有钨钴 (YG)和钨钴钛(YT) 两类。牌号中，YG 后的数字为含Co量， YT后的数字为碳化 钛含量。
硬质合金硬度极高， 且热硬性、耐磨性好， 一般做成刀片，镶在 刀体上使用。
与金属等各向同性材料相比，纤维增强复合材料具 有极其明显的各向异性，主要表现在平行于纤维方 向的增强性能极其明显，而在垂直于纤维方向则不 显著。
第二节 粒子与层状增强复合材料
一、粒子增强复合材料
粒子增强复合材料是将粒子 高度弥散地分布在基体中， 使其阻碍导致塑性变形的位 错运动(金属基体)和分子链 运动(聚合物基体)。
硬质合金模具 硬质合金轴承刀具
二、层状复合材料
层状复合材料是指在 基体中含有多重层片 状高强高模量增强物 的复合材料。
这种材料是各向 异性的(层内两 维同性)。如碳 化硼片增强钛、 胶合板等。
层状陶瓷复合材料断口形貌 三明治复合
双金属、表面涂层等也是层状复合材料。 结构层状材料根据材质不同，分别用于飞机制造、
增强相起承受应 力（结构复合材 料）和显示功能 (功能复合材料) 的作用。
纤维增强高分子复合材料
复合材料的应用-飞机上用
增韧石墨 石墨
混杂复合材料 玻璃纤维
GLARE蒙皮用于A380飞机的上机身蒙皮
超级跑车 车身大量应用碳纤维复合材料
第一节 概述
一、复合材料的分类
1、按基体材料分类，可分为聚合
1.6
7.6
220
10.5
-
4.0
碳化硅纤维/ 2.0
1.5
7.5
130
6.5
260
2.6
环氧
石墨纤维/铝 2.2
0.8
3.6
231
10.5
-
2.0
钢
7.8
1.4
1.8
210
2.7
-
12
铝合金
2.8
0.5
1.7
77
2.8
-
23
钛合金
4.5
1.0
2.2
110
2.4
-
9.0
尼龙6
1.2 0.07
0.06
什么是连续纤维增强复合材料？
连续纤维在基体中呈同向平行等距排列的复 合材料叫单向连续纤维增强的复合材料。
图14-1 单向连续纤维增强复合 材料示意图
单向复合材料的强度和刚度都随方向而改变，有五个特征强度： （1）纵向抗拉强度、（2）纵向抗压强度、 （3）横向抗拉强度、（4）横向抗压强度、 （5）面内抗剪强度。
这种复合材料是各向同性的。
卫星用颗粒增强铝 基复合材料零件
聚合物基粒子复合材料如酚 醛树脂中掺入木粉的电木、 碳酸钙粒子改性热塑性塑料 的钙塑材料(合成木材)等。
陶瓷基粒子复合材料如氧化 锆增韧陶瓷等。
粒子增强SiC陶瓷基复合材料
颗粒增强铝基泡沫复合材料
碳黑增强橡胶
金属基粒子复合材料又称 金属陶瓷，是由钛、镍、 钴、铬等金属与碳化物、 氮化物、氧化物、硼化物 等组成的非均质材料。
正应力拉长，垂直收缩和
剪切变形；
剪切力剪切变形，并产生
伸长和收缩。
第三节 纤维增强复合材料
纤维增强复合材料是指以各种金属和非金属作为基
体，以各种纤维作为增强材料的复合材料。 一、纤维增强复合原则
在纤维增强复合材料中，纤维是材料 主要承载组分，其增强效果主要取决 碳
纤
于纤维的特征、纤维与基体间的结合 维 强度、纤维的体积分数、尺寸和分布。
材料
碳纤维(高 强)/环氧
密度 拉伸强度 比强度 拉伸模量 比模量 冲击强度 线胀系数
(g/cm3) (GPa) 107(mm) (GPa) 109(mm) (kg·cm/cm 10-6(℃-1)
2)
1.6
1.8
11.3
128
8.0
76
0.2
芳纶/环氧 1.4
1.5
10.7
80
5.7
200
1.8
硼纤维/环氧 2.1
运输及包装等。
有TiN涂层的 高尔夫球头
铝
合
层 状 复 合
金 蜂 窝 夹 层
板
复合材料的变形
常规材料：均质，各正向应力同拉性长；，垂直收缩；
复合材料：
剪切力剪切变形。
①非均质，性能是位置的函数。
②各两之向种间异的载性耦荷，形合性作式能用和是主收同两是缩方；方种正，向剪向变交与正切的形各各应力函形向向力 剪数式异同拉 切。性长 变材， 形料垂 ，不直 与 性材料在非主方E向和受v无到关正，应G力独立。 时的特点。
复合材料
复合材料是由两
种或两种以上化
学性质或组织结
复
构不同的材料组
合
材
合而成的材料。
料 船
体
什么是复合材料？
用两种或两种以上的不同性能、不同形态的固相 组分材料，以微观或宏观的形式通过复合手段组 合而成的一种多相材料，具有与其组成物质不同 的新的性能。 基体相-连续的，粘结、支持、保护增强物和传递 应力作用。 增强相-分散的，被基体包围，承受载荷作用。 近代复合材料主要有纤维增强复合材料和粒子增 强复合材料。
2.7
0.02
12
40
纤维增强复合材料的特点
由于纤维材料的嵌入，使材料的性能有了极其明显 的改善。例如在聚苯乙烯塑料中加入玻璃纤维后， 抗拉强度可从600MPa 提高到 1000MPa，弹性模量 从3000MPa提高到8000MPa，– 40C下的冲击强度 可提高10倍。碳纤维环氧树脂基体复合材料，其弹 性模量比基体材料提高了约60倍，强度提高了30倍。
物基、陶瓷基Fra Baidu bibliotek金属基复合材料。 SiC颗粒
增
2、按增强相形状分类，可分为纤
强 相
维增强复合材料、粒子增强复合材
三 种
类
料和层状复合材料。
Al2O3片
型
3、按复合材料的性能分类，可分
为结构复合材料和功能复合材料。
Al2O3纤维
二、复合材料的特点
1、比强度和比模量高 其中纤 维增强复合材料的最高。