复合材料研究及其应用毕业论文第1章引言 11.1 概述 11.2复合材料的定义 1第2章复合材料的性能及分类 42.1复合材料的特点 42.2复合材料的命名 52.3复合材料的分类 52.4复合材料的基本性能 92. 5聚合物基体的性能特点 92.6 界面 1第3章关于复合材料的发展前景 133.1复合材料的前景分析 133.2复合材料的发展方向 13第4章我国复合材料工业的发展概况184.1发达国家对复合材料的研究发展方向 184.2我国对复合材料的研究发展方向及其成果 184.3技术与产品开发取得的重大进步 184.4我国复合材料的发展潜力和热点 18参考文献 27281.1概述复合材料技术是一门应用性很强的新技术，但应用的实践中也发现复合材料 的成本较高，特别是制造成本较高，形成了其进一步发展应用的主要障碍有鉴 于此，该问题引起了世界各国的普遍重视，以美国为首的西方发达国家纷纷制定 了低成本的复合材料发展研究计划，并认真执行，现已取得了明显效果复合材 料技术发展的低成本化乃是当今世界复合材料技术发展的核心问题1.2复合材料的定义要给复合材料下一个严格精确而又统一的定义是很困难的概括前人的观 点，有两种偏重考虑：复合后材料的性能和复合材料的结构。
1. 2.1偏重于考虑复合后材料的性能（1 ）复合材料是由两种或更多的组分材料结合在一起，复合后的整体性能应超 过各组分材料，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1. 2. 2偏重于考虑复合材料的结构诸如：（1）复合材料是两种或多种材料在宏观尺度上组合而成的材料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F. L. Matthews和R. D. Rawl ings认为，复合材料是两个或两个以上组元 或相组成的混合物，并应满足下而三个条件：(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按这Matthews和Rawlings给出的定义，钢铁及其合金不应属于复合材料， 如Co—Cr—Mo—Si合金不属于复合材料，因为这种合金经过熔化和凝固过程； 而仅有像SiC颗粒强化的A1合金这种混合而成的材料才属于复合材料。
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1.2.3广义上定义复合材料从广义上讲，复合材料是由两种或两种以上不同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上述复合材料的定义较易被普遍接受，它不仅明确指出复合材料是“通过 人工复合的”和“有特殊性能的”材料，而且还指明了复合材料的组分、结构特 点及与其他种材料(如简单混合物、化合物、合金)的特征区别1.2.4复合材料的范围根据上述复合材料的定义，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吴人洁教授“在复合材料的未來发展” 一文中指出：复合材料将由宏观复合 形式向微观(细观)复合形式发展微观复合材料包括：均质材料在加工过程中内 部析出的增强相和剩余的基体相构成的原位复合材料或纤维增强复合材料，也包 括用纳米级增强体的复合材料以及刚强棒状分子增强的分子复合材料等综上所述，复合材料定义所阐述的主要有两点，即组成规律和性能持征。
1.2.5国际标准以及参考专业文献(1) 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2) 《材料科学技术百科全书材料科学技术百科全书》中关于复合材料的定 义如下：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，乂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3) 《材料大辞典》中关于复合材料的定义为：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 范畴第2章复合材料的性能及分类2.1复合材料的特点根据《材料大辞典》中关于复合材料的定义可以看出，复合材料具有两个鲜明的 特点：1、 复合材料不仅能保持原组分的部分优点，而且产生原组分所不具备的新性能2、 复合材料具有可设计性由于各种原材料都具有各自的优点和缺点，所以在 组合时可能出现如下图所示的结果。
3、 复合材料是以人工制造而非天然形成的（区别于具有某些复合材料形态特征 的天然物质）；4、 组成复合材料的某些组分在复合后仍然保持其固有的物理和化学性质（区别 于化合物和合金）；5、 复合材料的性能取决于各组成相性能的协同复合材料具有新的、独特的和 可用的性能，这种性能是单个组分材料性能所不及或不同的；6、 复合材料是各组分之间被明显界面区分的多相材料材料A 材料B最差组合最佳组合材料优、缺点组合示意图2.2复合材料的命名复合材料在世界各国还没有统一的名称和命名方法，比较共同的趋势是根据增强 体和基体的名称来命名，通常有以下三种情况：1、 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2、 强调增强体吋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3、 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而，基体材料的名称放在后而例如：“玻璃纤维增强环氧树脂复合材料”，或简称为“玻璃纤维/环氧树脂复合 材料或玻璃纤维/环氧碳纤维和金属基体构成的复合材料，也简称为“碳/金属复合材料”。
碳纤维和碳构成的复合材料简称为“碳/碳复合材料”4、 国外还常用英文编号来表示，MMC (Metal Matrix Composite)金属基复合材料FRP (Fiber Reinforced Plastics)表示纤维增强塑料,GF/Epoxy或G/Ep表示玻璃纤维/环氧复合材料，2.3复合材料的分类1、 按材料的化学性质分类，有金属材料、非金属材料之分2、 按物理性质分类，有绝缘材料、磁性材料、远光材料、半导体材料、导电材 料等3、 按用途分类，有航空材料、电工材料、建筑材料、包装材料等2. 3.1按增强材料形态分类(1) 纤维增强复合材料：a. 连续纤维复合材料：作为分散相的长纤维的两个端点都位于复合材料的边界 处；b. 非连续纤维复合材料：短纤维、晶须无规则地分散在基体材料中；(2) 颗粒增强复合材料：微小颗粒状增强材料分散在基体中；（3）板状増强体、编织复合材料：以平面二维或立体三维物为增强材料与基体复合而成其他增强体：层叠、骨架、 涂层、片状、天然增强体复合材料结构示意图a）层叠复合b）连续纤维复合c）细粒复合d）短切纤维复合纤维增强复合材料纤维增强复合材料分为以下五种：① 玻璃纤维复合材料；A、热塑性玻璃钢玻璃纤维为增强相，以热塑性树脂为基体。
E、热固性玻璃钢玻璃纤维为增强相和以热固性树脂为基体② 碳纤维复合材料；A、碳纤维复合材料：作基体的树脂，冃前应用最多的是环氧树脂、酚醛树脂和 聚四氟乙烯E、碳纤维碳复合材料：用有机基体浸渍纤维坯块，固化后再进行热解，或纤维 坯型经化学气相沉积，直接填入碳C、碳纤维金属复合材料：主要用于熔点较低的金属或合金，如在碳纤维表面镀 金属，制成了碳纤维金属复合材料D、 碳纤维陶瓷复合材料：我国研制了一种碳纤维石英玻璃复合材料③ 有机纤维（芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、聚烯坯纤维等）复合材料; 例如，硼纤维是由硼气相沉积在钩丝上来制取的A、 硼纤维树脂复合材料：基体主要为环氧树脂、聚苯并咪卩坐和聚酰亚胺树脂等B、 硼纤维金属复合材料：常用的基体为铝、镁及其合金，还有钛及其合金等④ 金屈纤维（如钩丝、不锈钢丝等）复合材料；作增强纤维的金属主要是强度较高的高熔点金属鹄、钳、钢、不锈钢、钛、皱等, 它们能被基体金属润湿，也能增强陶瓷A、金属纤维金属复合材料：研究较多的增强剂为钩钮丝，基体为银合金和钛合 金E、 金属纤维陶瓷复合材料：利用金属纤维的韧性和抗拉能力改善陶瓷的脆性⑤ 陶瓷纤维（如氧化铝纤维、碳化硅纤维、硼纤维等）复合材料。
2. 3.2按材料作用分类①结构复合材料；结构复合材料主要是作为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棊体 组元构成结构复合材料分类：A •按基体类型分类j私固性树脂基聚合物基复合材料1懑塑性树脂基I橡胶基j轻金属基金属基复合材料］高熔点金属基I金属间化合物基结构复合材料陶瓷基复合材料高温陶瓷基 玻璃基玻璃陶瓷基水泥基复合材料J磴基复合材料B.按增强体类型分类厂叠层式复合材料片材増强复合材料结构复合材叫颗粒增强复合材料去然片状物竝颗粒纳米颗粒r不连续纤维复合材料・晶须增强复合材料纤维増强复合材料珂I短切纤维増强复合材料（单向纤维増强复合材料 、连续纤维増强重合材剧二维织物増强复合材料i三维纽物增强复合材料结构复合材料的特点：可根据材料在使用中受力的要求进行组元选材和增强体排布设计，从而充分发挥各组元的效能 ②功能复合材料具备各种特殊物理与化学性能的复合材料例如：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乂可称为功能体组元，它分布于基体组元中功能 复合材料中的基体不仅起到构成整体的作用，而且能够产生协同或加强功能的作 用。
2.4复合材料的基本性能1、 比强度、比模量高比强度为抗拉强度与密度Z比比强度高的材料能承受高的应力比模量为弹性模量与密度之比比模量高说明材料轻而且刚性大2、 耐疲劳性能好疲劳破坏的种类不同比如金属：突发性破坏、疲劳强度极限是其拉仲强度的30%-50%而聚合物基复合材料：有预兆破坏极限为拉伸强度的70%-80%o3、 减震性好受力结构的自震频率有关因素：结构形状同吋，复合材料中的基体界面具有吸 震能力，使材料的震动阻尼很高，即使激起振动也能很快衰减4、 过载安全性在纤维复合材料中，由于有大量独立的纤维，在每平方厘米而积上的纤维数少至 几千根，多达数万根当过载时，复合材料中即使有少量纤维断裂时，载荷就会 迅速重新分配到未被破。