《复合材料概述》PPT课件

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1、复合材料概述复合材料的基本概念复合材料(Compositematerials)，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。复合材料由连续相的基体和被基体包容的相增强体组成。增强相和基体相是根据它们组分的物理和化学性质和在最终复合材料中的形态来区分的。其中一个组分是细丝（连续的或短切的）、薄片或颗粒状，具有较高的强度、模量、硬度和脆性，在复合材料承受外加载荷时是主要承载相，称为增强相或增强体。增强相或增强体在复合材料中呈分散形式，被基体相隔离包围，因此也称作分散相；复合材料中的另一个组

2、分是包围增强相并相对较软和韧的贯连材料，称为基体相。3复合材料及其增强相的各种形态纤维状颗粒状层状片状填充状复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。复合材料非金属基体材料陶瓷基复合材料树脂基复合材料金属基体材料金属基复合材料5复合材料是由多相材料复合而成，共同特点主要有三个：(１)综合发挥各种组成材料的优点，使一种材料具有多种性能，具有天然

3、材料所没有的性能。例如，玻璃纤维增强环氧基复合材料，既具有类似钢材的强度，又具有塑料的介电性能和耐腐蚀性能。(2)可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造。如，针对方向性材料强度的设计，针对某种介质耐腐蚀性能的设计等。(3)可制成所需的任意形状的产品，可避免多次加工工序。例如，可避免金属产品的铸模、切削、磨光等工序。一、金属基复合材料金属基复合材料（MetalMatrixComposite，MMC）一般是以金属或合金为连续相而颗粒，晶须或纤维形式的第二相组成的复合材料。目前其制备和加工比较困难，成本相对较高，常用在航天航空和军

4、事工业上。金属基复合材料与树脂基复合材料比，优点在于：工作温度高；横向机械性能好；层间剪切强度高；耐磨损、导电、导热；不吸湿、不老化；尺寸稳定，可采用金属加工方法。金属基复合材料的发展：(1)产生于60年代，发展于90年代。(2)最早应用于哥伦比亚号航天飞机的骨架：硼纤维/Al。由于硼纤维太昂贵，现在基本用碳纤维/Al复合材料来替代硼纤维/Al。(3)受制备工艺的限制，基本还处于实验室阶段。金属基复合材料的应用：最初，比强度、比模量高，尺寸稳定等优点；而用于航天、航空等部门；近年来，随着新制造工艺的出现，廉价增强体（SiC、陶

5、瓷短纤维等），金属基复合材料开始用于民用部门。二、陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料。陶瓷基体可为氮化硅、碳化硅等高温结构陶瓷。这些先进陶瓷具有耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性能，而其致命的弱点是具有脆性，处于应力状态时，会产生裂纹，甚至断裂导致材料失效。而采用高强度、高弹性的纤维与基体复合，则是提高陶瓷韧性和可靠性的一个有效的方法。纤维能阻止裂纹的扩展，从而得到有优良韧性的纤维增强陶瓷基复合材料。陶瓷基复合材料具有优异的耐高温性能，主要用作高温及耐磨制品。其最高使用温度主

6、要取决于基体特征。陶瓷基复合材料已实用化或即将实用化的领域有刀具、滑动构件、发动机制件、能源构件等。法国已将长纤维增强碳化硅复合材料应用于制造高速列车的制动件，显示出优异的摩擦磨损特性，取得满意的使用效果。陶瓷基复合材料的性能1、室温力学性能对陶瓷基复合材料来说，陶瓷基体的失效应变低于纤维的失效应变，因此最初的失效往往是基体中晶体缺陷引起的开裂。材料的拉伸失效有两种：第一：突然失效。如纤维强度较低，界面结合强度高，基体较裂纹穿过纤维扩展，导致突然失效。第二：如果纤维较强，界面结合较弱，基体裂纹沿着纤维扩展。纤维失效前纤维/基体

7、界面在基体的裂纹尖端和尾部脱粘。因此，基体开裂并不导致突然失效，材料的最终失效应变大于基体的失效应变。2、高温力学性能室温下，复合材料的抗弯强度比基体材料高约10倍，弹性模量提高约2倍。复合材料的抗弯强度至700℃保持不变，然后强度随温度升高而急剧增加；但弹性模量却随着温度升高从室温的137GPa降到850℃的80GPa。这一变化显然与材料中残余玻璃相随温度升高的变化相关。三、树脂基复合材料定义：基体材料为树脂，增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等通过不同的工艺组成的复合材料。优点：★轻质高强★突出

8、的防腐性能（通过采用不同的基体树脂）★电绝缘性优良★隔热蔽音★安装维护简便★外观颜色可自由选择主要用途：建筑/基础设施广告牌格栅栅栏水沟和排水渠扶手板材屋顶承重梁水处理平台楼梯隔板格栅扶手交通运输公路防护栏高速公路防眩板地铁三轨防护罩桥梁封闭系统桥面板弯曲拉挤型材电子电工电缆