【课件】层状复合材料PPT
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目前，各种各样的含铝废塑料沦为生活垃圾，废弃量愈来愈大。
在这些含铝废塑料中，有纯度高达99.9%的电解铝箔、纸板及各 种塑料。
在资源日益匾乏和环保意识愈来愈强的今天，如能有效回收利用 这些废弃物中的铝和塑料，不仅可以带来可观的经济效益，而且 还可以净化环境。
含铝废塑料焚烧处理时，在热分解过程中，其中的塑料 会裂解，释放出大量的有害气体甚至二恶瑛等致癌物质。
填埋处置也会对环境造成危害，首先是侵占有限的耕地； 其次，塑料的降解系数小，需要很长的时间才能分解殆 尽，塑料易造成土壤板结，影响植物吸收养料和水分。
碾碎的铝塑复合膜经雨水长期冲刷会进入土壤和地下水 中，会影响植物根系对养分的吸收，而贵金属离子则可 能直接造成污染。
图4 镁合金表面自然氧化膜结构示意图
图2 双金属扎制示意图
图3 爆炸复合法示意图
1-2 层状复合材料分类
复合材料可以按照使用功能、增强相的几何形态或 基体材料的性质进行分类。
按照使用功能要求分为结构复合材料和功能复合材 料；按照基体材料的性质，复合材料分为金属基复 合材料和非金属基复合材料。
按照层状复合材料韧性程度可划分为柔性层状复合 材料和刚性层状复合材料。
结合使用功能分类
层合板，如三聚氰胺树脂层合板。 双金属复合材料，如铜/铝、钢/铜、铜/钼/铜等。 金属-陶瓷层状复合材料 ，如阳极氧化、微弧氧化
陶瓷保护层金属材料。 铝塑、铝纸复合材料，如铝塑包装材料、铝塑复合
管、铝塑复合板。
1-3 层状复合材料基本特点
要求复合材料性能好、寿命长、安全可靠，具有更高的强度、韧 性和更小的比重，或者具有优良的耐热性和耐腐蚀性，而且价格 低。
铝塑复合膜板是铝与塑料、牛皮纸纸板经热压或冷压复合而成， 机械性能好，很容易加工成型，形状可以做成板膜，也可以是 罐袋。
高档铝塑、铝纸复合材料已占据了包装和装饰行业相当大的市 场份额，且每年都在大幅递增。
铝塑、铝纸复合材料广泛用于食品、药品、烟草、装饰和化工 等行业的产品包装。
含铝塑料具有质量轻、耐磨性好、热稳定性佳、易加工成形等特 点，己深入到社会生活的方方面面，给人们带来不少便利，同时 也带来了诸多问题。
层状复合材料
主讲人：陈 刚 江苏大学材料学院
颗粒增强铝基复合材料
图1 颗粒增强铝基复合材料的显微组织和XRD分析结果
复合轧辊
铜包铝线
树与年轮
铝塑复合板
本课程的主要内容
第1章 绪论 第2章 层合板 第3章 双金属复合材料 第4章 金属-陶瓷层状复合材料 第5章 金属-高分子层状复合材料
1）性能互补：不同性能互补，如将高硬度材料与高韧性材料层状 复合后制成性能互补的复合板。
2）表层保护作用：用耐热、耐腐蚀、耐磨的材料作复合板的表层 起到保护作用。
3）利用材料物理性能的差异：如利用热膨胀系数不同的材料制作 热敏元件和利用导热和膨胀系数不同复合成的电子封装材料。
4）经济效益：稀贵金属与廉价金属复合以节约稀贵元素或贵金属。
性能好、寿命长、安全可靠，具有更高的强度、韧性和 更小的比重，或者具有优良的耐热性和耐腐蚀性。
具有多孔结构，能够按照要求进行污染小、成本低的着色封 孔处理，可以为进一步涂覆的有机涂层，如油漆、涂料等提 供优良基底，能满足太空飞船、卫星等用镁合金对光学性能 等的特殊要求。
与油漆、搪瓷以及其它化学转化膜如铬酸盐转化膜、磷酸Hale Waihona Puke Baidu 转化膜等相比更经久耐用。
当使用寿命结束时，膜层易去除，有利于基体金属的循环利 用。
图5
a）200 ℃膨胀石墨
b）PE-LLD/ L TEG复合材料
聚乙烯/膨胀石墨插层型复合材料
工艺特点
利用各种传统工艺，同时在传统工艺的基础上又形成新的工 艺。如，铜/钢的电镀方法，铜/铝的包覆焊-拉拔工艺等。
对两种材料的复合，有些工艺涉及第三种物质，有些工艺则 完全不涉及。
性能特点
层状复合材料中的“层”，可以是单向无纬布、浸胶纤 维布，如玻璃纤维布、碳纤维布或棉布、合成纤维布、 石棉布等；
也可以是片状材料，如纸张、木材以及铝箔等；
也有人将双金属层合片、涂覆金属和夹层玻璃归于层状 复合材料。
层状复合材料在其层面方向可以提供优良的性能。
通过几种物理性能相异材料的相互复合，获得良好性能并不 困难。
阳极氧化，就是以欲处 理的金属为阳极，以不 锈钢、铁、镍或者导电 性电解池本身为阴极， 在适当的电解质溶液中， 在控制工艺参数如电压、 电流密度类型和幅值以 及电解质溶液组成、浓 度、温度等的条件下进 行电解，从而在基体金 属表面获得兼具保护性、 装饰性及功能性膜层的 方法。
氧化膜与基体金属结合力强、电绝缘性好、光学性能优良、 耐热冲击、耐磨损、耐腐蚀。
原理—工艺—检测—回收
课程学习与考核
特点：定性、半定量描述与争议。 方式：课堂学习与课后钻研相结合。
（涉及的面广，需要补充学习）
教学：课堂提问与课后作业。 考核：平时成绩30%+期末闭卷考试。
第1章 绪论
层状复合材料定义 层状复合材料分类 层状复合材料基本特点 层状复合材料应用与发展简介
结构特点
双层、三层、多层结构，根据需要通过物理结合实现， 层与层之间界面清晰。
Kovar/Cu/Kovar电子封装材料是一种三层结构的层状复合 材料。它的芯是无氧铜，两面复合厚度相同的可伐合金 板。
广义上讲，在显微尺度上具有上述结构的材料也可以称 为层状复合材料，但由于涉及的种类太多，且宏观尺度 上不再具有层状结构，如分子插层复合材料，本课程不 包括这方面的内容。
1-1 层状复合材料定义
在现代材料学中，复合材料专指由两种或两种以上不同相 态的组分所组成的材料，是用经过选择的、含有一定数量 的两种或两种以上的组分（或称组元），通过人工复合， 组成多相、三维结合且各相之间有明显界面的、具有特殊 性能的材料。
层状复合材料 （Laminated Composite），是指复合材料中 的增强相分层铺叠，即按相互平行的层面配置增强相，各 层之间通过基体材料连接。
在这些含铝废塑料中，有纯度高达99.9%的电解铝箔、纸板及各 种塑料。
在资源日益匾乏和环保意识愈来愈强的今天，如能有效回收利用 这些废弃物中的铝和塑料，不仅可以带来可观的经济效益，而且 还可以净化环境。
含铝废塑料焚烧处理时，在热分解过程中，其中的塑料 会裂解，释放出大量的有害气体甚至二恶瑛等致癌物质。
填埋处置也会对环境造成危害，首先是侵占有限的耕地； 其次，塑料的降解系数小，需要很长的时间才能分解殆 尽，塑料易造成土壤板结，影响植物吸收养料和水分。
碾碎的铝塑复合膜经雨水长期冲刷会进入土壤和地下水 中，会影响植物根系对养分的吸收，而贵金属离子则可 能直接造成污染。
图4 镁合金表面自然氧化膜结构示意图
图2 双金属扎制示意图
图3 爆炸复合法示意图
1-2 层状复合材料分类
复合材料可以按照使用功能、增强相的几何形态或 基体材料的性质进行分类。
按照使用功能要求分为结构复合材料和功能复合材 料；按照基体材料的性质，复合材料分为金属基复 合材料和非金属基复合材料。
按照层状复合材料韧性程度可划分为柔性层状复合 材料和刚性层状复合材料。
结合使用功能分类
层合板，如三聚氰胺树脂层合板。 双金属复合材料，如铜/铝、钢/铜、铜/钼/铜等。 金属-陶瓷层状复合材料 ，如阳极氧化、微弧氧化
陶瓷保护层金属材料。 铝塑、铝纸复合材料，如铝塑包装材料、铝塑复合
管、铝塑复合板。
1-3 层状复合材料基本特点
要求复合材料性能好、寿命长、安全可靠，具有更高的强度、韧 性和更小的比重，或者具有优良的耐热性和耐腐蚀性，而且价格 低。
铝塑复合膜板是铝与塑料、牛皮纸纸板经热压或冷压复合而成， 机械性能好，很容易加工成型，形状可以做成板膜，也可以是 罐袋。
高档铝塑、铝纸复合材料已占据了包装和装饰行业相当大的市 场份额，且每年都在大幅递增。
铝塑、铝纸复合材料广泛用于食品、药品、烟草、装饰和化工 等行业的产品包装。
含铝塑料具有质量轻、耐磨性好、热稳定性佳、易加工成形等特 点，己深入到社会生活的方方面面，给人们带来不少便利，同时 也带来了诸多问题。
层状复合材料
主讲人：陈 刚 江苏大学材料学院
颗粒增强铝基复合材料
图1 颗粒增强铝基复合材料的显微组织和XRD分析结果
复合轧辊
铜包铝线
树与年轮
铝塑复合板
本课程的主要内容
第1章 绪论 第2章 层合板 第3章 双金属复合材料 第4章 金属-陶瓷层状复合材料 第5章 金属-高分子层状复合材料
1）性能互补：不同性能互补，如将高硬度材料与高韧性材料层状 复合后制成性能互补的复合板。
2）表层保护作用：用耐热、耐腐蚀、耐磨的材料作复合板的表层 起到保护作用。
3）利用材料物理性能的差异：如利用热膨胀系数不同的材料制作 热敏元件和利用导热和膨胀系数不同复合成的电子封装材料。
4）经济效益：稀贵金属与廉价金属复合以节约稀贵元素或贵金属。
性能好、寿命长、安全可靠，具有更高的强度、韧性和 更小的比重，或者具有优良的耐热性和耐腐蚀性。
具有多孔结构，能够按照要求进行污染小、成本低的着色封 孔处理，可以为进一步涂覆的有机涂层，如油漆、涂料等提 供优良基底，能满足太空飞船、卫星等用镁合金对光学性能 等的特殊要求。
与油漆、搪瓷以及其它化学转化膜如铬酸盐转化膜、磷酸Hale Waihona Puke Baidu 转化膜等相比更经久耐用。
当使用寿命结束时，膜层易去除，有利于基体金属的循环利 用。
图5
a）200 ℃膨胀石墨
b）PE-LLD/ L TEG复合材料
聚乙烯/膨胀石墨插层型复合材料
工艺特点
利用各种传统工艺，同时在传统工艺的基础上又形成新的工 艺。如，铜/钢的电镀方法，铜/铝的包覆焊-拉拔工艺等。
对两种材料的复合，有些工艺涉及第三种物质，有些工艺则 完全不涉及。
性能特点
层状复合材料中的“层”，可以是单向无纬布、浸胶纤 维布，如玻璃纤维布、碳纤维布或棉布、合成纤维布、 石棉布等；
也可以是片状材料，如纸张、木材以及铝箔等；
也有人将双金属层合片、涂覆金属和夹层玻璃归于层状 复合材料。
层状复合材料在其层面方向可以提供优良的性能。
通过几种物理性能相异材料的相互复合，获得良好性能并不 困难。
阳极氧化，就是以欲处 理的金属为阳极，以不 锈钢、铁、镍或者导电 性电解池本身为阴极， 在适当的电解质溶液中， 在控制工艺参数如电压、 电流密度类型和幅值以 及电解质溶液组成、浓 度、温度等的条件下进 行电解，从而在基体金 属表面获得兼具保护性、 装饰性及功能性膜层的 方法。
氧化膜与基体金属结合力强、电绝缘性好、光学性能优良、 耐热冲击、耐磨损、耐腐蚀。
原理—工艺—检测—回收
课程学习与考核
特点：定性、半定量描述与争议。 方式：课堂学习与课后钻研相结合。
（涉及的面广，需要补充学习）
教学：课堂提问与课后作业。 考核：平时成绩30%+期末闭卷考试。
第1章 绪论
层状复合材料定义 层状复合材料分类 层状复合材料基本特点 层状复合材料应用与发展简介
结构特点
双层、三层、多层结构，根据需要通过物理结合实现， 层与层之间界面清晰。
Kovar/Cu/Kovar电子封装材料是一种三层结构的层状复合 材料。它的芯是无氧铜，两面复合厚度相同的可伐合金 板。
广义上讲，在显微尺度上具有上述结构的材料也可以称 为层状复合材料，但由于涉及的种类太多，且宏观尺度 上不再具有层状结构，如分子插层复合材料，本课程不 包括这方面的内容。
1-1 层状复合材料定义
在现代材料学中，复合材料专指由两种或两种以上不同相 态的组分所组成的材料，是用经过选择的、含有一定数量 的两种或两种以上的组分（或称组元），通过人工复合， 组成多相、三维结合且各相之间有明显界面的、具有特殊 性能的材料。
层状复合材料 （Laminated Composite），是指复合材料中 的增强相分层铺叠，即按相互平行的层面配置增强相，各 层之间通过基体材料连接。