1、復(fù)合材料學(xué)課件 主要內(nèi)容：了解復(fù)合材料的發(fā)展史；了解復(fù)合材料的定義；了解復(fù)合材料的分類；了解復(fù)合材料的特性。第一篇 緒論 第1章 復(fù)合材料的特性1.1.1 材料的發(fā)展與人類社會的進步材料是人類社會進步的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)，是人類進步的里程碑。石器時代；青銅器時代；鋼鐵時代二十世紀中后期以來，高分子、陶瓷材料崛起以及復(fù)合材料的發(fā)展，又給人類帶來了新的材料和技術(shù)革命，樓房可以越蓋越高、飛機越飛越快，同時人類進入太空的夢想成為了現(xiàn)實。當(dāng)前材料、能源、信息和生物技術(shù)是現(xiàn)代科技的三大支柱，它會將人類物質(zhì)文明推向新的階段。 二十一世紀將是一個新材料時代。1.1 序言現(xiàn)代高科技的發(fā)展更緊密地依賴于新材料的發(fā)展；

2、同時也對材料提出了更高、更苛刻的要求?，F(xiàn)代高技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是航空、航天和海洋開發(fā)領(lǐng)域的發(fā)展對材料提出了越來越苛刻的要求。例如，航天飛機等空間飛行器，空間飛行器的發(fā)動機，現(xiàn)代武器系統(tǒng)，要求材料質(zhì)輕、高強、高韌、耐熱、抗疲勞、抗氧化、抗腐蝕、吸波、隱身、抗穿甲性等特性。很明顯，傳統(tǒng)的單一材料無法滿足以上綜合要求，當(dāng)前作為單一的金屬、陶瓷、聚合物等材料雖然仍在不斷日新月異地發(fā)展，但是以上這些材料由于其各自固有的局限性而不能滿足現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要。1.1.2 復(fù)合材料的提出玻璃纖維繩碳纖維繩陶瓷刀具戰(zhàn)車導(dǎo)彈1.1.3 復(fù)合材料的發(fā)展歷史和意義：（1）復(fù)合材料的發(fā)展歷史實際上，在自然界就存在著

3、許多天然的復(fù)合物。例如天然的許多植物竹子、樹木等就是自生長長纖維增強復(fù)合材料；人類肌肉 / 骨骼結(jié)構(gòu)也是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)原理。稻草加粘土（非連續(xù)纖維增強復(fù)合材料）作為建筑材料砌建房屋墻壁。在現(xiàn)代，復(fù)合材料的應(yīng)用更比目皆是，與日常生活和國民經(jīng)濟密不可分。如由沙石、鋼筋和水泥構(gòu)成的水泥復(fù)合材料；玻璃纖維增強塑料（玻璃鋼）。 生命體是多層次意義上的復(fù)合體系該完美的特性就來源于復(fù)合與自修復(fù)生命體基本單位細胞，是細胞膜、細胞基質(zhì)、細胞核的復(fù)合體，各自擔(dān)任營養(yǎng)、信息表達和力學(xué)支撐的作用。即使細胞膜也是有磷脂雙分子層，蛋白質(zhì)組成的復(fù)合功能體系。（2）復(fù)合材料的意義 現(xiàn)代高科技的發(fā)展更是離不開復(fù)合材料。 例如：火

4、箭殼體材料對射程的影響， 飛行器減輕一公斤所取得的經(jīng)濟效益與飛行速度 航空發(fā)動機材料發(fā)展預(yù)測如下圖1 火箭殼體材料對射程的影響1.2 復(fù)合材料的定義、特征與命名1.2.1 復(fù)合材料的定義（復(fù)合材料有著不同的定義方式。 ）“由兩種以上不同的原材料組成，并使原材料的性能得到充分發(fā)揮，通過復(fù)合化而得到單一材料所不具備的性能。 ”（ 島 村昭治 . 未來拓先端材料，工業(yè)調(diào)查會，1982 ）“把一些個體典型或基本的特性組合，而得到的物質(zhì)。”（余永寧 等 譯. 金屬基復(fù)合材料導(dǎo)論，北京，冶金工業(yè)出版社，1996 ）“由兩種以上異質(zhì)、異形、異性的材料復(fù)合而成的新型材料。”（吳人潔，復(fù)合材料，天津大學(xué)出版社，

5、2000）“經(jīng)過一定的操作，將復(fù)數(shù)個原材料合體，或者是由復(fù)數(shù)個相生成，且具有比原材料優(yōu)異的性能?！保ㄏ愦?豐，八田博志. 基復(fù)合材料，承風(fēng)社，1990 ）ISO定義為是：兩種或兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組合而成的一種多相固體材料。復(fù)合材料的一種較認可的定義：由兩個或兩個以上獨立的物理相（基體材料和分散材料），包含粘結(jié)材料和粒料、纖維或片狀材料組成的一種固體產(chǎn)物。1.2.2 復(fù)合材料的特點： 1）由兩種或多種不同性能的組分通過宏觀或微觀復(fù)合在一起的新型材料，組分之間存在著明顯的界面。 2）各組分保持各自固有特性的同時可最大限度地發(fā)揮各種組分的優(yōu)點，賦予單一材料所不具備的優(yōu)良特殊性能。 3）

6、復(fù)合材料具有可設(shè)計性。1.2.3 復(fù)合材料的基本結(jié)構(gòu)模式復(fù)合材料基體+增強劑（由基體和增強劑兩個組分構(gòu)成）基體：構(gòu)成復(fù)合材料的連續(xù)相；增強劑（增強相、增強體）：復(fù)合材料中獨立的形態(tài)分布在整個基體中的分散相，這種分散相的性能優(yōu)越，會使材料的性能顯著改善和增強。增強劑（相）一般較基體硬，強度、模量較基體大，或具有其它特性?？梢允抢w維狀、顆粒狀或彌散狀。增強劑（相）與基體之間存在著明顯界面。 說明：復(fù)合材料（Composite Materials ），以后簡稱CM注意：所研究的CM與化合材料、混合材料的區(qū)別。主要體現(xiàn)在：多相體系和復(fù)合效果是復(fù)合材料區(qū)別于傳統(tǒng)的“混合材料”和“化合材料”的兩大特征。舉

7、例：砂子與石子混合，合金或高分子聚合物1.2.4 復(fù)合材料的命名總命名原則，應(yīng)該根據(jù)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和特性的相互關(guān)系來確定名稱。（1）根據(jù)增強材料和基體材料的名稱來命名。將增強材料的名稱放在前面，基體材料的名稱放在后面，再加上復(fù)合材料。如：“碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料”。也可叫“碳/環(huán)氧復(fù)合材料”。需要突出基體或者增強材料可以叫“碳纖維復(fù)合材料”或“環(huán)氧樹脂復(fù)合材料”。碳纖維和金屬基體構(gòu)成的復(fù)合材料可叫：“金屬基復(fù)合材料”或“碳/金屬復(fù)合材料”。（2）通俗命名,如“玻璃鋼”。1.3 復(fù)合材料的分類 1.3.1 按性能分類 ： 普通復(fù)合材料：普通玻璃、合成或天然纖維增強， 如玻璃鋼、鋼筋混凝土等；

8、先進復(fù)合材料：高性能增強劑（碳、硼、氧化鋁、 SiC纖維及晶須等）增強高溫聚合物、金屬、陶瓷和碳（石墨）等復(fù)合材料。 先進復(fù)合材料的比強度和比剛度應(yīng)分別達到 400MPa/(g/cm3)和40GPa/(g/cm3) 以上。1.3.4 按增強劑分類 顆粒增強復(fù)合材料 晶須增強復(fù)合材料 短纖維增強復(fù)合材料 連續(xù)纖維增強復(fù)合材料 混雜纖維增強復(fù)合材料 三向編織復(fù)合材料 1.3.2 按基體材料分類 聚合物復(fù)合材料（PMC) 金屬基復(fù)合材料（MMC) 陶瓷基復(fù)合材料（CMC) 碳碳復(fù)合材料 水泥基復(fù)合材料1.3.3 按用途分 結(jié)構(gòu)復(fù)合材料 功能復(fù)合材料 結(jié)構(gòu)/功能一體化復(fù)合材料1.4 復(fù)合材料的基本性能

9、（優(yōu)點）1.4.1 高比強度、高比模量（剛度）： 比強度 = 強度/密度 MPa /（g/cm3）, 比模量 = 模量/密度 GPa /（g/cm3）。1.4.2 良好的高溫性能：目前：聚合物基復(fù)合材料的最高耐溫上限為350 C； 金屬基復(fù)合材料按不同的基體性能，其使用溫度在350 1100 C范圍內(nèi)變動； 陶瓷基復(fù)合材料的使用溫度可達1400C； 碳/碳復(fù)合材料的使用溫度最高可達2800C。不同SiC纖維復(fù)合材料的使用溫度范圍。1.4.3 良好的尺寸穩(wěn)定性： 加入增強體到基體材料中不僅可以提高材料的強度和剛度，而且可以使其熱膨脹系數(shù)明顯下降。通過改變復(fù)合材料中增強體的含量，可以調(diào)整復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)。 1.4.