陶瓷基复合材料要点
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对信息技术提供服务：信息获得、处
理、储存、传输和执行
对提高人类生活质量作出贡献：
改善舒适性、提高安全性、提高人类
健康水平等。
8
复合材料新的生长点和有待深入研究、开拓的问题
未来复合材料发展的新领域
发展功能、多功能、机敏、智能复合材料 纳米复合材料 仿生复合材料
基础理论、设计和制备方法的深化、开拓与创新
4
按基体分：
金属基复合材料MMC 木质基复合材料
有机材料基复合材料
橡胶基 聚合物基复合材料PMC 热塑性树脂 树脂基 热固性树脂
复合材料
水泥或混凝土基复合材料
无机非金属基复合材料 陶瓷基复合材料CMC
5
按增加体分：
分散强化复合材料 片晶增强复合材料 颗粒增强复合材料 颗粒状分散复合材料
单向纤维强化复合材料
陶瓷基复合材料
1
陶瓷基复合材料
第一章 绪论
第二章 复合材料的基本理论
第三章 原材料及特性
第四章 陶瓷基复合材料的制备方法
第五章 界面与表面
2
第一章 绪 论
复合材料的分类
复合材料在21世纪中应起的作用 复合材料新的生长点和有待深入
研究、开拓的问题
3
复合材料的分类—定义
定义1：把两种以上不同的原材料组成，使原材 料的性能得到充分发挥，并通过复合化而得到单 一材料所不具备的性能 的材料。 定义2：把一些个体典型或基本的特性组合，而得 到的物质。 定义3：经过一定的操作，将复数个原材料合体， 或者是由复数个相生成，且具有比原材料优异的 性能的材料。 共同特点： （1）两种以上不同的化学相 （2）具有每个组分所不具备的优良性能
并联： Ec Em f m Er f r Em (1 f r ) Er f r 串联：
1 Ec
fm Em
fr Er
Em f m E r (1 f r ) Em Er
18
由复合化理论计算的复合材料特性的上限与下限
19
以弹性论为基础的复合法则
复合材料的两种解析模型 a—两相模型 b —三相模型
复合材料的 整体性能
16
增强原理
分散相的形状可以由形数比（即形状尺
As：aspect ratio）来描述。 As→∞为连续 棒状，对应于连续纤维，1＜ As ＜ ∞为 棒状，对应于不连续的纤维， As≈1为球 状，对应于颗粒。
17
连续纤维增强
对于As→∞的场合，最简单的是将其简化
为二维层板模型，有并联和串联两种考虑方 式。在忽略泊松比影响的情况下，复合材料 的弹性模量可以表示为：
21
物理性能的复合法则
-----传递特性（乘积特性）
构成复合材料的两种以上原材料的不同
性能。 假定X作为输入时产生输出（Y/X）； 而Y 又作为第二次的输入，产生输入出Z （Z/Y），这样就相当于产生了连销反应， 从而引出新的机能（Z/X）。
22
举例1：对材料施加磁场而产生电流。如具有压电作结构 的钛酸钡BaTiO与磁滞伸缩铁氧体NiFe2O4的微细 粉末烧结而成的复合材料。对该材料施加磁场时, 会在铁氧体中产生压力，此压力传递到钛酸钡， 就会在复合材料中产生电场。 举例2：将X射线变换为可见光的材料。有机材料蒽 (C14H10）可以将X射线变换为可见光而发出荧光， 但是由于构成蒽的元素的原子序数小，对X射线的 吸收能力低，因此将X射线变换成可见光的效率也 低，为了提高其对X射线的吸收能力，将会含有原 子序数较大的原子的PbCl2与蒽混合而成的复合材 料。当X射线照射复合材料时其结果为，X射线首 先与PbCl2颗粒作用而产生二次电子，接着二次电 子再使蒽分子受激励产生可见光，达到复合效果。
力学性能的复合准则
增强原理：弥散增强和颗粒增强、连续增强 以弹性论为基础的复合法则 物理性能的复合法则 加和特性 传递特性 结构敏感特性
15
复合材料组织与性能之间的关系
材料的微观组织 ﹡形状、分散程度 ﹡体积分数 ﹡几何学特征
复合材料的 基本理论
原材料的性能 ﹡力学性能 ﹡物理性能 ﹡界面状态
量子隧道效应等，这些效应使纳米复合材料不仅有
优良的力学性质而且会产生光学、排线性光学、光
化学和电学的功能作用。 （1）有机—无机纳米复合材料 将无机纳米粒子引入有机聚合物——电磁流变液 （2）无机——无机纳米复合材料
12
仿生复合材料 天然的生物材料——基本上都是复合材 料 竹子——以管式纤维构成
20
物理性能的复合法则
-----加和特性
复合材料的加和特性主要由原材料的组合形 状和体积分数决定。相当于力学性能中的弹性 模量、线膨胀率等结构不敏感特性。 复合法则为：
P c
(P )
i 1 i
N
n
Vi
式中Pc为复合材料的特性，Pi为构成复合材料的原 材料特性，Vi为构成复合材料的原材料的体积分数， n由实验确定，其范围为-1 ﹤ n ﹤ 1
智能复合功能
功能复合材料的最高形式，在机敏复合材料基础上向自 决策能力上的发展。依靠在外部信息中处理系统增加的 工人智能系统，对信息进行分析，给出决策，指挥执行 材料做出优化动作——对材料的传感部分和执行部分的 灵敏度、精确度和响应速度提出了更高的要求。
11
纳米复合材料
纳米效应—表面及界面效应、量子尺寸效应、宏观
多功能复合材料
兼具功能与结构的复合材料。如美国的军用飞机即具有 自我保护的隐身功能又有好的结构性能。
10wenku.baidu.com
机敏复合材料
具有能感知外界作用而且作出适当反应的能力。将传感 功能材料和具有执行功能的材料通过某种基体复合在一 起，并且连接外部信息处理系统，把传感器给出的信息 传达给执行材料，使之产生相应的动作——构成机敏复 合材料及系统。
复合材料基础理论问题：
界面问题、可靠性问题
复合材料新的设计和制备方法
9
功能复合材料
电功能方面——有导电、超导、绝缘、半导电、压电等 磁功能方面——有永磁、软磁、磁屏蔽和磁致伸缩等 声功能方面——有吸声、声纳、抗声纳等
机械功能方面——有阻尼减振、自润滑、防弹装甲等
化学功能方面——有吸附与分离、抗腐蚀等
复合材料
连续纤维复合材料
非编织纤维层 二维、三维编织纤维层
纤维状分散复合材料
短纤维 不连续纤维复合材料 晶须 随机排列 定向排列
随机排列
定向排列 6
按性能分：
聚合物基复合材料
金属基复合材料
无机非金属基复合材料
功能基复合材料
纳米基复合材料
梯度基复合材料
7
复合材料在21世纪中应起的作用
贝壳——无机质成分与有机质成分呈层
状交替叠层构成
13
复合材料基础理论问题：
界面问题：表征方法、界面设计、界面改性、界 面残余应力等。 可靠性问题：制约复合材料发展的关键问题与其 组分、设计、加工工艺和环境等密 切相关。
复合材料新的设计和制备方法：
新型设计方法 新的制备方法
14
第二章 复合材料的基本理论
理、储存、传输和执行
对提高人类生活质量作出贡献：
改善舒适性、提高安全性、提高人类
健康水平等。
8
复合材料新的生长点和有待深入研究、开拓的问题
未来复合材料发展的新领域
发展功能、多功能、机敏、智能复合材料 纳米复合材料 仿生复合材料
基础理论、设计和制备方法的深化、开拓与创新
4
按基体分：
金属基复合材料MMC 木质基复合材料
有机材料基复合材料
橡胶基 聚合物基复合材料PMC 热塑性树脂 树脂基 热固性树脂
复合材料
水泥或混凝土基复合材料
无机非金属基复合材料 陶瓷基复合材料CMC
5
按增加体分：
分散强化复合材料 片晶增强复合材料 颗粒增强复合材料 颗粒状分散复合材料
单向纤维强化复合材料
陶瓷基复合材料
1
陶瓷基复合材料
第一章 绪论
第二章 复合材料的基本理论
第三章 原材料及特性
第四章 陶瓷基复合材料的制备方法
第五章 界面与表面
2
第一章 绪 论
复合材料的分类
复合材料在21世纪中应起的作用 复合材料新的生长点和有待深入
研究、开拓的问题
3
复合材料的分类—定义
定义1：把两种以上不同的原材料组成，使原材 料的性能得到充分发挥，并通过复合化而得到单 一材料所不具备的性能 的材料。 定义2：把一些个体典型或基本的特性组合，而得 到的物质。 定义3：经过一定的操作，将复数个原材料合体， 或者是由复数个相生成，且具有比原材料优异的 性能的材料。 共同特点： （1）两种以上不同的化学相 （2）具有每个组分所不具备的优良性能
并联： Ec Em f m Er f r Em (1 f r ) Er f r 串联：
1 Ec
fm Em
fr Er
Em f m E r (1 f r ) Em Er
18
由复合化理论计算的复合材料特性的上限与下限
19
以弹性论为基础的复合法则
复合材料的两种解析模型 a—两相模型 b —三相模型
复合材料的 整体性能
16
增强原理
分散相的形状可以由形数比（即形状尺
As：aspect ratio）来描述。 As→∞为连续 棒状，对应于连续纤维，1＜ As ＜ ∞为 棒状，对应于不连续的纤维， As≈1为球 状，对应于颗粒。
17
连续纤维增强
对于As→∞的场合，最简单的是将其简化
为二维层板模型，有并联和串联两种考虑方 式。在忽略泊松比影响的情况下，复合材料 的弹性模量可以表示为：
21
物理性能的复合法则
-----传递特性（乘积特性）
构成复合材料的两种以上原材料的不同
性能。 假定X作为输入时产生输出（Y/X）； 而Y 又作为第二次的输入，产生输入出Z （Z/Y），这样就相当于产生了连销反应， 从而引出新的机能（Z/X）。
22
举例1：对材料施加磁场而产生电流。如具有压电作结构 的钛酸钡BaTiO与磁滞伸缩铁氧体NiFe2O4的微细 粉末烧结而成的复合材料。对该材料施加磁场时, 会在铁氧体中产生压力，此压力传递到钛酸钡， 就会在复合材料中产生电场。 举例2：将X射线变换为可见光的材料。有机材料蒽 (C14H10）可以将X射线变换为可见光而发出荧光， 但是由于构成蒽的元素的原子序数小，对X射线的 吸收能力低，因此将X射线变换成可见光的效率也 低，为了提高其对X射线的吸收能力，将会含有原 子序数较大的原子的PbCl2与蒽混合而成的复合材 料。当X射线照射复合材料时其结果为，X射线首 先与PbCl2颗粒作用而产生二次电子，接着二次电 子再使蒽分子受激励产生可见光，达到复合效果。
力学性能的复合准则
增强原理：弥散增强和颗粒增强、连续增强 以弹性论为基础的复合法则 物理性能的复合法则 加和特性 传递特性 结构敏感特性
15
复合材料组织与性能之间的关系
材料的微观组织 ﹡形状、分散程度 ﹡体积分数 ﹡几何学特征
复合材料的 基本理论
原材料的性能 ﹡力学性能 ﹡物理性能 ﹡界面状态
量子隧道效应等，这些效应使纳米复合材料不仅有
优良的力学性质而且会产生光学、排线性光学、光
化学和电学的功能作用。 （1）有机—无机纳米复合材料 将无机纳米粒子引入有机聚合物——电磁流变液 （2）无机——无机纳米复合材料
12
仿生复合材料 天然的生物材料——基本上都是复合材 料 竹子——以管式纤维构成
20
物理性能的复合法则
-----加和特性
复合材料的加和特性主要由原材料的组合形 状和体积分数决定。相当于力学性能中的弹性 模量、线膨胀率等结构不敏感特性。 复合法则为：
P c
(P )
i 1 i
N
n
Vi
式中Pc为复合材料的特性，Pi为构成复合材料的原 材料特性，Vi为构成复合材料的原材料的体积分数， n由实验确定，其范围为-1 ﹤ n ﹤ 1
智能复合功能
功能复合材料的最高形式，在机敏复合材料基础上向自 决策能力上的发展。依靠在外部信息中处理系统增加的 工人智能系统，对信息进行分析，给出决策，指挥执行 材料做出优化动作——对材料的传感部分和执行部分的 灵敏度、精确度和响应速度提出了更高的要求。
11
纳米复合材料
纳米效应—表面及界面效应、量子尺寸效应、宏观
多功能复合材料
兼具功能与结构的复合材料。如美国的军用飞机即具有 自我保护的隐身功能又有好的结构性能。
10wenku.baidu.com
机敏复合材料
具有能感知外界作用而且作出适当反应的能力。将传感 功能材料和具有执行功能的材料通过某种基体复合在一 起，并且连接外部信息处理系统，把传感器给出的信息 传达给执行材料，使之产生相应的动作——构成机敏复 合材料及系统。
复合材料基础理论问题：
界面问题、可靠性问题
复合材料新的设计和制备方法
9
功能复合材料
电功能方面——有导电、超导、绝缘、半导电、压电等 磁功能方面——有永磁、软磁、磁屏蔽和磁致伸缩等 声功能方面——有吸声、声纳、抗声纳等
机械功能方面——有阻尼减振、自润滑、防弹装甲等
化学功能方面——有吸附与分离、抗腐蚀等
复合材料
连续纤维复合材料
非编织纤维层 二维、三维编织纤维层
纤维状分散复合材料
短纤维 不连续纤维复合材料 晶须 随机排列 定向排列
随机排列
定向排列 6
按性能分：
聚合物基复合材料
金属基复合材料
无机非金属基复合材料
功能基复合材料
纳米基复合材料
梯度基复合材料
7
复合材料在21世纪中应起的作用
贝壳——无机质成分与有机质成分呈层
状交替叠层构成
13
复合材料基础理论问题：
界面问题：表征方法、界面设计、界面改性、界 面残余应力等。 可靠性问题：制约复合材料发展的关键问题与其 组分、设计、加工工艺和环境等密 切相关。
复合材料新的设计和制备方法：
新型设计方法 新的制备方法
14
第二章 复合材料的基本理论