复合材料概论教案

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1、中原工学院教案专用纸第1页授课题目：第一章总论教学目的与要求：熟悉复合材料的概念，了解材料的分类，掌握不同复合材料的性能比较以及复合材料结构设计的基础。教学重点及难点：重点：不同复合材料的性能比较。难点：复合材料结构设计的基础。教学基本内容：1.复合材料的发展概况2.复合材料的命名和分类3.复合材料的基本性能4.复合材料的设计教学方法及手段：用多媒体课件演示教学内容，使学生有一个具体、清晰的认知。小结：了解复合材料是独立于其他三大固体材料（金属材料、无机非金属材料、高分子材料）的第四种材料。1.1复合材料（compositematerial）的发展概况信息、生命和材料是新技术革命的三大分支。材

2、料学分为金属材料、无机非金属材料和高分子材料三大基本类型尖端科学的迅速发展，对材料性能提出了越来越高的要求，①传统的单一材料已不能满足实际需要，复合材料可以结合不同单一类型材料的性能优点从而达到新的使用性能，②对复合材料的需求越来越大，相应的研究也越来越多。1.1.1复合材料的概念复合材料是指由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组成的一种多相固体材料。在复合材料中，通常有一相为连续相，称为基体;另一相为分散相，称为增强材料。分散相是以独立的形态存在于连续相中，两相之间存在相界面，分散相可以是增强纤维，也可以是颗粒或弥散的填料。1.1.2复合材料的意义复合材料中各组分之间取长补短的协同作用，

3、极大地弥补了单一材料的缺点，产生了组成它的单一相所不具有的新性能。复合材料的出现和发展，是现代科学技术不断进步的结果，也是材料设计方面的一个突破。它综合了各种单一材料的优点，按需要设计、复合成为综合性能优异的新型材料。未来一方面新的单一材料不断涌现，另一方面，各种复合材料将会越来越多，以满足不断发展的社会需要。1.1.3复合材料的发展历史常用复合材料→先进复合材料：低性能树脂基复合材料→高性能树脂基复合材料→金属基和陶瓷基复合材料1940年代：玻璃纤维复合材料出现，1960年代，纤维复合材料技术趋于成熟，取代了很多金属材料1970年代，耐热纤维与金属、特别是轻金属的复合：金属基复合材料1980

4、年代，陶瓷基复合材料金属间化合物与合金的差别。1.2复合材料的命名和分类1.2.1命名根据增强材料和基体材料的名称来命名。将增强材料的名称放在前面，基体本材料的名称放在后面中，再加上“复合材料”如：玻璃纤维环氧树脂复合材料也可以在两者之间加隔线：碳/金属复合材料1.2.2分类1）按增强材料形态分类（1）连续纤维复合材料（2）短纤维复合材料：（3）粒状填料复合材料：（4）编织复合材料；中原工学院教案专用纸第2页2）按增强纤维种类分类（1）玻璃纤维复合材料（2）碳纤维复合材料：（3）有机纤维复合材料：（4）金属纤维复合材料（5）陶瓷纤维复合材料混杂复合材料：用两种或两种以上的纤维增强同一基体制成的

5、复合材料（Hybridcompositematerials）3)按基体材料分类（1）聚合物基复合材料（2）金属基复合材料（3）无机非金属基复合材料4）按材料作用分类（1）结构复合材料（2）功能复合材料还有同质和异质复合材料：增强与基体材料属于同一种物质的为同质，复合材料大多为异质。1.3复合材料的基本性能复合材料的共同特点是：（1）可综合发挥各种组成材料的优点，使一种材料具有多种性能玻璃纤维增强环氧基复合材料：钢材的强度，塑料的绝缘性和耐腐蚀性（2）可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造。（3）可制成所需的任意形状的产品，避免多次加工工序其中性能的可设计性是复合材料最大的优点。1.3.1聚合

6、物基复合材料的主要性能1）比强度、比模量大（见表1.1）：因比重小2）耐疲劳性能好：内部相界面可阻止裂纹扩展3）减震性好：因比模量大，自振频率高，内相界面吸波，使振动阻尼高4）过载安全性好5）具有多种功能性（P4）6)有很好的加工工艺性1.3.2金属基复合材料的主要性能1）高比强度，高比模量构件重量轻、刚性好、强度高，是航天、航空领域理想的结构材料。2）导热导电性能好3）热膨胀系数小，尺寸稳定性好：因加入了低或负热膨胀系数纤维以抵消金属的热膨胀性。碳，硼纤维等的低热膨性。4）良好的高温性能：添加的纤维或陶瓷粒是耐温很好的材料。整体与高分子比高温性能好得多。5）耐磨性好6）良好的疲劳性能和断裂韧

7、性7）不吸潮、不老化、气密性好中原工学院教案专用纸第3页1.3.3陶瓷基复合材料的主要性能强度高，硬度大，耐高温、抗氧化、高温下抗磨性好、耐化学腐蚀性能优良，热膨胀系数和相对密度都较小。用高强度，高模量的纤维或晶须增强后，其高温强度和韧性可大大提高。1.3.4水泥基复合材料的主要性能高压缩强度、耐热性好，但抗拉伸强度低1.3.5不同复合材料的性能比较在使用温度和材料硬度方面，三类复合材料有着明显的