【精品】复合材料教案

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1、聚合物基复合材料PolymericCompositeMaterials（讲稿）张靠民北华航天工业学院2008年8月第一讲复合材料概论一、材料的发展与人类社会的进步材料是人类社会进步的物质基础和先导，是人类进步的里程碑。综观人类发展和材料发展的历史，可以清楚地看到，每一种重要材料的发现和利用都会把人类支配和改造自然的能力提高到一个新的水平，给社会生产力和人类生活带来巨人的变化。材料的发展与人类进步和发展息息相关。一万年询，人类使用石头作为日常生活工具，人类进入了旧石器时代，人类战争也进入了冷兵器时代。700()年前人类在烧制陶器的同时创造了炼铜技术，靑铜制品广泛地得到应用，同时又促进了人

2、类社会发展，人类进入了青铜器时代。同时火药的发明乂使人类战争进入了杀伤力更强的热兵器时代。5()0()年询人类开始使用铁，随着炼铁技术的发展，人类又发明了炼钢技术。十九1比纪中期转炉、平炉炼钢的发展使得世界钢产量迅猛增加，大大促进了机械、铁路交通的发展。随着二十世纪屮期合金钢的人量使川，人类乂进入钢铁时代，钢铁在人类活动中起着举足轻重的作用。核材料的发现，乂将人类引入了可以毁灭自己的核军备丸赛，同吋核材料的和平利用，乂给人类带来了光明。二十世纪中后期以來，髙分子、陶瓷材料崛起以及复合材料的发展，又给人类带来了新的材料和技术革命，楼房可以越盖越爲、飞机越飞越快，同时人类进入太空的梦想成为

3、了现实。当前材料、能源、信息是现代科技的三大支柱，它会将人类物质文明推向新的阶段。二十一世纪将是一个新材料吋代。二、复合材料的提出现代爲科技的发展更紧密地依赖于新材料的发展；同时也对材料提出了更高、更苛刻的要求。在现代高技术迅猛发展的今天，特别是航空、航天和海洋开发领域的发展，使材料的使用环境更加恶劣，因而对材料提出了越来越苛刻的要求。例如，航天飞机等空间飞行器在飞行过程中要受到大气阻力、地球引力、太阳辐射力、空I'可热环境、太阳风、宇宙射线、宇宙尘埃、流星、磁矩等的作用。飞行器发动机还要受到其热环境、内流形成的气动力、结构振动、机件高速转动、液体晃动、振荡燃烧和POGO振动等非正常破

4、坏力的作用。同吋由于飞行范围(M数、飞行高度)的扩大、发动机的推力、比推力及推/亜比大大提高，导致了发动机压力比、涵道比、进口温度、燃烧宗温度、TIT、转子转速等也日益提高。由此构成的力、热、化学和物理等效应的作用，最终都要集中到构成飞行器和发动机结构的材料上去，因此对材料的质轻、高强、高韧、耐热、抗疲劳、抗氧化及抗腐蚀等特性也H益提出了更加苛刻的耍求。乂如现代武器系统的发展对新材料提出了如下要求：1、髙比强、髙比模；2、耐高温、抗氧化;3、防热、隔热；4、吸波、隐身；5、全天候；6、高抗破甲、抗穿甲性；7、减振、降噪，稳定、隐蔽、髙精度和命中率；8、抗激光、抗定向武器；9、多功能；1

5、0、高可靠性和低成本。很明显，传统的单一材料无法满足以上综合要求，当前作为单一的金属、陶瓷、聚合物等材料虽然仍在不断日新月异地发展，但是以上这些材料由于其各口固有的局限性而不能满足现代科学技术发展的需要。例如，金属材料的强度、模量和高温性能等已儿乎开发到了极限；陶瓷的脆性、有机髙分子材料的低模量、低熔点等固有的缺点极大地限制了其应用。这些都促使人们研究开发并按预定性能设计新型材料。复合材料，特别是先进复合材料就是为了满足以上髙技术发展的需求而开发的高性能的先进材料。它由两种或两种以上性质不同的材料组合而成，各组分之间性能“取长补短”，起到“协同作用”，可以得到单一材料无法比拟的优秀的综

6、合性能，极大地满足了人类发展对新材料的需求。因此，复合材料是应现代科学技术而发展出来的具有极大牛命力的材料。现代科学技术不断进步的结果，是材料设计的一个突破。三、复合材料的发展历史和意义：实际上，在口然界就存在着许多天然的复合物。例如天然的许多植物竹子、树木等就是自牛长长纤维增强复合材料；人类肌肉/骨骼结构也是复合材料结构原理。我们的祖先也早就创造和使用了复合材料。6000年前人类就已经会用稻草加粘土作为建筑材料砌建房屋墙壁，迄今在某些贫穷农村仍然沿用着这种原始的非连续纤维增强复合材料。在现代，复合材料的应用更比1=1皆是，常牛活和国民经济密不可分。如由沙石、钢筋和水泥构成的水泥复合材

7、料已广泛地应用于高楼大厦和河堤大坝等的建筑，发挥着极为亜要的作用；玻璃纤维增强觀料（玻璃钢）更是一种广泛应用的较现代化复合材料。现代高科技的发展更是离不开复合材料。例如就航天、航空飞行器减轻结构重呈这点而言，喷气发动机结构重量减lKg,E机结构可减重4Kg,升限可提髙10米；一•枚小性洲际导弹第三级结构重量减轻lKg,報个运载火箭的起飞重量就町减轻50Kg,地血设备的结构重量就对减轻100Kg,在有效载荷不变的条件下,可增加射程15〜20Km；