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1、第六章 复合材料 第一节 复合材料概述 第二节 复合材料的复合理论 第三节 复合材料的界面 第四节 典型的复合材料 知识要点 n复合原理 纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料 n增强原理 纤维增强树脂基复合材料、纤维增强金属 基复合材料 n增韧原理 纤维增强陶瓷基复合材料 纤维增强复合材料的复合原理（一） 外载荷与纤维方向一致 理想情况：复合材料中基体是连续的、均匀的，纤维的性质和 直径都是均匀的，并且连续排列，同时纤维与基体间为理想结 合，在界面上不发生滑移。 纤维与基体处于等应变状态： 纤维与基体处于等应变状态： 作用在复合材料上的总力： 纤维受到的应力： 基体受到的应力： Fc Fc Ac
2、 纤维所承受的载荷： 基体所承受的载荷： 总载荷作用在整个横截面上： Fc Fc Ac 复合材料的混合定律： 纤维与基体处于等应变状态： 复合材料弹性模量的混合定律： 纤维增强复合材料的复合原理（二） 外载荷与纤维方向垂直 FcFc 复合材料的应变量等于各组元 应变量与体积分数乘积之和： 复合材料、纤维和基体处于等应力状态： 纤维增强复合材料的复合原理（三） 混合原理在物理性能的应用 复合材料的密度： 复合材料沿纤维排 列方向的热导率： 复合材料沿纤维排 列方向的磁导率： 颗粒增强复合材料的复合原理 复合材料的密度的混合原理： 刚性纯颗粒增强的复合材料，上限值： 下限值： 复合材料的增强机理（
3、一） 纤维增强 n设计目标： 纤维增强树脂基复合材料、纤维增强金 属基复合材料提高室温和高温下的强 度和弹性模量 纤维增强陶瓷基复合材料提高基体材 料的韧性，即增韧 复合材料的增强机理（一） 纤维增强机理 n增强纤维脆性较大。细纤维是产生裂纹的几率降低， 有利于纤维脆性的改善和强度的提高 n纤维处于基体当中，彼此隔离，表面受到基体的保护 作用，不易受到损伤，使承载能力增强 n复合材料受到较大应力时，一些有裂纹的纤维可能断 裂，基体能阻止裂纹扩展 n纤维受载断裂时，纤维从基体中被拔出必须克服基体 对纤维的粘结力以及它们之间的摩擦力，使材料的抗 拉强度大大提高 复合材料的增强机理（一） 纤维增强应
4、注意的问题 n增强纤维的强度和弹性模量应比基体材料高 n基体和纤维之间要有一定黏结作用，具有适当的结合 强度 n纤维应有合理的含量、尺寸和分布 n纤维应与基体的线膨胀系数相匹配 n纤维与基体之间要有良好的相容性 复合材料的增强机理（二） 颗粒增强机理 n根据增强颗粒的大小，分 弥散增强复合材料（纳米级的细颗粒） 纯颗粒增强复合材料（微米级的颗粒） n弥散增强复合材料 增强材料：金属氧化物、碳化物、硼化物等 机理：弥散分布的硬颗粒阻碍位错的运动 n纯颗粒增强复合材料 增强材料：尺寸较小、分布均匀的颗粒 机理：借助于限制颗粒临近基体的运动，约束基体的 变形 复合材料的增韧机理（一） 纤维增韧 n纤
5、维增韧：由于定向、取向或无序排布的纤维的加入 ，陶瓷基复合材料韧度显著提高 n单相排布长纤维增韧 各向异性，使用纵向性能 增韧机理：纤维拔出、纤维断裂、裂纹转向 n多维多向排布纤维增韧 纤维排布方式：将纤维制成纤维布、纤维分层单向排 布 增韧机理：纤维拨出、纤维断裂、裂纹转向 复合材料的增韧机理（一） 纤维增韧 n短纤维增韧陶瓷基复合材料 要求：短纤维择优取向或定向排列 机理：纤维拔出、纤维断裂及裂纹转向 n晶须增韧陶瓷基复合材料 要求：优化界面强度 机理：晶须的拔出桥连、裂纹转向机制 复合材料的增韧机理（二） 颗粒增韧 n相变增韧 n裂纹转向和分叉增韧 机理：裂纹前沿遇到高强度的硬颗粒的 阻碍，使扩展方向片转和分叉 单斜ZrO2 1200C 1000 C 四方ZrO2
