材料科学与工程导论第7章复合材料(Ⅰ)

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1、第七章复合材料（Ⅰ）§7.1复合材料概述§7.2复合材料的增强机理§7.3常用复合材料§7.4复合材料的制备工艺§7.5复合材料的发展趋势夏鹏举教授材料科学与工程学院——4学时1§7.1复合材料概述2我们住在复合材料里燕子窝：泥土-草复合材料6000年前人类就已经会用稻草加粘土作为建筑复合材料。水泥复合材料已广泛地应用于高楼大厦和河堤大坝等的建筑，发挥着极为重要的作用。37.1.1复合材料的发展历史和意义人类进步的历史与人类应用材料的历史密切相关。在迈向现代文明的进程中，人类经历了石器时代、铜器时代、铁器时代、合成材料时代，现已迈入应用复合材料的新时代。长期以来，

2、人们不断改进原有材料、开发新的材料品种，在实践中积累了丰富的应用材料的经验。但是，任何一种单一的材料（金属、陶瓷、聚合物），虽有许多优点，但都存在着一些明显的不足，改性也往往是有限的。4随着现代科学技术的迅猛发展，对材料提出了越来越高、越来越严、越来越多的要求，既要求良好的综合性能，如高强度、高刚度、高韧性、低密度等性能，又希望能够在高温、高压、强腐蚀等恶劣的环境下服役。这些是传统的单一材料所不能满足的。于是人们想到将一些不同性能的材料复合起来，相互取长补短，这样就出现了复合材料。7.1.1复合材料的发展历史和意义美国F-22猛禽战机55%机身采用高强度、低重量的

3、复合材料。5★早期的复合材料复合材料并不是人类发明的新材料，在自然界存在许多天然的复合材料，人类使用复合材料有着悠久的历史。天然复合材料：竹子、木材、骨骼、皮肤、贝壳等。自然界的经典组合：竹子是由许多直径不同的管状纤维素分散在木质素基体中形成的复合材料。表皮纤维细而密，可增强抗弯强度；内层纤维粗而疏，可改善韧性。最原始的人工复合材料：6000年前，我国古代劳动人民使用的土坯砖是有粘土和稻草组成的。古代金属基复合材料：越王剑即金属包层复合材料，在潮湿的环境中埋藏了几千年，出土是仍光亮夺目，锋利无比。7.1.1复合材料的发展历史和意义6★近代复合材料主要指人工特意复合

4、而成的一种新型材料体系，成功制造要从1942年开始算起。第二次世界大战期间，玻璃纤维增强聚脂树脂复合材料被美国空军用于制造飞机构件。复合材料发展第一代：1942~1960年，玻璃纤维增强塑料时代。复合材料发展第二代：1960~1980年，先进复合材料发展时代，主要研究增强材料，英国研制碳纤维，美国研制了Kevlar纤维。碳纤维增强环氧树脂、Kevlar纤维增强环氧树脂复合材料用于飞机、火箭的主承力构件。7.1.1复合材料的发展历史和意义7F．L.Matthews（马修斯）和Ｒ．D．Rawlings（罗林斯）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

5、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。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。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。7.1.2复合材料的定义、命名和分类107.1.2复合材料的定义、命名和分类骨＝胶原质+磷灰石贝壳＝碳酸钙+基质胶原复合材料=增强材料+基体实例：■基体（连续相）●类型：聚合物、金属、陶瓷、碳。●作用：将增强体结合成一个整体，起到均衡应力和传递载荷的作用。■增强体（又称增强材料

6、、增强剂）（分散相）●类型：颗粒、纤维、晶须。●作用：增强体是复合材料的主要承载部分，会使基体材料的性能显著改善和增强。2.复合材料的组成主要包括基本相和增强相。11★取决于增强体与基体之间的界面状况。复合材料的性能取决于以下两方面：★取决于基体和增强体的性能；▲复合材料性能的优越性☆改善或克服组成材料的弱点，充分发挥优点。如玻璃钢强度>>玻璃和树脂。☆各向异性，性能具有可设计性，使构件中纤维与受力方向一致。☆可创造出单一材料不具备的性能，或同一时间里发挥不同的功能。在基体相和增强相之间存在界面7.1.2复合材料的定义、命名和分类12复合材料复合指导思想：取长补短

7、协同作用产生原来单一材料本身所没有的新性能7.1.2复合材料的定义、命名和分类嫁接与复合=创新133.复合材料的命名●增强体名称+基体名称+“复合材料”如：玻璃纤维聚酯树脂复合材料。●增强体名称+“/”+基体名称+“复合材料”如：碳纤维/环氧树脂复合材料。●突出强调（对碳纤维/环氧树脂复合材料）★强调增强体；如：碳纤维复合材料。★强调基体；如：环氧树脂复合材料。●简写；如：硼纤维和铝合金构成的复合材料，简写为铝基复合材料；碳纤维和碳构成的复合材料，简写为碳/碳复合材料。7.1.2复合材料的定义、命名和分类144.复合材料的分类复合材料可以由金属、高聚物和陶瓷中任意

8、两者人工合