1-绪论.ppt

1 复合材料 泰山医学院化学与化学工程学院高分子教研室 2 1 复合材料的基本概念 2 复合材料的历史 3 复合材料在21世纪应起的作用 第一章绪论 主要内容 3 第一节复合材料的基本概念 1 由两种以上不同的原材料组成 并使原材料的性能得到充分发挥 通过复合化而得到单一材料所不具备的性能 岛村昭治 未来 拓 尖端材料工业调查会 1982 2 把一些个体典型或基本的特性组合 而得到的物质 余永宁等译 金属基复合材料导论 北京 冶金工业出版社 1996 一 复合材料的定义 4 3 由两种以上异质 异形 异性的材料复合而成的新型材料 吴人洁 复合材料 天津大学出版社 2000 4 经过一定的操作 将复数个原材料合体 或者是由复数个相生成 且具有比原材料优异的性能 香川丰 八田博志 基复合材料 承风社 1990 5 尽管定义的细节有所不同 但其要点是共同的 1 含两种以上不同的化学相 2 具有每个组分所不具备的优良性能 一般认为然材料的骨骼 竹子 木材等应属于具有复合材料形态的天然材料 这样 复合材料的含义就还应该包括 人工制造 成分由人们有意识的选择 具有重复的几何特征等 6 复合材料的定义 所谓复合材料 是指由两种或两种以上不同性质的材料 通过不同的工艺方法人工合成的 各组分间有明显界面且性能优于各组成材料的多相材料 7 玻璃纤维绳 碳纤维绳 陶瓷刀具 坦克 导弹 二 复合材料的用途 8 三 复合材料的分类 木质基复合材料 复合材料 有机材料基复合材料 金属基复合材料MMC 无机非金属基复合材料 聚合物基复合材料PMC 热塑性树脂 热固性树脂 树脂基 水泥或混凝土基复合材料 陶瓷基复合材料CMC 橡胶基 将复合材料进行分类时 有按基体或第二相等多种方法 1 基体一般按材质分类如下 CompositeMaterials或Composites MetalMatrixCompositesPolymerMatrixCompositesCeramicsMatrixComposites 9 金属基复合材料MMC 以金属或合金为基体的复合材料 增强物主要有高性能增强纤维 晶须 颗粒等为增强体 基体铝基 镁基 锌基 铜基 钛基 铅基 镍基 耐热金属基 金属间化合物等复合材料 目前以铝基 镁基 钛基复合材料发展较为成熟 高比强度 高比模量 尺寸稳定性 耐热性好 高导热导电性 低膨胀 高阻尼 耐磨性 用于高性能结构件 电子 仪器 汽车等工业 陶瓷基复合材料 由碳纤维 碳化硅纤维 晶须 金属丝与陶瓷基体组成的复合材料 耐高温 抗氧化 耐腐蚀 耐磨 但存在严重的脆性 纤维 晶须 金属丝与陶瓷基体的复合 在于改善陶瓷材料的韧性 用于发动机 高性能燃气轮机 提高热机效率 陶瓷刀具 聚合物 树脂 基复合材料 由玻璃纤维 碳纤维 硼纤维 芳纶纤维 碳化硅纤维 晶须 颗粒等与热固性 热塑性树脂组成的基体组成的复合材料 比强度 比模量高 热膨胀系数小 耐磨性 阴尼性好 广泛用于航空 航天 建筑 化工 机械 电子 体育等 10 颗粒增强复合材料 颗粒状分散相复合材料 纤维状分散相复合材料 短纤维 连续纤维强化复合材料 分散强化复合材料 片晶增强复合材料 复合材料 单向纤维强化复合材料 非编织纤维层 2维 3维编织纤维层 晶须 随机排列 随机排列 定向排列 定向排列 不连续纤维强化复合材料 2根据第二相 增强体 形态分 11 表1 1复合材料的种类 复合材料的种类 12 3 复合材料按制造方法的种类 13 第二节 复合材料的发展历史 从广义上讲 复合材料已有很久的历史 远古时代 人们用稻草掺入黏土做土坯 古代 人们用钢铁层压法制成刀剑等 近代 以1942年制出的玻璃纤维强化塑料为起点 随后为了提高纤维的弹性率 开发了硼纤维 碳纤维 耐热氧化铝纤维等 另一方面 为改善树脂的耐热性 对金属基复合材料也开展了研究 FRM的耐热温度已达450 强度在1500MPa以上 同时 对陶瓷等无机材料作为复合材料的基体也有了新的认识 在研究开发基础上有了广泛的应用 14 如果将玻璃强化树脂看作是第一代复合材料 则CFRP 碳纤维增强塑料 BFRP 硼纤维增强塑料 可以称为第二代复合材料 进一步 以金属或陶瓷为基体的先端复合材料则可以称为第三代复合材料 15 第一代 第二代 第三代 氧化铝纤维 玻璃纤维 硼纤维 碳纤维 芳族聚酰胺 晶须 工程塑料 碳化硅纤维 金属 陶瓷 石墨 泡沫材料 混凝土 石膏 功能复合材料 氧化铝纤维 石墨纤维 定向凝固共晶 自增强塑料 扩散接合表面处理CVD 化学气相沉积 CVI 化学气相渗透 CIP HIP 聚脂 金属纤维 聚酰亚硝胺 环境扩大 高弹性 功能化 延伸与韧性 耐热性 轻量 SiC Al2O3Si3N4石墨 高韧性 16 第三节 复合材料在21世纪应起的作用 讨论复合材料在21世纪应起的作用之前 应分析与预测人类在新的世纪面临的问题 社会特点与重点需求 世界发展的趋势是进入高信息化的社会 对生活质量和健康水平的追求会更高 地球存在着非常严重的问题 环境污染 地球温室效应 臭氧层破坏 沙漠化 野生动物的灭绝 人口膨胀 清洁淡水 食物 可耕地 能源枯竭石油 天然气 煤 矿产等 17 1 对信息技术提供服务 复合材料 信息获得敏感器件换能材料 信息存储磁记录光记录 信息处理芯片封装电路板 信息传播光导纤维导波管 信息执行机械动作高强高刚 18 2 对提高人类生活质量做出贡献 复合材料 衣纺织机械 食蔬菜大棚 住建筑材料 行交通工具 改善舒适性轻质高强 隔音隔热墙体门窗 整体洁具飞机车辆 大小船舰高速列车的车体结构 提高安全性抗冲韧性 吸收能量 汽车保险杠 轿车底板 自诊断机敏复合材料 高层建筑抗地振灾害 提高健康水平修复植入人造器官成分设计 调整应力生物相容性 人工关节 夹骨板 19 3 在解决资源短缺与能源危机方面的贡献 复合材料 开发新能源与节约能源 挖掘尚未被利用的能源 开发海洋与空间 使基础设施延长寿命 提高太阳能的转换率 光电池 框架 风力发电装置 大型化的叶片 支柱 核燃料 铀分离转子 潮汐发电 基础设施建设的重要性高性能纤维增强混凝土 取代钢筋 镁 轻量 阻尼性能好 力学性能差 颗粒增强或晶须增强 扩大应用范围野生植物 无机矿物 电厂烟囱煤灰 耐高压 耐海水腐蚀的深海勘探装置 碳纤维增强树脂装置已潜入海下1000m 海上石油平台 空间站 航天器等 20