第一章-复合材料总论

复合材料，引言，人类自诞生以来就与材料紧密相连。从原始社会的“石器时代”到逐渐进化的“青铜时代”，人类已经从无知走向文明。“铁器时代”的到来把人类带进了农业社会。“钢铁时代”的到来造就了工业社会的文明。材料的发展标志着人类社会的历史进程。物质作为生产力的要素之一，直接进入生产过程，改变了人类社会的生产方式。显然，材料是人类社会的物质基础和先导，材料科学是人类发展和进步的基石。21世纪将是一个基于新材料的知识经济时代。谁掌握了最先进的材料，谁就能在高科技领域拥有主动权。新材料、光电材料、无机非金属材料、工业陶瓷、光纤半导体材料、高分子合成材料、合成橡胶、塑料化学纤维、纳米材料、金属材料合金、稀有金属、复合材料和复合材料。什么事？世界剩余的风景非洲喀麦隆人用粘土和稻草建造的住所到处都是复合材料！燕窝：土壤-草复合材料-水泥加固，历史上最大的钉子户，白宫。我们生活在复合材料中。树木也是一种复合材料。木质纤维素、全复合涡轮螺旋桨商用飞机、海胆和海胆的特点是它们的硬壳带有刺。那些坚硬的刺用于保护，可能含有毒液，引起灼痛。海胆有五颗刃状的牙齿，看起来像一群大钢牙，长在腹部的正中间。它的食物是海藻。像割草机一样，大钢牙清理海底的藻类。进化出的复合材料海胆牙齿、天然复合材料贝壳、国内主要研究材料单位和国家重点实验室、清华大学、北京大学、浙江大学、华中科技大学、南京大学、武汉大学、中山大学、系列交通大学、四川大学、中国科学院相关研究所等。沈阳材料科学国家实验室(沈阳金属材料研究所)、金属基复合材料国家重点实验室(上海交通大学)、新材料复合技术国家重点实验室(武汉理工大学)、粉末冶金国家重点实验室(中南大学)、金属材料强度国家重点实验室(西部交通大学)、凝固技术国家重点实验室(西北工业大学)、三束材料改性国家重点实验室(大连理工大学)、先进材料重点实验室、 教育部(清华大学)、亚稳态材料制备技术与科学重点实验室(燕山大学)、新金属材料国家重点实验室(北京科技大学)等。 主要参考资料，1。现代复合材料陈华辉、邓海金、李明(中国材料出版社，1998)2。复合材料吴(天津大学出版社，2000)3。复合材料科学与工程倪立中，陈琪琪(科学出版社，2002)4。复合材料及其应用尹红峰，任云(陕西科学技术出版社，2003)5。高性能复合材料郝元开、肖家宇(化学工业出版社，2004)6。新材料导论覃逸，李景峰(冶金工业出版社，2004)7。高级复合材料-陆云，朱世杰，Avaghoa(机械工业出版社，2004)8。复合材料导论王、等(哈尔滨工业大学出版社，2004)复合材料导论教材建议王、等(哈尔滨工业大学出版社，2004)。教学和考试方法，教学：主要是教学基础理论。例如，在金属基复合材料的教学完成后，下载最新的硕士或博士论文，结合从材料合成、结构表征、性能等方面学到的基础知识，根据最新的研究进行自由分组讨论和教学。请各组代表发言并综合要点。实验班主要是参观材料实验室和大型仪器，写期末考试的小试卷：写试卷的具体格式：题目作者所在单位的中文摘要和英文摘要的关键词，题目内容和结论参考的关键词前言。第一章概述第二章复合材料基体材料第三章复合材料增强材料第四章复合材料界面第五章复合材料成型工艺第六章金属基复合材料第七章陶瓷基复合材料第八章聚合物基复合材料第九章功能复合材料第十章杂化纳米复合材料目录第一章概述。材料分类：金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料各有优缺点。克服单一材料的缺点产生了新的性能复合材料，这在原始的单一材料中是无法获得的。公元前10000。不同历史时期各种材料的相对重要性。3.材料和文明。第一节复合材料的概念、分类和发展。1.1复合材料的定义。什么是复合材料？复合材料很难给出严格、精确和统一的定义。综上所述，复合材料的定义要么集中在复合材料的性能上，要么集中在复合材料的结构上。例如：(1)复合材料由两种或多种组合在一起的组成材料组成，复合材料的整体性能应该超过组成材料的性能，保持期望的性能(高强度、刚性、重量轻)并抑制不期望的性能(低延展性)。(2)复合材料是多功能材料系统，它能提供任何单一材料都无法获得的性能。它们是由两种或两种以上具有不同成分、不同性质、有时物理形状不同的相容材料组合而成的。(1)复合材料是由两种或多种材料在宏观尺度上结合而成的有用材料。(2)复合材料是由两种或多种具有不同化学性质或不同组织相的物质以微观或宏观形式结合而成的材料。(3)复合材料是一种不同于合金的材料。在合金中，每种成分都保持其独立的特性。当合成复合材料时，仅利用它们的优点来避免它们的缺点，从而获得改进的材料。国际标准化组织(ISO):复合材料是一种多相固体材料，由两种以上物理和化学不同的物质结合而成。(通用)值得一提的是，复合材料的结构通常是称为基体的连续相。另一相是分散相，它以独立的形式分布在整个连续相中。与连续相相比，这种分散相具有优越的性能，可以显著提高材料的性能。因此，虽然构件材料通常被称为增强材料(也称为增强材料，增强等于)复合材料保持它们的相对独立性，但是复合材料的性能不是构件材料性能的简单增加，而是一个重要的改进。这也是它旺盛生命力的源泉。材料大辞典中复合材料的定义是：复合材料是由两种或两种以上的有机高分子材料，或无机非金属材料，或金属材料组合而成的一种新型材料，根据应用的需要，使其性能优势互补。它通常由基体成分和增强材料或功能成分组成，因此也属于多相材料的范畴。综上所述，复合材料应具有以下三个特征(普遍性)(1)复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料成分宏观或微观复合而成的新型材料。组件之间有明显的接口。(2)复合材料中的各成分不仅保持了自身固有的特性，还能最大限度地发挥各种材料成分的特性，赋予单一材料成分优异的特殊性能。(3)复合材料具有可设计性。复合材料的结构通常是称为基体的连续相。然而，另一相是分散相，其在整个连续相中以独立的形式分布。与连续相相比，这种分散相具有优越的性能，可以显著提高材料的性能。因此，它常被称为钢筋(也叫钢筋材料，钢筋是相等的)。在大多数情况下，分散体比基体更硬，强度和刚度比基体更大。分散相可以是纤维及其编织物，或者可以是粒状或分散的填料。基体和增强体之间有一个界面。材料组合图的优点和缺点，由于复合材料的成分“互补、协同”，大大弥补了单一材料的缺点，产生单一材料所不具备的新特性。复合材料的出现和发展是现代科学技术不断进步的结果，也是材料设计的突破。它结合了纤维、树脂、橡胶、金属、陶瓷等多种材料的优点。通过设计和复合，成为综合性能优异的新材料。如果将材料作为历史分期的基础，可以预测21世纪将是复合材料的时代。复合材料在世界上没有统一的名称和命名方法。常见的趋势是根据增强体和基体的名称来命名复合材料。通常有以下三种情况：1.2复合材料的命名，(1)强调基体时，基体材料的名称是主要的。例如树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等。(2)强调加固时以加固材料名称为主。如玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、陶瓷颗粒增强复合材料等。(3)基体材料的名称与增强材料结合使用。这种命名方法通常用于指代特定的复合材料。通常在前面加上增强材料的名称，在后面加上基体材料的名称。例如，“玻璃纤维增强环氧树脂复合材料”，或简称“玻璃纤维/环氧树脂复合材料或玻璃纤维/环氧树脂”。然而，这种复合材料在我国通常被称为“玻璃纤维增强塑料”。那么在“碳/金属复合材料”的命名中，谁是基体，谁是增强材料？“碳/碳复合材料”怎么样？前者是由碳纤维和金属基体组成的复合材料，称为“金属基复合材料”，而后者是由碳纤维和碳组成的复合材料，称为“碳/碳复合材料”。1.3复合材料的分类，随着材料种类的日益增多，人们需要对材料进行分类，以便更好地研究和使用材料。历史上对材料的分类有很多方法：(1)根据材料的化学性质，有金属材料和非金属材料。(2)根据物理性质的分类，有绝缘材料、磁性材料、半导体材料、导电材料等。(3)按用途分类，有航空材料、电气材料、建筑材料、包装材料等。材料的分类，复合材料的分类方法也很多，常见的分类方法如下：1.1.1，按增强材料的形式分为以下三类1，纤维增强复合材料：a .连续纤维复合材料：作为长纤维的分散相，两端位于复合材料的边界；不连续纤维复合材料：短纤维和晶须随机分散在基体材料中；(2)颗粒增强复合材料：分散在基体中的细颗粒增强材料；3.板状增强体和机织复合材料：由平面二维或三维物体作为增强材料和基体复合而成。其他增强材料：层压、骨架、涂层、片材、天然增强材料、复合材料结构图A)层压复合材料B)连续纤维复合材料C)细颗粒复合材料D)短切纤维复合材料1.1.2。纤维增强复合材料根据增强纤维的类型分为以下五种类型：玻璃纤维复合材料；(2)碳纤维复合材料；(3)有机纤维(芳香族聚酰胺纤维，玻璃钢分为两种类型，即热塑性玻璃钢和热固性玻璃钢。热塑性玻璃纤维增强塑料热塑性玻璃纤维增强塑料是由玻璃纤维作为增强剂和热塑性树脂作为粘合剂制成的复合材料。热固性玻璃钢是以玻璃纤维为增强剂，热固性树脂为粘结剂的复合材料。(2)碳纤维复合材料A和碳纤维复合材料：作为基体的树脂有环氧树脂、酚醛树脂和聚四氟乙烯。b、碳纤维-碳复合材料：用有机基体浸渍纤维坯体，固化后进行热解，或通过化学气相沉积直接向纤维坯体中填充碳。碳纤维金属复合材料：主要用于熔点较低的金属或合金，如在碳纤维表面镀金属，制成碳纤维金属复合材料。碳纤维陶瓷复合材料：中国已经开发出碳纤维应时玻璃复合材料。(3)硼纤维复合硼纤维是通过在钨丝上气相沉积硼而制成的。一种硼纤维树脂复合材料：基体主要是环氧树脂、聚苯并咪唑、聚酰亚胺树脂等。硼纤维金属复合材料：常用的基材有铝、镁及其合金，以及钛及其合金。(4)金属纤维复合材料作为增强纤维的金属主要是高熔点金属钨、钼、钢、不锈钢、钛、铍等，强度较高，可以被基体金属润湿，也可以增强陶瓷。a .金属纤维金属复合材料：研究较多的增强剂是钨钼丝，基体是镍合金和钛合金。金属纤维陶瓷复合材料：利用金属纤维的韧性和抗拉强度来改善陶瓷的脆性。1.1.3根据基体的类型分类，1.1.4根据材料的作用分为两类(1)结构复合材料；功能复合材料。(1)结构复合材料主要用于制造受力构件；结构复合材料主要是用作承重结构的复合材料。它们基本上由能够承受载荷的加强部件和能够连接加强部件以形成整体承载体并同时起到分配和传递载荷的作用的基体部件组成。(2)功能复合材料是指具有各种特殊物理和化学性能的材料。例如：声音、光、电、磁、热、耐腐蚀、零膨胀、阻尼、摩擦、屏蔽或能量转换等。功能复合材料中的增强体也可以称为功能组分，其分布在基体组分中。功能复合材料中的基体不仅起着形成整体的作用，而且还能产生协同或增强作用。除了上面提到的各种复合材料之外，还有同质复合材料和异质复合材料。同质复合材料(增强材料和基体材料属于同一物质，如碳/碳复合材料)异质复合材料(上述大多数复合材料属于这一类)。复合材料的现状是(1)玻璃钢和树脂基复合材料非常成熟并得到广泛应用，(2)一些结构件的关键部件处于金属基复合材料的发展阶段，(3)陶瓷基复合材料和功能复合材料仍处于研究阶段。仍然有许多科学和技术问题需要解决。1.4复合材料发展概述复合材料简史：20世纪40年代，当玻璃纤维增强不饱和聚酯出现时，学术界开始使用“复合材料”一词，开创了现代复合材料的新时代。自20世纪60年代以来，开发了各种高性能纤维。20世纪80年代以来，由于人们在设计、制造和测试方面的丰富知识和经验，以及各种基体材料作为复合材料的使用和改进，现代复合材料的发展达到了一个更高的水平，即高性能复合材料的发展阶段。复合材料的整个发展过程可以表述为：古代、现代、先进的复合材料，天然复合材料自然界中有许多天然复合材料。例如，树木和竹子是纤维素和木质素的复合体；动物骨骼由无机磷酸盐和蛋白质胶原组成。人类例如，陕西的半坡人草茎和泥土筑起了墙，这种墙一直沿用至今。漆器由大麻纤维和土漆制成，已经使用了4000多年。敦煌壁画-泥胎，宫殿建筑中的麻面。在现代，复合材料的发展始于20世纪40年代。在第二次世界大战中，美国空军使用玻璃纤维增强聚酯树脂复合材料制造飞机部件。20世纪50年代发展迅速。中国于1958年开始发展复合材料，现代复合材料的成功始于1942年，当时美国空军使用玻璃纤维增强聚酯树脂复合材料制造飞机部件。材料科学家认为，从1940年到1960年的20年是玻璃纤维增强塑料的时代，可以称为世界范围内复合材料发展的第一代。第一代：从1940年到1960年，玻璃纤维增强塑料；1965年，英国科学家开发了碳纤维。1971年，杜邦公司开发了凯夫勒-49(Kevlar-49)；