《第一章 复合材料课件概论》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第一章 复合材料课件概论（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、LOGO复合材料湖南科技大学材料科学与工程系HNUST主要参考资 料HNU ST1、复合材料概论王荣国， 武卫莉等（哈尔滨工业大学出版社，1999）2、复合材料吴人洁（天津大学出版社，2000）3、复合材料冯小明，张崇才 (重庆大学出版社，2007)4、现代复合材料陈华辉， 邓海金， 李 明（中国物质出版社，1998）5、复合材料科学与工程倪礼忠，陈麒(科学出版社，2002)6、复合材料及其应用尹洪峰，任耘（陕西科学技术出版社,2003）7、新材料化学大卫。E。牛顿，吴娜等人译(上海科技文献出版社，2008) 8、先进复合材料鲁 云，朱世杰， 马鸣图 （机械工业已出版社，2004）主要内 容总
2、论总论1复合材料的基体材料复合材料的基体材料2复合材料的增强材料复合材料的增强材料3复合材料的界面复合材料的界面4HNU ST聚合物基复合材料聚合物基复合材料5金属基复合材料金属基复合材料6陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料78功能复合材料第一章 概 论材料的分类HNU ST克服单一材料的缺点 产生原来单一材料本身所没有的新性能复合材料复合材料的应用复合材料的应用1. 1. 在航天航空方面在航天航空方面2. 2. 在交通运输方面在交通运输方面3. 3. 在化学工业方面在化学工业方面4. 4. 在电气工业方面在电气工业方面5. 5. 在建筑工业方面在建筑工业方面6. 6. 在体育用品方面在体育用品方面
3、按复合后材料的性能按复合后材料的性能(1) 复合材料是由两种或更多的组分材料结合在一起，复合后的整体性能整体性能应超过组分材料，保留了所期望的性能(高强度、刚度、轻的重量)，抑制了所不期望的特性(低延性)。(2) 复合材料是多功能的材料系统，它们可提供任何单一材料所无法获得的特性；它们是由两种或多种成分不同，性质不同，有时形状也不同的相容性材料，以物理形式结合而成的。HNU ST 1.1 复合材料的定义按复合材料的结构按复合材料的结构HNU ST(1) 复合材料是两种或多种材料在宏观尺度上组合而成的一种有用的材料。(2) 复合材料就是两种或两种以上的不同化学性质或不同组织相的物质，以微观或宏观
4、的形式组合而成的材料。(3) 复合材料是不同于合金的一种材料，在合金中，每一种组分都保留着它们独立的特性，而构成复合材料时，仅取它们的优点而避开其缺点，从而获得一种改善了的材料。HNU STFL. Matthews和DRawlings认为，复合材料是两个或两个以上组元或组元或相组成的混合物相组成的混合物，并应满足下面三个条件：(1) 组元含量大于5；(2) 复合材料的性能显著不同于各组元的性能，(3) 通过各种方法混合而成。 钢铁及其合金不应属于复合材料，如CoCrMoSi合金不属于复合材料，因为这种合金经过熔化和凝固熔化和凝固过程；而仅有像SiC颗粒强化的Al合金这种混合而成的材料才属于复合
5、材料。因此有人认为可将复合材料划分为广义复合材料和狭义复合材料。HNU ST从广义上讲，复合材料是由两种或两种以上不同化学性质化学性质的组分组合而成的材料。但在现代材料学界中，复合材料专指由两种或两种以上不同相态相态的组分所组成的材料。 复合材料可定义为：用经过选择的、含一定数量比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。HNU ST复合材料应不包括自然形成的具有某些复合材料形态的物质、化合物、单相合金和多相合金。HNU ST国际标准化组织国际标准化组织由两种以上在物理和化学上不同的物质组合起来而得到的一种多相固体材料。 材
6、料科学技术百科全书材料科学技术百科全书复合材料是由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料。它既保留原组成材料的重要特色，又通过复合效应获得原组分所不具备的性能。可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联，从而获得更优越的性能，与一般材料的简便混合有本质区别。材料大辞典材料大辞典复合材料是根据应用的需要进行设计，把两种以上的有机聚合物材料，或无机非金属材料，或金属材料组合在一起，使之互补性能优势，从而制成的一类新型材料。一般由基体组元与增强材料或功能体组元所组成，因此亦属于多相材料范畴。因此，复合材料必须通过对原材料的选择，各组分分布的设计和工艺条件的保证
7、等，以使原组分材料的优点互相补充，同时利用复合材料的复合效应使之出现新的性能，最大限度地发挥优势。HNU STHNU ST 1.2 1.2 复合材料的特点复合材料的特点 由两种或两种以上不同性能的材料组元通过宏观或微观复合形成的一种新型材料，组元之间存在着明显的界面。 各组元不但保持各自的固有特性而且可最大限度发挥各种材料组元的特性，并赋予单一材料组元所不具备的优良持殊性能。 具有可设计性。HNU ST复合材料的结构通常是一个相为连续相，称为基体基体；而另一相是以独立的形态分布在整个连续相中的分散相，与连续相相比，这种分散相的性能优越，会使材料的性能显著增强，故常称为增强体增强体 (也称为增强
8、材料、增强相等)。在大多数情况下，分散相较基体硬，强度和刚度较基体大。分散相可以是纤维及其编织物，也可以是颗粒状或弥散的填料。在基体与增强体之间存在着界面。HNU ST 1.3 1.3 复合材料的命名复合材料的命名 强调基体时以基体材料的名称为主。如树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等。 强调增强体时以增强体材料的名称为主。如玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、陶瓷颗粒增强复合材料等。 基体材料名称与增强体材料并用。这种命名方法常用来表示某一种具体的复合材料，习惯上把增强体材料的名称放在前面，基体材料的名称放在后面。HNU ST例如：“玻璃纤维增强环氧树脂复合材料”，或简称为
9、“玻璃纤维/环氧树脂复合材料或玻璃纤维/环氧”。而我国则常把这类复合材料通称为“玻璃钢”。碳纤维和金属基体构成的复合材料叫“金属基复合材料”，也可写为“碳金属复合材料”。碳纤维和碳构成的复合材料叫“碳碳复合材料”。国外还常用英文编号英文编号来表示，如MMC（Metal Matrix Composite）表示金属基复合材料，FRP（Fiber Reinforced Plastics）表示纤维增强塑料。HNU ST 1.4 1.4 复合材料的分类复合材料的分类一、按增强材料形态分为四类1、连续纤维复合材料2、短纤维复合材料3、粒状填料复合材料4、纺织复合材料HNU ST二、按基体材料分为三类1、聚
10、合物基复合材料2、金属基复合材料3、无机非金属基复合材料HNU ST三、按增强材料种类分类1、玻璃纤维复合材料2、碳纤维复合材料3、有机纤维复合材料(芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、聚烯烃纤维等)4、金属纤维复合材料(钨丝、不锈钢丝等)5、陶瓷纤维复合材料6、混杂复合材料HNU ST四、按材料作用分为两大类1、结构复合材料：作为承力结构承力结构使用的复合材料，它基本上是由能承受载荷的增强体组元与能联接增强体成为整体承载，同时又起分配与传递载荷作用的基体组元构成。结构复合材料又可按基体材料类型基体材料类型和增强体材料类型增强体材料类型来分类。HNU ST聚合物基聚合物基复合材料金属基金属基复合
11、材料陶瓷基陶瓷基复合材料水泥基水泥基复合材料碳基碳基复合材料结构复合材料热固热固性树脂基 热塑热塑性树脂基 橡胶橡胶基 轻金属轻金属基 高熔点金属高熔点金属基 金属间化合物金属间化合物基高温陶瓷高温陶瓷基 玻璃玻璃基 玻璃陶瓷玻璃陶瓷基按基体类型基体类型分类HNU ST按增强体类型增强体类型分类结构复合材料叠层式叠层式复合材料片材增强片材增强复合材料颗粒增强颗粒增强复合材料纤维增强纤维增强复合材料人工人工晶片晶片天然天然片状物片状物微米微米颗粒颗粒纳米纳米颗粒颗粒非连续纤维非连续纤维复合材料复合材料连续纤维连续纤维复合材料复合材料晶须晶须增强复合材料增强复合材料短切纤维短切纤维增强复合材料增强
12、复合材料单向纤维单向纤维增强复合材料增强复合材料二维织物二维织物增强复合材料增强复合材料三维织物三维织物增强复合材料增强复合材料HNU ST2. 2. 功能复合材料：功能复合材料：指具备各种特殊物理与化学性能特殊物理与化学性能的材料。例如：声、光、电、磁、热、耐腐蚀、零膨胀、阻尼、摩擦、屏蔽或换能等。功能复合材料中的增强体增强体又可称为功能体组元功能体组元，它分布于基体组元基体组元中。功能复合材料中的基体基体不仅起到构成整体构成整体的作用，而且能够产生协同或加强功能协同或加强功能的作用。HNU ST(3) 陶瓷基复合材料及功能复合材料等尚处于研究阶段有不少科学技术问题有待解决1.5 1.5 复
13、合材料目前的状况复合材料目前的状况(1) 玻璃钢和树脂基复合材料 非常成熟 广泛的应用 (2) 金属基复合材料 开发阶段 某些结构件的关键部位HNU ST复合材料的整个发展过程整个发展过程可表示为：古代近代先进复合材料1.6 1.6 复合材料的发展概况复合材料的发展概况天然复合材料天然复合材料树木树木: : 纤维素、木质素和半纤维素纤维素、木质素和半纤维素的复合体;纤维素纤维素微原纤维微原纤维原纤维原纤维有序排列有序排列聚集聚集50%HNU ST木质素木质素（苯基丙烷的（苯基丙烷的3 3次聚合物）次聚合物）半纤维素（聚合程度稍低的纤维素）半纤维素（聚合程度稍低的纤维素）动物的骨骼动物的骨骼:
14、无机磷酸盐无机磷酸盐和蛋白质胶原蛋白质胶原复合而成。蛋白胶原质羟基磷灰石晶体多缩氨基 酸分子HNU STHNU ST 历史上的复合材料砖：一万年前，埃及罗马椭圆形竞技场都江堰西汉时期越王勾践剑西周时期敦煌壁画：泥胎、宫殿建筑里园木表面的披麻覆漆距今约1500年 Joseph Monier钢筋混凝土时代Henry Bessemer 钢铁的发明波特兰水泥 (硅酸盐水泥) J. Aspdin HNU ST近代复合材料 HNU ST学术界开始使用“复合材料”（composite materials ）一词大约是在20世纪40年代，第二次世界大战中，玻璃纤维增强聚酯树脂玻璃纤维增强聚酯树脂复合材料被美国
15、空军用于制造飞机构件开始算起，50年代得到了迅速发展。开辟了现代复合材料现代复合材料的新纪元。从20世纪60年代开始，开发出多种高性能纤维高性能纤维。 20世纪80年代以后，由于人们丰富了设计、制造和测试等方面的知识和经验，加上各类作为复合材料基体的材料的使用和改进，使现代复合材料现代复合材料的发展达到了更高的水平，即进入高性能复合材料高性能复合材料的发展阶段。复合材料发展的第一代复合材料发展的第一代：1940年到1960年，玻璃纤维增强塑料；1975年先进复合材料“碳纤维增强、及Kevler纤维增强环氧树脂复合材料”已用于飞机、火箭的主承力件上。HNU ST复合材料发展的第二代：复合材料发展
16、的第二代： 1960年到1980年，先进复合材料的发展时期1965年英国科学家研制出碳纤维；1971年美国杜邦公司开发出Kevler-49 （开芙拉-49 ）；复合材料发展的第三代：复合材料发展的第三代：1980年到1990年纤维增强金属基复合材料纤维增强金属基复合材料的时代，其中以铝基复合材料的应用最为广泛。复合材料发展的第四代复合材料发展的第四代: : 1990年至今多功能复合材料多功能复合材料，如机敏（智能）复合材料机敏（智能）复合材料和梯度功能材料等梯度功能材料等。随着新型复合材料的不断涌现，复合材料不仅应用在导弹、火箭、人造卫星等尖端工业中，在航空、汽车、造船、建筑、电子、桥梁、机械、医疗和体育等各个部门都得到应用。HNU ST1.7 重大事件与复合材料HNU ST雅马萨基1） 摩天大楼的兴起与复合材料2） 世贸大楼简介3） 世贸大楼坍塌引发的材料学问题？坍塌原因：连锁反应？怎么建才结实：高强、轻质材料？有毒烟雾：环保阻燃材料？如何逃生：自发光材料2009年2
