复合材料-课件1

§1-3 复合材料的定义
复合材料(composite materials):由两 种或两种以上不同性能、不同形 态的组分通过复合工艺组合而成 的一种多相材料，它既保持了原 组分材料的主要特点又显示了原 组分材料所没有的新性能。
智能材料（Smart Materials或者Intelligent Material
System）
智能材料是模仿生命系统，能感知环境变化并能实时地改变自身的 一种或多种性能参数，作出所期望的、能与变化后的环境相适应的复合 材料。 智能材料是一种集材料与结构、智然处理、执行系统、控制系统和 传感系统于一体的复杂的材料体系。构成智然材料的基本材料组元有压 电材料、形状记忆材料、光导纤维、电（磁）流变体、磁致伸缩材料和 智然高分子材料等。 研究重点： （1） 智能材料概念设计的仿生学理论研究 （2） 材料智然内禀特性及智商评价体系的研究 （3） 耗散结构理论应用于智能材料的研究 （4） 机敏材料的复合-集成原理及设计理论 （5） 智能结构集成的非线性理论 （6） 仿人智然控制理论
先进陶瓷材料是指采用精制的高 纯、超细的无机化合物为原料及先 进的制备工艺技术制造出的性能优 异的材料。制造的产品可以分别具 有压电、铁电、导电、半导体、磁 性等或具有高强、高韧，高硬、耐 磨。耐腐蚀、耐高温、高热导、绝 PTC陶瓷与压电陶瓷元件 热或良好生物相容性等优异性能。
先进陶瓷材料
研究热点包括陶瓷材料的 强韧化技术、纳米陶瓷材料的 制备合成技术、先进结构陶瓷 材料体系的设计以及电子陶瓷 材料的高匀、超细技术。



国务院关税税则委员会关于2011年关税实施方 案的通知》（金属钕的出口关税税率由15%提 高至25%
纳米材料：主要是纳米材料制备与应用关键技术，
固态量子器件制备及纳米加工与组装技术。
Space elevator
Carbon Nanotubes
神奇玻璃能自洁
TiO2, 光触媒，在受到 大于二氧化钛能隙宽度 的光线照射时（例如紫 外光），内部电子会被 激发，与空气的氧气和 水分子发生作用，产生 负氧离子和氢氧自由基。 透明度，价格



鉴真大师的塑像是由麻布（增强体）和油漆 （基体） 的复合体，是古代复合材料的成功范例。
2008年5月10日，国家主席胡锦涛与奈良地方官员一 起为鉴真大师铜像揭幕。
鉴真坐像回乡“省亲”揭幕仪式
扬州大明寺方丈与日本东大寺管长 在鉴真像前举行法会。
大明寺
先进复合材料
• 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 1965年英国科学家研制出碳纤维 1971年美国杜邦公司开发出开芙拉-49 1975年先进复合材料“碳纤维增强、及开芙拉纤维增强环 氧树脂复合材料” 用于飞机、火箭的主承力件上。 • 第三代：1980年到1990年，碳纤维增强金属基复合材料 以铝基复合材料的应用最为广泛。 • 第四代：1990年以后，主要发展多功能复合材料， 如智能复合材料和梯度功能材料等。
微型燃料电池模型
新能源材料主要包括镍氢电池材料、 锂离子电池材料、太阳能电池材料以 及反应堆核能材料等。当前的研究热 点和技术前沿包括高能储氢材料、聚 合物电池材料、中温固体氧化物燃料 电池电解质材料、多晶薄膜太阳能电 池材料等。 硅 太 阳 能 电 池
生态环境材料（Ecomaterials）
特点：消耗的资源和能源少，对生态和环境污染小，再 生利用率高，而且从材料制造、使用、废弃直到再生循环利 用的整个寿命过程，都与生态环境相协调。 主要包括：环境相容材料，如纯天然材料（木材、石材 等）、仿生物材料（人工骨、人工器脏等）、绿色包装材料 （绿色包装袋、包装容器）、生态建材（无毒装饰材料等）； 环境降解材料（生物降解塑料等）；环境工程材料，如环境 修复材料、环境净化材料（分子筛、离子筛材料）、环境替 代材料（无磷洗衣粉助剂）等。 发展方向：再生聚合物（塑料）的设计、材料环境协调性 评价的理论体系、降低材料环境负荷的新工艺、新技术和新 方法等。
唐代高僧鉴真和尚

公元753年12月20日，66岁高龄并且双目失明的鉴真 和尚历尽千辛万苦，东渡扶桑，弘扬佛法、传播文化 ;

1980年4月14日，鉴真大师塑像第一次回扬州“返里 探视”。
2008年5月10日，胡锦涛访问奈良，专程到唐招提寺 的鉴真和尚御庙前，拜谒鉴真墓。 2010年11月24日，来自日本奈良东大寺鉴真坐像第 二次回扬州老家“省亲”。
主要教学内容
第一章 复合材料的发展概况及趋势 第二章 复合材料的增强体 第三章 聚合物基复合材料 第四章 金属基复合材料 第五章 陶瓷基复合材料 第六章 仿生复合材料 第七章 纳米复合材料 第八章 材料复合新技术 第九章 复合材料的界面及优化设计 第十章 复合材料的可靠性与无损评价 第十一章 复合材料与环境
“哥伦比亚”航天飞机起飞 时隔热片曾被撞击
“哥伦比亚” 穿越大气层解体时的图像
新型金属材料：交通运输用轻质高强材料，能源动
力用高温耐蚀材料，新型有序金属间化合物的脆性控 制与韧化技术以及高可靠性生产制备技术。
终结者
金属玻璃(Metallic Glasses)
金属玻璃比钢强度高3倍，弹性大10倍。
二、本课程的基本要求：
通过本课程的学习，使学生了解复合材料 的发展趋势和技术前沿，掌握现代先进复合 材料的种类、制备技术及各种加工工艺，为 发展新型复合材料及其制备技术，解决复合 材料加工过程中的技术问题开拓新思路，奠 定基础。
三、考核方法 课堂出勤率20％，读书学习报告20％，期末 考试60％ 四、参考教材：

自动清洁和消毒的洗衣机、 电冰箱和空调
纳米材料的奇特用途
能看电影的衣服
－OLED 定点杀死癌细胞的纳米药物 轻巧结实的材料 不会被刮花的汽车 －纳米瓷 透明涂料 （奔驰汽车）
新能源材料
新能源和再生清洁能源技术是21 世纪世界经济发展中最具有决定性影 响的技术领域之一，新能源包括太阳 能、生物质能、核能、风能、地热、 海洋能等一次能源以及二次电源中的 氢能等。
材料的设计、制备与评价技术：

材料智能合成与制备技术，材料表面改性 技术的低成本化途径与批量生产技术，原 位复合技术、仿生技术、原子尺度上的设 计与排布技术，材料微观结构的模型化技 术、智能化控制及动态实时监测分析技术， 不同层次的材料设计、性能预测和评价表 征新技术。
发展过程：古代－近代－先进复合材料 §1-2 复合材料的发展历史
西北工业大学 张立同院士
新型功能材料
研究热点包括：纳米功能 材料、纳米晶稀土永磁和稀 土储氢合金材料、大块非晶 材料、高温超导材料、磁性 形状记忆合金材料 、磁性高 分子材料、金刚石薄膜的制 备技术等。
20/28-碳的碳笼结构具 有金刚石一样的硬度
稀土金属
稀土就是化学元素周期表中镧系元素—镧（La）、铈 （Ce）、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆 (Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱 (Yb)、镥(Lu)，以及与镧系的15个元素密切相关的两个元 素—钪（Sc）和钇（Y）共17种元素，称为稀土元素，简 称稀土。
稀土提纯样品
“中东有石油，中国有稀土”。稀土曾是让国人倍感 自豪的优势资源，而今却略显尴尬。由于国际市场的压 价行为，以牺牲环境为代价开采出来的稀土资源降到 “白菜价”。
AIM-9“响尾蛇”系列导弹的红外引导头关键部分使 用锑化铟材料制造 稀土是制造“灵巧炸弹”精密制导武器、雷达夜视镜等 武器装备不可缺少的元素
美国武器制造方面对稀土 依赖程度非常高
美国宙斯盾系统雷达使用 由中国稀土所制磁铁

国际稀土之争白热化 日欧美结盟施压中国; 稀土开发伴随环境污染,中国基于环保节约等考 虑实施稀土管制 中国打响“稀土保卫战” 设立国家级“特区”, 我国首设稀土矿国家规划区矿区划定江西赣州; 商务部降低2011年首批稀土配额11.4%,部分企 业的出口配额甚至减少了三成;

第一章 复合材料的发展概况及趋势
§1-1 新材料发展的若干技术前沿
先进复合材料：复合材料按用途主要可分为结构复合材料
和功能复合材料两大类。未来复合材料的研究方向主要集中 在纳米复合材料、仿生复合材料和发展多功能、机敏、智然 复合材料等领域。 飞机的结构件采用了环氧碳纤维 材料，其中飞机的狭长机翼采用了 最硬的碳纤维，而表层是由环氧碳 纤维和芳纶蜂窝组成的三明治结构。 该飞机的环氧碳纤维是由英国 Advanced Composite公司专门为此设 计的LTM45系列预浸布，具有低温固 化，无需进入高压罐固化的特性。 “环球飞行者(Global Flyer)”
超薄二氧化钛镀膜(40 nm) 能够分解有机污垢
防皮肤癌的化妆品

奥克斯尼卡公司几 个月前推出一款产 品，因为它含有钛 氧化物纳米粒子， 可以在长达8小时 的时间内有效地抵 挡UVA和UVB
干净新鲜的衣物

美国NanoHorizons公 司，SmartSilver


抵抗微生物和细菌侵蚀
防菌绷带
陶高 瓷性 电能 容低 器温 烧 结
研究前沿：信息功能陶瓷的新制备技术和多功能化及
系统集成技术，高性能陶瓷薄膜、异质薄膜的制备、 集成与微加工技术，结构陶瓷以及复合材料的补强、 韧化技术，先进陶瓷的低成本、高可靠性、批量化制 备技术。
耐高温长寿命抗氧化陶瓷基 复合材料
此项目研制的连续纤维增韧碳化硅 陶瓷基复合材料是国际上公认的反 映一个国家先进航空航天器制造能 力的新型热结构材料，这也使我国 成为继法国和美国之后第三个掌握 此技术的国家。
•《复合材料》 吴人洁主编，天津大学出版社，2000。 •《现代复合材料》陈华辉 等 编著，中国物资出版社， 1998 •《聚合物基复合材料及工艺》，王汝敏，郑水蓉，郑亚萍 编著，科学出版社，2004。 •《先进复合材料》，鲁云等主编，机械工业出版社，2004 •《复合材料科学与工程》 倪礼忠等编著，科学出版社， 2002。
我国从1958年开始发展复合材料 • 首先在航空航天技术和军事上应用, 如导弹、
火箭、人造卫星等尖端工业中， • 复合材料也成为发展高技术的关键材料。 • 还广泛应用于汽车工业、化工、纺织、精密仪器、 造船、建筑、电子、桥梁、医疗、建筑、体育运 动器材等领域。
例： 波音757的机翼和机身复合材料整流包皮、直升飞机中能量吸 收结构部件等。 F117隐性飞机－－全复合材料 体育器材――金牌有科学家的一半
天然复合材料 －树木和竹子： 纤维素和木质素的复合体 －动物骨骼： 无机磷酸盐和蛋白质胶原复合而成 人类：使用 、效仿 半坡人－－草梗合泥筑墙，且延用至今 漆器－－麻纤维和土漆复合而成，至今已四千多年 敦煌壁画－－泥胎、宫殿建筑里园木表面的披麻覆漆， 鉴真塑像 近代，复合材料的发展始于20世纪40年代，第二次世界大战中，玻 璃纤维增强聚酯树脂复合材料被美国空军用于制造飞机构件开始 算起。50年代得到了迅速发展。
生物医用材料
生物医用材料是一类用于诊断、治疗或替换人体 组织、器官或增进其功能的新型高技术材料。 按材料组成和性质分为医用金属材料、医用高分 子材料、生物陶瓷材料和生物医学复合材料等。按应 用生物医用材料分类为可降解与吸收材料、组织工程 材料与人工器官、控制释放材料、仿生智然材料等。 发展方向主要为：（1） 改进和发展生物医用材料 的生物相容性评价；（2） 研究新的降解材料；（3） 研究具有全面生理功能的人工器官和组织材料；（4） 研究新的药物载体材料；（5） 材料表面改性的研究、
复合材料（1）
王贤保 教授
课题组网站：/wxbketizu
Email:
wxb@
2011年春季
课程介绍
一、该课程的性质和任务： 专业指选课。介绍材料领域国际前沿的研 究进展，系统地讲授复合材料的基础理论和 发展概况，展示21世纪复合材料领域的新概 念、新理论、新技术和正在开拓中的研究领 域；本课程主要介绍新型复合材料，阐述复 合材料新的设计、制备方法和复合技术。