材料学导论课件：7 复合材料 李珍

复合材料李珍zhenli@材料与化学学院2013-3-18材料学导论讲授内容：4.1概述一、什么是复合材料二、复合材料的命名三、复合材料的分类四、复合材料结构五、复合材料的发展历史六、复合材料的发展趋势4.3增强材料一、玻璃纤维二、碳纤维三、硼纤维四、碳化硅纤维五、芳纶纤维六、晶须4.2复合材料的增强机制一、粒子增强型复合材料增强机制二、纤维增强复合材料的增强机制三、复合材料的界面

界面结合的类型、界面特征四、复合材料的基本性能4.4聚合物基复合材料4.5金属基复合材料

4.6陶瓷基复合材料4.7其他复合材料纤维密度(g/cm3)软化点(℃)抗拉强度(MPa)比强度(106cm)弹性模量(GPa)比模量(107cm)Kevlar-291.54—360024744.8Kevlar-491.54—3900251278.3碳纤维（普通）1.703650200011.820011.3碳纤维（高强）1.753650300017.122012.5碳纤维（高模）1.903650250013.145023.6硼纤维（钨芯）2.622300280011.039015E玻璃纤维2.54700345013.77229S玻璃纤维2.50840482019.78535石英玻璃2.101660600020743.3ZrO2纤维4.81365021004.33507.1Al2O3纤维361803.5Al2O3晶须3.962040210005343011SiC晶须3.182690210006649019Si3N4晶须3.1819601400044380124.4聚合物基复合材料

一、基体类型（1）不饱和聚酯树脂(UPE)

（2）环氧树脂（3）酚醛树脂（4）热塑性树脂二、聚合物基复合材料成型方法（1）手糊成型法：（2）喷射成型：（3）树脂传递（树脂压注）模塑法（4）缠绕成型法（5）模压成型工艺三、聚合物基复合材料基本性能

（1）比强度高

材料密度（g/cm3）拉伸强度(103MPa)弹性模量(105MPa)比强度(105cm)比模量(105cm)钢7.81.07铝合金2.80.470.750.170.26钛合金4.50.95玻璃纤维复合材料2.01.060.40.530.20碳纤维Ⅱ/环氧复合材料1.430.97碳纤维Ⅰ/环氧复合材料1.61.072.40.671.5有机纤维/环氧复合材料1.00.57硼纤维/环氧复合材料2.11.382.10.661.0硼纤维/铝复合材料2.651.02.00.380.57金属材料和聚合物基复合材料的性能（2）耐疲劳性能好；（3）减震性好；（4）FRP的电性能；（5）FRP的热性能；（6）FRP老化性能差；（7）有很好的加工工艺性；4.5金属基复合材料一、概述（1）高比强度、高比模量（2）导热、导电性能好：（3）热膨胀系数小、尺寸稳定性好：（4）耐高温：（5）耐磨性好：（6）良好的疲劳性能和断裂韧性（7）不吸潮、不老化、气密性好

以金属为基体，以高强度的第二相为增强体而制得的复合材料增强物：硼、碳（石墨）、碳化硅、氧化铝纤维以及钨丝、钼丝、不锈钢丝等金属丝，晶须主要有碳化硅、氧化铝，增强颗粒主要有碳化硅和氧化铝颗粒。存在密度高、制作成本高、工艺复杂、增强材与基体间易发生化学反应等缺点性能二、金属基复合材料种类：Al、Ni、Ti、Mg1、长纤维增强金属基复合材料1）硼/铝复合材料2）石墨/铝复合材料MMC的SEM照片3）石墨/镁复合材料4）碳化硅/钛复合材料

5）氧化铝/铝复合材料2、短纤维增强金属基复合材料1）氧化铝/铝复合材料2）碳化硅/铝复合材料3）氧化铝/镍复合材料3、颗粒增强金属基复合材料2）碳化钛/钛复合材料1）碳化硅/铝复合材料3）颗粒增强金属间化合物复合材料4.6陶瓷基复合材料一、基本性能

二、纤维增强陶瓷复合材料的制备（1）溶胶-凝胶和聚合物裂解法（先驱体转化法（2）化学气相渗透（CVI）、沉积（

CVD）法（3）直接熔融氧化法（Lanxide法）

三、陶瓷基复合材料种类（一）长纤维增强陶瓷基复合材料

1、碳/陶瓷基复合材料2、碳化硅/陶瓷基复合材料3、碳/碳复合材料（二）短纤维及晶须增强陶瓷基复合材料1、碳/玻璃陶瓷基复合材料2、晶须/陶瓷基复合材料（三）颗粒增强陶瓷基复合材料

1、氧化锆/陶瓷基复合材料2、氧化钇/陶瓷基复合材料功能复合材料导电功能复合材料：C/金属/镀金玻纤+树脂压电功能复合材料：PZT(ZrTiO3)+C/Ce/Si+树脂磁性复合材料：铁氧体/稀土+树脂吸波功能复合材料：

Pd/Fe+树脂减磨阻功能复合材料：C/石墨纤维+树脂(PA\氟塑料化学腐蚀功能复合材料：无机粉体+树脂光功能复合材料：聚甲基丙烯酸甲酯+氟化物生体功能复合材料：金属Co/Ti/Ni→陶瓷Al→高分子纳米复合材料：蒙脱土/PA6复合材料，纳米氮化钨－铜复合粉体

梯度功能复合材料：固化剂+环氧类树脂（一定方向上,耐热性Tg,粘接强度,拉伸强度,冲击强度,伸长率等依次连续或阶梯缓缓变化）

除机械性能以外而提供其他物理性能的复合材料后续相关课程复合材料及成型加工，48学时复合材料结构设计，32学时参观实习安排时间：4月9日，周二，8：00，1-2节课材化楼门前集合参观内容：材料制备与性能表征

1、粉体工程实验室

2、高温制备实验室

3、高分子与复合材料制备实验室

4、材料显微结构实验室、材料科学基础实验室

5、材料性能表征实验室（力、热、光、电、磁性能）安排：分四小组，每班分两组

考试时间与安排考试形式：闭卷——名词、填空、问答、论述题。考试时间：4月15日（星期一），晚上7：00—9：00考试地点：上网查询（033111班？）（033112班？）

“神六”回家——返回舱怎样“退烧”？飞船返回再入大气层进入距地面80公里至40公里的稠密大气层时,是气动加热量最严重的一段,返回舱表面温度将高达上千摄氏度,像一个大火球。如果不采取防热措施,整个返回舱将被烧为灰烬。为飞船“退烧”的措施主要有3种:“冰块式退烧”——吸热。吸热是采用导热性能好、熔点高和热容量大的钛合金等金属材料,吸收大量气动热量。用这类材料做飞船返回舱的蒙皮,气动加热传给飞船的热量为蒙皮所吸收、储存。这种方法防热能力有限,只适用于加热量很小的部分。“酒精