第九章第四节复合材料_工程材料.doc

月 日 第 周 星期 课次 备课区 备注区 9-4复合材料复合材料是指两种或两种以上的物理、化学性质不同的物质组合而成的多相固体材料。它保留了组成材料各自的优点，获得单一材料无法具备的优良综合性能。是人们按照性能要求而设计的材料。例如：木材：纤维素和木质素的天然复合材料； 钢筋混凝土：钢筋和泥砂石等人工复合材料； 汽车的玻璃纤维挡泥板：脆性大的玻璃和强度与挠度低的聚合物复合后得到高强度、高韧性及重量轻的新材料； 自动控温开关：温度膨胀系数不同的黄铜片和铁片复合实现自动控温。一、纤维增强复合材料 复合机制：纤维增强相是具有强结合键材料或硬质材料（陶瓷、玻璃等），将其制成细纤维可降低裂纹长度和裂纹出现的几率，使脆性降低，极大地发挥增强相的强度。高分子基复合材料-纤维增强相有效阻止基体分子链的运动；金属基复合材料-纤维增强相有效阻止位错运动而强化基体。钨纤维铜基复合材料中的裂纹在铜中扩展受阻复合原则：纤维增强相是主要承载体，应有高的强度和模量，且高于基 月 日 第 周 星期 课次 备课区 备注区 体材料；基体相起粘接作用，应对纤维相有润湿性，基体相应有一定塑性和韧性；两者结合强度应适当高；基体与增强相的热膨胀系数不能相差过大；纤维相必须有合理的含量、尺寸和分布；两者间不能发生有害的化学反应。1、玻璃纤维增强复合材料（玻璃钢）树脂为粘结剂（基体）+玻璃纤维（增强相）特点：优点：成形工艺简单、质量轻、比强度高、耐蚀性能好；缺点：弹性模量低(1/51/10结构钢)、耐热度低(250)、易老化。用途：机器护罩、车辆车身、船体、直升飞机旋翼、绝缘抗磁仪表、耐蚀耐压容器和管道及各种形状复杂的机器构件和车辆配件。2、碳纤维树脂复合材料树脂为粘结剂（基体）+碳纤维（增强相）特点：碳是六方结构的晶体(石墨)，共价键结合，比玻璃纤维强度更高，弹性模量也高几倍；高温低温性能好；很高的化学稳定性、导电性和低的摩擦系数，是很理想的增强剂；脆性大，与树脂的结合力不如玻璃纤维。应用：碳纤维环氧树脂、酚醛树脂和聚四氟乙烯等得到广泛应用，如：宇宙飞船和航天器的外层材料，人造卫星和火箭的机架、壳体，各精密机器的齿轮、轴承以及活塞、密封圈，化工容器和零件等。月 日 第 周 星期 课次 备课区 备注区 各类材料强度性能的比较 材料 密度103kgm-3 抗拉强度MPa 弹性模量MPa 比强度(b/) MPam3kg-1 比模量(E/) MPam3kg-1 钢 7.810102061030.12926铝 2.3461741030.16526碳纤维I/环氧1.610502351030.656147碳纤维II/环氧1451500140103103965二、颗粒复合材料复合机制：基体承受载荷，颗粒阻碍分子链或位错的运动。复合原则：颗粒相应高度均匀地弥散分布在基体中；颗粒大小应适当；颗粒的体积含量应在20以上以达最佳强化效果；颗粒与基体之间应有一定的结合强度。金属陶瓷组成：金属基体（钛、镍、钴、铬等及其合金）+陶瓷（氧化物、碳化物、硼化物和氮化物等）组成的非均质材料，是颗粒增强型的复合材料。金属和陶瓷按不同配比组成工具材料（陶瓷为主）、高温结构材料（金属为主）和特殊性能材料。性能及应用：氧化物金属陶瓷多