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1、 复 合 材 料 学潘育松 副教授：15855419937E-mail: 王 静 教授：13855418833E-mail: 安徽理工大学材料科学与工程学院复合材料与工程教研室2012年9月目 录1、概述2、复合原理与界面 7、陶瓷基复合材料3、增强材料 8、水泥基复合材料4、基体材料 9、先进复合材料5、聚合物基复合材料 10、材料复合新技术 6、金属基复合材料 11、可靠性与无损评价 教材与参考书1、复合材料冯小明 重庆大学出版社2、复合材料科学与工程倪礼忠 科学出版社3、复合材料吴人洁 天津大学出版社。4、复合材料大全化学工业出版社5、现代复合材料中国物资出版社6、复合材料及其应用陕西科
2、学技术出版社 第1章 绪 论 1.1 材料科学的发展简史 材料是人类用来制造各种产品的物质，是人类生活和生产的物质基础。人类社会的发展伴随着材料的发明和发展。材料的发展历史石器陶瓷器青铜器铁器高分子材料复合材料1.1.1 中华民族对材料发展的重大贡献 一、石器的制造和使用 在人类的发展史上，最先使用的工具是石器。 中华民族的祖先用坚硬的燧石和石英石等天然材料制成石刀、石斧、石锄。石器 二、陶器与瓷器的发明和使用 新石器时代(公元前6000年公元前5000年)，中华民族的先人们用粘土烧制成陶器。 瓷器中国文化的象征 最早生产瓷器的国家。 东汉时期发明了瓷器。 于9世纪传到非洲东部和阿拉伯国家，1
3、3世纪传到.日本，15世纪传到欧洲。 瓷器成为中国文化的象征，对世界文明产生了极大的影响。 中国瓷器畅销全球，名誉四海。瓷器 三、我国劳动人民创造了灿烂的青铜文化 夏朝(公元前2140年始)以前我国青铜的冶炼就开始。 殷、西周时期已发展到很高的水平。制造各种工具、食器、兵器。兵器 从湖北隋县世界上最古老的青铜成分的文字记载 春秋战国时期周礼考工记：六分其金而锡居一，谓之钟鼎之齐(剂）；五分其金而锡居一，谓之斧斤之齐；四分其金而锡居一，谓之戈戟之齐；三分其金而锡居一，谓之大刃之齐；五分其金而锡居二，谓之削杀矢之齐；金、锡半，谓之鉴燧之齐。 我们的祖先已经认识到了青铜的成分、性能与应用之间的密切关
4、系。 四、铁器的生产和应用 青秋战国时期(公元前770年公元前221年)开始大量使用铁器。 从兴隆战国铁器遗址中发掘出了浇铸农具用的铁模。 冶铸技术已由泥砂造型水平进入铁模铸造的高级阶段。 西汉时期炼铁技术提高 采用煤作为炼铁的燃料，比欧洲早1700多年。 在河南巩县汉代冶铁遗址中，发掘出20多座冶铁炉和锻炉。炉型庞大，结构复杂，并有鼓风装置和铸造坑。生产规模壮观。 铁人 黄河镇河大铁牛(唐开元12年铸) 我国古代创造了三种炼钢方法从矿石中直接炼出自然钢。用这种钢做的剑在东方各国享有盛誉，东汉时传入了欧洲；西汉时期的经过“百次”冶炼锻打的百炼钢；南北朝时期生产的灌钢。先炼铁后炼钢的两步炼钢技术
5、我国要比其它国家早1600多年。 钢的热处理技术达到相当高的水平 西汉史记天官书：淬火工艺要点 “水与火合为淬” 钢铁生产工具的发展，对社会进步起了巨大的推动作用。 汉书王褒传：制剑技术 “巧冶铸干将之朴，清水淬其锋” 明代科学家宋应星天工开物: 论述钢铁的退火、淬火、渗碳工艺。 五、丝绸天然高分子材料 丝绸是一种天然高分子材料，在我国有着悠久的历史。 我国丝绸质地柔软，色彩鲜艳，美观华丽，光彩夺目。 于十一世纪传到波斯、阿拉伯、埃及，于1470年传到意大利的威尼斯，进入欧洲。 中国丝绸，名扬四海。1.2 新材料新工艺重大成果 一、新材料新工艺迅速发展 在当代，科学技术和生产飞跃发展。 材料、
6、能源与信息作为现代社会和现代技术的三大支柱，发展格外迅猛。 高分子材料迅速发展 从20世纪60年代到70年代，高分子材料每年以14的速度增长。到70年代中期，全世界的高分子材料和钢的体积产量已经相等； 陶瓷材料引人注目 陶瓷材料已用于制造机器零件和工程结构。 陶瓷具有许多特殊性能作为重要的功能材料(例如可作光导纤维、激光晶体等)。 陶瓷脆性和抗热震性正在逐步获得改善，是最有前途的高温结构材料。 耐磨陶瓷 绝缘陶瓷 复合材料前途广阔 技术和工业的发展对材料性能提出越来越高的要求。单一材料不能满足某些使用要求。复合材料越来越得到人们的重视。 玻璃纤维树脂复合材料 碳纤维树脂复合材料 在航空航天工业
7、中用于制造卫星壳体、飞机机身、螺旋桨等； 功能材料发展很快 超导材料、磁性材料、形状记忆材料、信息材料等各种功能材料有很大的发展。 光缆 磁浮列车（时速430公里） 二、我国在新材料新工艺的研究和应用 方面取得重大成果 研制成功性能优越、用途广泛的新型结构钢贝氏体钢；研制出零电阻温度为128.7 K的Tl-Ca-Ba-Cu-O超导体(铊系超导体)；材料快速成型技术和材料表面处理技术在我国得到迅速发展。激光表面淬火、激光熔涂技术已在汽车发动机缸套、凸轮轴、纺织用锭杆等零件的表面强化上得到应用。分层实体快速成形减速机箱体原型熔融沉积快速成形叶轮原型 化学气相沉积技术制造高硬度、高耐磨性的金黄色Ti
8、N薄膜, 用于耐磨零件和装饰件的表面处理。 我国汽车工业发展迅猛。 汽车材料需求迅速增加。 除金属材料外，高分子材料、陶瓷材料、复合材料在汽车中得到重要应用。 新型轿车 电动汽车 航空、航天事业迅速崛起，带动航空、航天材料的发展。 1966年我国成功发射人造卫星。 1999年我国载人航天工程试验飞船“神舟”一号飞行成功。 2003年中国第一艘载人飞船“神舟”五号飞行成功。2005年中国第二艘载人飞船“神舟”六号飞行成功。2008年中国第三艘载人飞船“神舟”七号飞行成功。 研制成功超7隐形战斗机，2003年8月30日首飞成功。 研制成功歼7E、歼10 战斗机。加强了国防力量。 研制潜艇、导弹核潜
9、艇，加强海军力量。 导弹核潜艇 1983年8月加入海军服役。装有12枚两级弹道导弹。导弹核潜艇 新型碳材料的研究方面取得许多新的成果，利用碳纳米管作为衬底, 制备出均匀、致密的金刚石薄膜，并用碳纳米管作为晶须增强复合材料，制作纳米复合材料。 碳纳米管的研究取得新成果碳纳米管碳纳米管的结构 材料科学和材料工程发展很快。 我们需要掌握材料科学的基本理论和基本知识，研究和发明新的材料和新的工艺，合理地使用各种工程材料，为四个现代化建设事业作出贡献。复合材料的应用领域科学中的复合思想复合是自然界的基本规律天然材料是最完美的材料， 人的心脏，75*60分*24小时*365天*80年 =3，153，600
10、，000跳/一生 该完美的特性就来源于复合与自修复 生命体是多层次意义上的复合体系：生命体基本单位-细胞，是细胞膜、细胞基质、细胞核的复合体，各自担任营养、信息表达和力学支撑的作用。即使细胞膜也是有磷脂双分子层，蛋白质组成的复合功能体系。 竹子维管束的体积分数从内到外沿径向非线性递增，力学性能与纤维体积分数呈现线性相关关系乌贼骨是一种多孔度达90,由甲壳素及蛋白质等有机分子预制的多层房架式结构2.复合是科学的基本思想 诺贝尔奖 白川英树 导电聚合物 vs导电复合材料 超分子科学：模拟自然，借鉴自然界自组装思想，人工合成新颖、稳定、功能上和技术上重要的复合材料The Materials Scie
11、nce Tetrahedron材料科学四面体结构 固有特性 制作方法 测定性能 使用性能性能价格比Cost(price)performance3. 材料的复合化是材料发展的基本趋势 飞机用材料的发展70年代后以铝、钛、钢硼或碳纤维增强的复合材料已成为飞机的基本结构材料。1903 年12月17日莱特兄弟的第一架飞机，木材、布和钢19101925年开始用钢管代替木材作机身骨架，用铝作蒙皮40-50年代末全金属结构飞机60年代出现3倍音速的SR-71全钛高空高速侦察机和不锈钢占机体结构重量 69的XB-70轰炸机。大飞机制造材料：70年代空客A300，复合材料占整架飞机的比重只有5%；06年面世超大
12、型飞机A380，复合材料的比重已达23%；2010年A350超宽客机，其高性能轻质结构达62%，成为空客公司第一架全复合材料机翼飞机。 飞机的机身前舱部分可整体使用复合材料成型 新材料技术是工业革命和产业发展的先导B-2隐形轰炸机 主体结构是钛复合材料，其它部分均由碳纤维和石墨等复合材料构成，不易反射。计划制造的绿色环保飞机，全部由纤维复合材料制成材料的表面温度()1700单晶合金 普通铸件 定向凝固超级合金 共晶合金 弥散强化超级合金隔热涂层 陶瓷复合材料 碳-碳新材料技术是工业革命和产业发展的先导叶片材料在发动机上应用的年份 纤维增强超级合金 纤维混凝土井盖 铸铁井盖 纤维聚合物井盖 1、概 述 一、定义 复合材料由两种或两种以上，物理化学性质不同的物质组合而成的多相固体材料，并具有复合效应。 各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的组成相： 增强相 - 纤维、晶须、颗粒。（不连续相） 基体相 - 金属、陶瓷、聚合物。（连续相）增强相：一般具有很高的力学性能（强度、弹性模量），及特殊的功能性。其主要作用是承受载荷或显示功能。基体相：保持材料的基本特性，如硬度、耐磨、耐热性等。主要作用是将增强相固结成一个整体，起传递和均衡应
