第六章 复合材料

第六章复合材料第1页，共135页，2023年，2月20日，星期三

所谓的复合材料是指把两种以上在宏观上不同的材料，合理的进行复合，在新制得的材料中，原来各材料的特性得到充分的应用，并且得到了单一材料所不具有的新特性，如果从微观上看，我们所使用的材料很少不是复合的，我们在这里所说的复合材料则是按上述定义复合得到的材料。

复合材料船体第一节概述第2页，共135页，2023年，2月20日，星期三复合材料的起源可追溯到古埃及人在粘土中加入植物纤维所制成的土坯。大约100万年以前，人们开始使用以沙做骨料，用水或水泥固结的混凝土，它是现代建筑领域不可缺少的材料。混凝土具有一定的抗压强度，但比较脆，在张力作用下容易产生裂纹而破裂。在混凝土中加入钢筋，大大提高了材料的拉伸抗力，成为广泛应用的钢筋混凝土。在橡胶中加入纤维/钢丝，既保持了橡胶的柔软性，又提高了材料的强度和耐磨性能。第一节概述第3页，共135页，2023年，2月20日，星期三现代复合材料的发展起源于1942年美国空军用于制造飞机构件的玻璃纤维增强和聚脂，即玻璃钢，以后提高玻璃纤维性能的工作有了很大的发展，硼纤维/碳纤维/碳化硅纤维/各种耐热氧化物纤维与晶须的相继出现，推动着复合材料的研究与开发工作。复合材料的复合目的:提高材料强度得到热性能/电性能/磁性能和其他各种性能的最优化.第一节概述第4页，共135页，2023年，2月20日，星期三根据复合材料的基体的不同及发展历史:玻璃纤维增强塑料（GFRP）称作第一代复合材料硼纤维和碳纤维增强的塑料（BFRP,GFRP）称作第二代复合材料。高性能纤维增强金属与陶瓷成为第三代复合材料。硼纤维玻璃纤维碳纤维第一节概述第5页，共135页，2023年，2月20日，星期三现代科学技术的发展对材料性能提出了更加苛刻的要求，特别是在航空和航天等高科技领域不断地提出开发耐高温，高强度比新型材料的要求。工程材料(如Si3N4和SiC）所具有的优异性能在许多方面可以满足这种要求.碳化硅第一节概述第6页，共135页，2023年，2月20日，星期三例如工程陶瓷在1400——1600℃一般仍保持较高的强度，具有优良的高温抗氧化性能和热稳定性，耐腐蚀和低比重，而这些正是人们在高技术领域所追求的材料性能。陶瓷材料存在的最大缺点：脆性限制了它的实际工程应用范围陶瓷材料工程应用急待解决的重要关键：陶瓷材料韧性的提高与改善。第一节概述第7页，共135页，2023年，2月20日，星期三目前用于陶瓷改善脆性的方法主要包括：相变增韧颗粒增韧纤维增韧（晶须）增韧。

ZrO2增韧可以大幅度提高陶瓷的韧性，但这种增韧方法在高温条件下的使用有很大的局限性，加入延性颗粒往往会遇到高温氧化条件下的稳定性问题。纤维（包括晶须）增韧陶瓷及复合材料可能是一种既能增强又能增韧，同时又能在较高温度下保持材料强韧化的方式。

第一节概述第8页，共135页，2023年，2月20日，星期三无机纤维与晶须无机纤维第一节概述第9页，共135页，2023年，2月20日，星期三无机玻璃钢基布第一节概述第10页，共135页，2023年，2月20日，星期三碳化硅晶须微米级硫酸钙晶须第一节概述主要用于需要高温高强应用材质的增韧场合。如：航天材料、高速切削刀具等。目前，有着极高的性能价格比。第11页，共135页，2023年，2月20日，星期三β－Si3N4晶须具有高强度、高模量、高介电性、耐高温、化学稳定性好等特点，是一种性能优良的陶瓷材料补强增韧剂。第一节概述第12页，共135页，2023年，2月20日，星期三60年代末期，人们首先开展了对随机趋向耐热金属短纤维增强陶瓷基复合材料的研究，虽然也发现了一些高强度高韧性的材料系列，但所得到的复合材料密度高，环境相容性与高温抗氧化性能差，从而未能进一步的发展。对原位晶须增强陶瓷基复合材料的研究表明：原位生长所能获得的晶须数量少、直径小，也难达到理想的增韧效果。第一节概述第13页，共135页，2023年，2月20日，星期三70年初期，高强度高模量、低成本的碳纤维的出现，促进了纤维增强陶瓷基复合材料的研究与发展，碳纤维增强陶瓷基复合材料所具有的优异性能使得其在航天、武器等领域得到了应用。碳纤维滤芯是利用碳纤维布缠绕而成具有强烈的吸附效果，有效去除水中余氯、异味、恶臭，去除率达99%。·碳纤维刹车片

第一节概述第14页，共135页，2023年，2月20日，星期三第一节概述第15页，共135页，2023年，2月20日，星期三70年代未期，性能优异的SiC纤维问世，由于Si所具有的高温抗氧化性能，使得SiC纤维增强锂铝硅酸盐玻璃陶瓷基复合材料在1000℃时抗弯强度基体相匹配，还要其它与基体在热性能、弹性能，以及化学性能等方面具有相容性。第一节概述第16页，共135页，2023年，2月20日，星期三用作高温复合材料增强成分的纤维基本要求：从化学上一般希望是单一物质构成，由原子量较小的原子通过共价键结合形成的分子，比较典型的成分是作为工程陶瓷的SiC和Si3N4从物理上希望纤维由微细粒子构成，这些结晶长大的可能性尽可能小，纤维直径小。具备了这些基本条件，就可能在化学方面得到耐腐蚀、耐热和轻的质量；在物理方面得到高的强度和弹性模量。第一节概述第17页，共135页，2023年，2月20日，星期三

复合材料的分类1、按基体材料分类，可分为聚合物基、陶瓷基和金属基复合材料。2、按增强相形状分类，可分为纤维增强复合材料、粒子增强复合材料和层状复合材料。3、按复合材料的性能分类，可分为结构复合材料和功能复合材料。SiC颗粒Al2O3片Al2O3纤维增强相三种类型第一节概述第18页，共135页，2023年，2月20日，星期三复合材料的特点1、比强度和比模量高

其中纤维增强复合材料的最高。2、抗疲劳性能好

因纤维对疲劳裂纹扩展有阻碍作用。3、减振性能良好

复合材料中的大量界面对振动有反射吸收作用，不易产生共振。4、高温性能好。比强度比较碳纤维\树脂硼纤维\树脂玻璃纤维\树脂钛钢铝第一节概述第19页，共135页，2023年，2月20日，星期三主要因素包括三个方面：一是基体和增强体或功能体的性能；二是复合材料的结构和成型技术；三是复合材料中增强体或功能体与基体的结合状态（物理的和化学的）及由此产生的复合效应。这三个方面都可能成为复合材料的薄弱环节。第二节基本理论1.影响复合材料性能的因素第20页，共135页，2023年，2月20日，星期三对于复合材料来说，这里所说的界面，并非一个理想的几何面，实验证明，复合材料中相与相之间的两相交接区是一个具有相当厚度的界面层（纳米以上），两相的接触会引起多种界面效应，使界面层的结构和性能不同于它两侧邻近的结构和性质。第二节基本理论

从物理化学的观点可以知道，凡不同相的多相共存体系，在各相之间的交界处，总存在一个界面，即相互间接触面。2.界面效应第21页，共135页，2023年，2月20日，星期三界面是增强相与基体相联接的纽带，也是应力及其他信息传递的桥梁。复合材料中的增强体不论是微纤、晶须、颗粒还是纤维，与基体在成型过程中将发生不同的相互作用和界面反应，形成各种结构的界面。在复合材料中两相的交接面上的相互作用，随着环境条件的改变，可以发生变化。如温度改变，可以改变相互间的作用，从而导致界面厚度、化学结构和界面效应等的改变。第二节基本理论第22页，共135页，2023年，2月20日，星期三基体与增强体在一种组分为液体（或粘流态）发生接触或湿润两种组分在一定条件下均为液态（或粘流态）的分散、接触及润湿过程两种固态组分在分散的情况下以一定的条件发生物理及化学变化形成结合并看作为一种特殊湿润过程。这种润湿过程是增强体与基体形成紧密地接触而导致界面良好结合的必要条件。3.复合材料界面形成过程。第二节基本理论一般分为两个阶段。第一阶段基体与增强体润湿过程。第23页，共135页，2023年，2月20日，星期三要形成复合材料增强体与基体之间稳定的界面结合，不论是何种材料（金属/非金属/聚合物）均必须通过物理或化学的固化过程（凝固或化学反应固化）。此时，增强体与基体分子能量处于最低，结构稳定的状态，从而使复合材料中的界面固定并稳定。这两个过程往往是连续的，又几乎是同时进行的，对于在固态下制备的非金属或金属基复合材料，往往难以区分这两个过程。第二节基本理论第二阶段是液态（或粘流态）组成的固化过程第24页，共135页，2023年，2月20日，星期三表面自由能：物质表面所具有的性质，是由于表面分子所处状态与相内分子所处状态不同所引起的。从物理化学可知，物质表面层上的分子能量比相内分子要高，由此相内分子的移动不消耗功，而将相内分子迁移到表面时，要反抗分子间的吸引而做功。因此将大块物料粉碎成小颗粒或将大液滴分成小液滴时，需要对物料做功，所消耗的能量转变为表面自由能。一定的物料，粉碎程度越大，表面积就越大，所具有的表面能就越高。对超细粒子，由于表面积巨大，故具有相当高的表面自由能，以致使其表面特性与本体材料相比，发生了巨大变化。第二节基本理论4.表面与界面化学基础

表面张力、表面自由能以及比表面能第25页，共135页，2023年，2月20日，星期三表面张力是物质的一种特性。它是物质内部分子之间相互作用的一种表现。表面张力与物质的结构、性质有关。不同物质的分子间相互作用力不同，分子间作用力越大，相互的表面张力也越大。通常金属>离子键物质（氧化物熔体/熔盐）>极性分子物质（水等）>弱极性物质>非极性物质（液态H2/Cl2等）；第二节基本理论第26页，共135页，2023年，2月20日，星期三物质表面张力与它相接触的另一相物质有关。

当与不同性质的物质接触时，表面层受到的力场不同；表面张力随温度的不同而不同，一般温度升高，表面张力下降。这是因为温度提高，物质体积膨胀，即分子间距增大，使分子间作用变小。根据热力学概念，恒温、恒压条件下，任何物质都有自动向自由能减小的方向移动的趋势，因此，表面能也有自动减小的趋势。要降低表面能，一方面可以通过自动收缩表面积，另一方面也可以通过降低比表面能来实现。第二节基本理论第27页，共135页，2023年，2月20日，星期三固体表面特性之一是吸附气体或吸附溶液中的溶质，这是一种物质的原子或分子附着在另一种物质表面上的现象。这种现象称之为吸附。为什么它具有吸附现象？由于物体表面质点处于力场不平衡状态，即具有表面能，这一不平衡的力场为了趋于平衡态，可以吸附别的物质而得到补偿，以降低表面能（表面自由能），所以固体表面自动吸附那些能够降低表面能的物质。它分为物理吸附（无选择性，因此吸附在固体表面上的分子可以是一层或是多层，速度快，较低温吸附）和化学吸附（当固体表面原子的原子价未完全饱和，还有剩余的成键能力，在吸附剂与吸附物之间有电子转移生成化学键）。第二节基本理论5.表面吸附作用第28页，共135页，2023年，2月20日，星期三

在复合材料界面上发生两种材料扩散混合时，相容性成为粘结界面的一个重要因素。增强体的表面特性及对复合材料界面结合的影响。纤维增强高分子复合材料复合材料中，增强体的表面特性是影响复合材料界面特性和材料特性的重要因素，它是通常指三个方面:增强体表面的物理特性增强体表面的化学特性增强体的表面能。

第二节基本理论6、固体的相容性与粘结。第29页，共135页，2023年，2月20日，星期三①增强体的表面特性与界面结合。增强体的表面物理特性主要是指其比表面积、表面形态结构、多孔性、表面极性、表面结构的均一性。增强体的巨大的比表面是导致复合材料中巨大的表面效应的根本原因。增强体的比表面越大，增强体与基体粘合的物理界面大，所以对粘结强度的贡献大。而增强体表面也或多或少的存在部分孔隙，这些孔隙中存在有气体，在复合材料的制备过程中，部分孔隙被基体填充，排除气体，呈一种机械镶嵌。第二节基本理论第30页，共135页，2023年，2月20日，星期三

液体基体对增强体的浸润

在常压或是在压力下的毛细浸润过程，浸润效果的好坏将直接影响复合材料的性能。第二节基本理论第31页，共135页，2023年，2月20日，星期三增强体的表面极性，均一性。增强体的极性取决于分子的结构、物质结构及外场的作用。通常极性的基体与极性的增强体有较强的界面结合，因而也就有较强的界面强度基复合材料强度。增强体表面均一性实质上是指增强体表面的活性点分布的均一性，包括物理化学活性点及化学活性点。这类活性点的分布影响到增强体表面与基体的物理化学结合或化学结合效果。第二节基本理论第32页，共135页，2023年，2月20日，星期三②增强体表面的化学特性与界面结合。增强体的化学特性包括其表面化学组成和结构、表面的反应特性等，其中增强体的表面反应特性是最重要的，它关系到增强体是否要进行表面处理，与基体能否形成化学结合，是否容易形成与环境接触反应而影响复合材料性能的稳定性。第二节基本理论第33页，共135页，2023年，2月20日，星期三非极性塑料如PE、PP，其表面能很低，用极性的聚氨酯胶粘剂粘接时可能遇到困难，这可用多种方法对聚烯烃塑料进行表面处理加以解决。-种办法是用电晕处理，使其表面氧化，增加极性:第二节基本理论第34页，共135页，2023年，2月20日，星期三1、复合材料的结构和性能

复合材料的结构通常是一个相为连续相，成为基体；而另外一相是以独立的形态分布在整个连续相中的分散相，它显著增强材料的性能，故常称为增强体。

多数情况下，分散相较基体硬，刚度和强度较基体大。分散相可以是纤维及其编织物，也可以是颗粒状或弥散的填料。

在基体和增强体之间存在着界面。第三节复合材料基本特性第35页，共135页，2023年，2月20日，星期三

因此，复合材料是由两种以上组分以及它们之间的界面构成。

组分材料主要指增强体和基体，它们也被称为复合材料的增强相和基体相。增强相与基体相之间的界面区域因为其特殊的结构组成也被视作复合材料中的“相”，即界面相。第三节复合材料基本特性第36页，共135页，2023年，2月20日，星期三增强相和基体相是根据它们组分的物理和化学性质和在最终复合材料中的形态来区分的。其中一个组分是细丝（连续的或短切的）、薄片或颗粒状，具有较高的强度、模量、硬度和脆性，在复合材料承受外加载荷时是主要承载相，称为增强相或增强体（reinforcedphaseorreinforcement）。增强相或增强体在复合材料中呈分散形式，被基体相隔离包围，因此也称作分散相。第三节复合材料基本特性第37页，共135页，2023年，2月20日，星期三复合材料中的另一个组分是包围增强相并相对较软和韧的贯连材料，称为基体相（matrixphase）。复合材料的各种形态示意于图中：第三节复合材料基本特性复合材料及其增强相的各种形态纤维状颗粒状层状片状填充状第38页，共135页，2023年，2月20日，星期三复合材料在制造前，基体材料的形状可以是薄片、粉末、块体或无定形的流体，它的状态可以是固态、气态、熔融态或半固—半液态。基体材料在与增强相固结后，基体相在复合材料中就成为包裹增强相的连续体。因此，基体相也叫做连续相。基体相具有支撑和保护增强相的作用，在复合材料承受外加载荷时，基体相主要以剪切变形的方式起向增强相分配和传递载荷的作用。第三节复合材料基本特性第39页，共135页，2023年，2月20日，星期三在复合材料中，增强相和基体相之间还存在着明显的结合面。位于增强相和基体相之间并使两相彼此相连的、化学成分和力学性质与相邻两相有明显区别、能够在相邻两相间起传递载荷作用的区域，称为复合材料的界面（interface）。第三节复合材料基本特性复合材料中界面层的厚度通常在亚微米以下，但界面层的总面积在复合材料中很大，且复合材料的界面特征对复合材料的性能、破坏行为及应用效能有很大影响。所以，人们以极大的注意力开展对复合材料界面的研究--------表面和界面工程（surfaceandinterfaceengineering）。第40页，共135页，2023年，2月20日，星期三

复合材料的性能取决于组分材料的种类、性能、含量和分布。主要包括：增强体的性能和它的表面物理、化学状态；基体的结构和性能；增强体的配置、分布和体积含量。复合材料的性能还取决于复合材料的制造工艺条件、复合方法、零件几何形状和使用环境条件。第三节复合材料基本特性复合材料既能保留原组分材料的主要特色，并通过复合效应获得组分材料所不具备的性能，还可以通过材料设计使各组分的性能相互补充并彼此关联，从而获得新的性能。

复合材料设计：选择复合材料的组分、增强体分布和复合材料制造工艺、使其具有使用所要求的性能过程。第41页，共135页，2023年，2月20日，星期三

复合材料设计可分为三个层次：单层材料设计、铺层设计、结构设计。

单层材料设计包括正确选择增强材料、基体材料及共配比，该层次决定单层板的性能；

铺层设计包括对铺层材料的铺层方案做出合理钱财安的安排，该层次决定层合板的性能；

结构设计则最后确定产品结构的形状和尺寸。上述三个设计层次互为前提、互相影响、互相依赖。第三节复合材料基本特性第42页，共135页，2023年，2月20日，星期三因此，复合材料及其结构的设计打破了材料研究和结构研究的传统界限。设计人员必须把材料性能和结构性能统一考虑，换言之，材料设计和结构设计必须同时进行，并将它们统一在同一个设计方案中。第三节复合材料基本特性复合材料是由多相材料复合而成，它的共同的特点主要有三个：(１)综合发挥各种组成材料的优点，使一种材料具有多种性能，具有天然材料所没有的性能。例如，玻璃纤维增强环氧基复合材料，既具有类似钢材的强度，又具有塑料的介电性能和耐腐蚀性能。第43页，共135页，2023年，2月20日，星期三(2)可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造。如，针对方向性材料强度的设计，针对某种介质耐腐蚀性能的设计等。(3)可制成所需的任意形状的产品，可避免多次加工工序。例如，可避免金属产品的铸模、切削、磨光等工序。第三节复合材料基本特性第44页，共135页，2023年，2月20日，星期三

影响复合材料性能的因素主要取决于增强材料的性能、含量及分布状况，基体材料的性能、含量，以及它们之间的界面结合情况，作为产品还与成型工艺和结构设计有关。因此，不论对哪一类复合材料，就是同一类复合材料的性能也不是一个定值，而只能给出其主要性能。第三节复合材料基本特性第45页，共135页，2023年，2月20日，星期三一般材料的简单混合与复合材料的两点本质区别：（１）复合材料不仅保留了原组成材料的特点，而且通过各组分的相互补充和关联可以获得原组分所没有的新的优越性能；第三节复合材料基本特性第46页，共135页，2023年，2月20日，星期三（２）复合材料的可设计性如结构复合材料不仅可根据材料在使用中受力的要求进行组元选材设计，更重要的是还可进行复合结构设计，即增强体的比例、分布、排列和取向等的设计。对于结构复合材料来说，是由能承受载荷的增强体组元与能连接增强体又起传递力作用的基体组元构成。由不同的增强体和不同的基体即可组成名目繁多的结构复合材料。第三节复合材料基本特性第47页，共135页，2023年，2月20日，星期三

2、复合材料的特性

复合材料是由多种组分的材料组成，许多性能优于单一组分的材料。例如，纤维增强的树脂基复合材料，具有质量轻、强度高、可设计性好、耐化学腐蚀、介电性能好、耐烧蚀及容易成型加工等优点。第三节复合材料基本特性第48页，共135页，2023年，2月20日，星期三（１）轻质高强，比强度和比刚度高Ａ、增强剂或者基体是比重小的物质，或两者的比重都不高，且都不是完全致密的；Ｂ、增强剂多是强度很高的纤维。

比强度（指强度与密度的比值）和比弹性模量是各类材料中最高的。第三节复合材料基本特性例如，普通碳钢的密度为7.8g/cm3。玻璃纤维增强树脂基复合材料的密度为1.5~2.0g/cm3，只有普通碳钢的1/4—1/5，比铝合金还要轻1/３左右，而机械强度却能超过普通碳钢的水平。第49页，共135页，2023年，2月20日，星期三若按比强度计算，玻璃纤维增强的树脂基复合材料不仅超过碳钢，而且可超过某些特殊合金纲。

碳纤维复合材料、有机纤维复合材料具有比玻璃纤维复合材料更低的密度和更高的强度，因此具有更高的比强度。第三节复合材料基本特性第50页，共135页，2023年，2月20日，星期三(2)可设计性好复合材料可以根据不同的用途要求，灵活地进行产品设计，具有很好的可设计性。对于结构件来说，可以根据受力情况合理布置增强材料，达到节约材料、减轻质量的目的。第三节复合材料基本特性对于有耐腐蚀性能要求的产品，设计时可以选用耐腐蚀性能好的基体树脂和增强材料；对于其他一些性能要求，如介电性能、耐热性能等，都可以方便地通过选择合适的原材料来满足要求。复合材料良好的可设计性还可以最大限度地克服其弹性模量、层间剪切强度低等缺点。第51页，共135页，2023年，2月20日，星期三(3)电性能好复合材料具有优良的电性能，通过选择不同的树脂基体、增强材料和辅助材料，可以将其制成绝缘材料或导电材料。例如，玻璃纤维增强的树脂基复合材料具有优良的电绝缘性能，并且在高频下仍能保持良好的介电性能，因此可作为高性能电机、电器的绝缘材料；第三节复合材料基本特性玻璃纤维增强的树脂基复合材料还具有良好的透波性能，被广泛地用于制造机载、舰载和地面雷达罩。复合材料通过原材料的选择和适当的成型工艺可以制得导电复合材料。这是一种功能复合材料，在冶金、化工和电池制造等工业领域具有广泛的应用前景。第52页，共135页，2023年，2月20日，星期三(4)耐腐蚀性能好聚合物基复合材料具有优异的耐酸性能、耐海水性能、也能耐碱、盐和有机溶剂。因此．它是一种优良的耐腐蚀材料，用其制造的化工管道、贮罐、塔器等具有较长的使用寿命、极低的维修费用。第三节复合材料基本特性第53页，共135页，2023年，2月20日，星期三(5)热性能良好玻璃纤维增强的聚合物基复合材料具有较低的导热系数，是一种优良的绝热材料。选择适当的基体材料和增强材料可以制成耐烧蚀材料和热防护材料，能有效地保护火箭、导弹和宇宙飞行器在2000℃以上承受用温、高速气流的冲刷作用。第三节复合材料基本特性(6)工艺性能优良纤维增强的聚合物基复合材料具有优良的工艺性能，能满足各种类型制品的制造需要，特别适合于大型制品、形状复杂、数量少制品的制造，第54页，共135页，2023年，2月20日，星期三(7)弹性模量金属基和陶瓷基复合材料能够在较高的温度下长期使用，但是聚合物基复合材料的弹性模量很低。因此，制成的制品容易变形。用碳纤维等高模量纤维作为增强材料可以提高复合材料的弹性模量，另外，通过结构设计也可以克服其弹性模量差的缺点。第三节复合材料基本特性第55页，共135页，2023年，2月20日，星期三

比模量系指在温度为23±2℃和相对湿度为50±5％的条件下测量的杨氏模量(单位:N.m-2)除以比重(单位:N.m-3)。

杨氏模量就是指表达物体在变形时所受的应力与应变关系的比例常数。第三节复合材料基本特性在弹性范围内大多数材料服从虎克定律，即变形与受力成正比。纵向应力与纵向应变的比例常数就是材料的弹性模量E，也叫杨氏模量。横向应变与纵向应变之比值称为泊松比µ，也叫横向变性系数，它是反映材料横向变形的弹性常数。第56页，共135页，2023年，2月20日，星期三复合材料的突出优点是比强度和比模量（即强度、模量与密度之比）高。比强度和比模量是度量材料承载能力的一个指标，比强度愈高，同一零件的比重愈小；比模量愈高，零件的刚性愈大。第三节复合材料基本特性第57页，共135页，2023年，2月20日，星期三(8)长期耐热性金属基和陶瓷基复合材料能在较高的温度下长期使用，但是聚合物基复合材料不能在高温下长期使用，即使耐高温的聚酰亚胺基复合材料，其长期工作温度也只能在300℃左右。第三节复合材料基本特性(9)老化现象在白然条件下，由于紫外光、湿热、机械应力、化学侵蚀的作用，会导致复合材料的性能变差，即发生所谓的老化现象。复合材料在使用过程中发牛老化现象的程度与其组成、结构和所处的环境有关。第58页，共135页，2023年，2月20日，星期三(10)抗疲劳性能好首先，缺陷少的纤维的疲劳抗力很高；其次，基体的塑性好，能消除或减小应力集中区的大小和数量。(11)减振能力强复合材料的比模量高，所以它的自振频率很高，不容易发生共振而快速脆断；另外，复合材料是一种非均质多相体系，在复合材料中振动衰减都很快。第三节复合材料基本特性第59页，共135页，2023年，2月20日，星期三与传统材料(如金属、木材、水泥等)相比，复合材料是一种新型材料。它具有许多优良的性能，并且其成本在逐渐地下降，成型工艺的机械化、白动化程度也在不断地提高。团此，复合材料的应用领域日益广泛。第四节复合材料的应用与研究现状一、复合材料的应用第60页，共135页，2023年，2月20日，星期三氮化硅结构陶瓷被用作航天飞机的防热瓦第四节复合材料的应用与研究现状硼纤维金属基复合材料制成的火箭履轴的管道输送部件第61页，共135页，2023年，2月20日，星期三美国B-2隐形轰炸机表面为具有良好吸波性能的碳纤维复合材料第四节复合材料的应用与研究现状由光导纤维构成的光缆第62页，共135页，2023年，2月20日，星期三先进橡胶轮胎使汽车成为交通主宰赛车上使用的特殊轮胎第四节复合材料的应用与研究现状第63页，共135页，2023年，2月20日，星期三高分子分离膜已被用来制造高效家庭净水器第四节复合材料的应用与研究现状人工肾脏第64页，共135页，2023年，2月20日，星期三生物陶瓷人造关节第四节复合材料的应用与研究现状耐高温纤维制成的消防人员的服装第65页，共135页，2023年，2月20日，星期三(1)在航空、航天方面的应用由于复合材料的轻质高强持性，使其在航空航天领域得到广泛的应用。在航空方面，主要用作战斗机的机冀蒙皮、机身、垂尾、副翼、水平尾冀、雷达罩、侧壁板、隔框、翼肋和加强筋等主承力构件。第四节复合材料的应用与研究现状第66页，共135页，2023年，2月20日，星期三用复合材料制造的汽车部件较多，如车体、驾驶室、挡泥板、保险杠、引擎罩、仪表盘、驱动轴、板黄等。随着列车速度的不断提高，火车部件用复合材料来制造是最好的选择。复合材料常被用于制造高速列车的车箱外壳、内装饰材料、整体卫生间、车门窗、水箱等。第四节复合材料的应用与研究现状(2)在交通运输方面的应用

由复合材料制成的汽车质量减轻，在相同条件下的耗油量只有钢制汽车的1／4，而且在受到撞击时复合材料能大幅度吸收冲击能量，保护人员的安全。

第67页，共135页，2023年，2月20日，星期三(3)在化学工业方面的应用在化学工业方面，复合材料主要被用于制造防腐蚀制品。聚合物基复合材料具有优异的耐腐蚀性能。例如，在酸性介质中，聚合物基复合材料的耐腐蚀性能比不锈钢优异得多。第四节复合材料的应用与研究现状(4)在电气工业方面的应用聚合物基复合材料是一种优异的电绝缘材料，被广泛地用于电机、电工器材的制造，如绝缘板、绝缘管、印刷线路板、电机护环、槽楔、高压绝缘子、带电操作工具等。第68页，共135页，2023年，2月20日，星期三

(5)在建筑工业方面的应用

玻璃纤维增强的聚合物基复合材料(玻璃钢)具有力学性能优异，隔热、隔声性能良好，吸水率低，耐腐蚀性能好和装饰性能好的特点，因此，它是一种理想的建筑材料。在建筑上，玻璃钢被用作承力结构、围护结构、冷却塔、水箱、卫生洁具、门窗等。第四节复合材料的应用与研究现状第69页，共135页，2023年，2月20日，星期三(6)在机械工业方面的应用

复合材料在机械制造工业中，用于制造各种叶片、风机、各种机械部件如齿轮、皮带轮和防护罩等。用复合材料制造叫片具力制造容易、质量轻、耐腐蚀等优点，各种风力发电机叶片都是由复合材料制造的。第四节复合材料的应用与研究现状第70页，共135页，2023年，2月20日，星期三(7)在体育用品方面的应用

在体育用品方面，复合材料被用于制造赛车、赛艇、皮艇、划桨、撑杆、球拍、弓箭、雪橇等。第四节复合材料的应用与研究现状第71页，共135页，2023年，2月20日，星期三我国是制造和使用复合材料最早的国家，远在400余年前就发明了以麻丝增强大漆，构成典型的复合材料器皿，并一直沿用至今。现代复合材料是1958年才开始发展的，是以玻璃纤维增强热固性聚合物为主要品种。二、复合材料研究现状第四节复合材料的应用与研究现状第72页，共135页，2023年，2月20日，星期三除聚合物基复合材料以外，目前已展开金属基、陶瓷基、碳基、水泥基，以及功能复合材料的制备科学和其结构与性能的研究，有些研究处于国际复合材料前沿，如纳米复合材料，智能复合材料等。第四节复合材料的应用与研究现状第73页，共135页，2023年，2月20日，星期三一、原材料的研究结构型复合材料中关键的原材料是增强体。我国于20世纪50年代末，开始研制玻璃纤维增强体，研究了各种玻璃纤维的配方，包括中碱的Ｃ玻璃，无碱的Ｅ玻璃以及高强度的Ｓ玻璃等。工艺方法是以传统的坩埚法为主，近来正发展到先进的池窑法（直接熔融法）。第四节复合材料的应用与研究现状高性能增强体如碳纤维、芳酰胺纤维（芳纶）、超高分子量聚已乙烯纤维，以及一些陶瓷纤维等我国均有研究。特别是碳纤维在20世纪60年代即从聚丙烯腈原丝开始研究，一直到烧成碳纤维。随后又解决了连续化的问题，并且开展有关机理性的研究。第74页，共135页，2023年，2月20日，星期三二、各种基体复合材料的研究

１、聚合物基复合材料

热固性聚合物基体主要为不饱和聚酯、环氧树脂、酚醛树脂、双马树脂，以及少量的耐高温聚酰亚胺树脂，其中的研究工作集中在合成新型树脂，同时也对其结构表征和固化过程进行了研究。第四节复合材料的应用与研究现状

热塑性聚合物基体除聚丙烯外，还有常用的工程塑料，如聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚醚砜和热塑性聚酰亚胺等的合成，改性和表征等。第75页，共135页，2023年，2月20日，星期三聚合物基复合材料加工成型方面，除手糊、喷射、模压、缠绕、拉挤、热压罐成型等常规方法的研究外，也研究一些新型的加工方法，如树脂传递法（RTM）的充模过程，包括其模拟计算等。第四节复合材料的应用与研究现状第76页，共135页，2023年，2月20日，星期三２、金属基复合材料目前主要集中在以轻金属（如铝、镁、钛）等为基体的复合材料研究，少量研究致力于铜、铁、铅基体的复合材料。增强的形式包括连续纤维、短纤维、晶须和颗粒。第四节复合材料的应用与研究现状第77页，共135页，2023年，2月20日，星期三３、其他基体复合材料

陶瓷基复合材料方面的研究工作，如热压烧结的碳化硅晶须增强氧化硅，或碳化硅基体的复合材料；氧化锆颗粒增强碳化物陶瓷复合材料等的制备科学和结构性能研究。第四节复合材料的应用与研究现状第78页，共135页，2023年，2月20日，星期三(1)降低成本由于复合材料的性能优于传统材料，如能降低复合材料的成本，其应用前景将是非常广阔的。二、复合材料今后的发展方向第四节复合材料的应用与研究现状

(2)高性能复合材料的研制高性能复合材料是指具有高强度、高模量、耐高温等特性的复合材料。随着人类向太空发展，航空航天工业对高性能复合材料的需求量越来越大，而且也会提出更高的性能要求，如更高的强度要求、更高的耐温要求等。第79页，共135页，2023年，2月20日，星期三(3)功能性复合材料功能复合材料是指具有导电、超导、微波、摩擦、吸声、阻尼、烧蚀等功能的复合材料。第四节复合材料的应用与研究现状第80页，共135页，2023年，2月20日，星期三(4)智能复合材料智能复合材料是指具有感知、识别及处理能力的复合材料。在技术上是通过传感器、驱动器、控制器来实现复合材料的上述能力。例如，当用智能复合材料制造的飞机部件发生损伤时，可由埋入的传感器在线检测到该损伤，通过控制器决策后，控制埋入的形状记忆合金动作，在损伤周围产生压应力，从而防止损伤的继续发展，大大提高了飞机的安全性能。第四节复合材料的应用与研究现状第81页，共135页，2023年，2月20日，星期三(5)仿生复合材料

复合材料的设计从常规设计向仿生设计发展。仿照竹子从表皮到内层纤维由密排到疏松的特点，成功地制备出具有明显组织梯度与性能梯度的新型梯度复合材料。第四节复合材料的应用与研究现状仿照鲍鱼壳的结构，由碳、铝和硼混合成陶瓷细带制成了10微米厚的薄层，由此得到的层状复合材料比其原材料坚固40％。第82页，共135页，2023年，2月20日，星期三(6)环保型复合材料

从环境保护的角度看，目前的复合材料大多注重材料性能和加工工艺性能，而在回收利用上存在与环境不相协调的问题。因此，开发、使用与环境相协调的复合材料，是复合材料今后的发展方向之—。第四节复合材料的应用与研究现状第83页，共135页，2023年，2月20日，星期三为什么陶瓷材料多表现为脆性?离子键无滑移或位错共价键不能松弛应力且裂纹生成及扩散所需能量小第五节陶瓷基复合材料第84页，共135页，2023年，2月20日，星期三陶瓷基复合材料(Ceramicmatriccomposite)是在陶瓷基体中引入第二相材料，使之增强、增韧的多相材料。主要以高性能的陶瓷为基体，通过加入颗粒、晶须、连续纤维和层状材料等增强体而形成的复合材料。增韧陶瓷阀门增韧陶瓷刀片第三节陶瓷基复合材料第85页，共135页，2023年，2月20日，星期三陶瓷基复合材料有:（1）异相颗粒弥散强化陶瓷复合材料（2）纤维增韧增强陶瓷复合材料（3）原位生长陶瓷复合材料（4）梯度功能陶瓷复合材料（5）纳米陶瓷复合材料第三节陶瓷基复合材料第86页，共135页，2023年，2月20日，星期三陶瓷基复合材料的强韧机理多相复合材料的设计三项原则:相之间在化学上相容性相之间在物理上的相容性热膨胀系数匹配弹性模量复合材料的显微结构的设计第三节陶瓷基复合材料第87页，共135页，2023年，2月20日，星期三颗粒包括氧化物和非氧化物颗粒，也可以是金属、金属间化合物颗粒。强韧化机理（1）颗粒能抑制基体的晶粒长大形成细晶。如SiC颗粒弥散在Si3N4基体中，可以在一定的程度上抑制Si3N4晶粒的长大，从而获得细晶粒的显微结构。第三节陶瓷基复合材料1、颗粒弥散增韧陶瓷基复合材料SiC颗粒弥散在Si3N4基体第88页，共135页，2023年，2月20日，星期三2)微裂纹增韧 影响第二相颗粒增韧效果的主要因素是基体与第二相颗粒的弹性模量、热膨胀系数以及两相的化学相容性。其中化学相容性是复合的前提。两相间不能有过度的化学反应，同时保证具有合适的界面结合强度。弹性模量只在材料受外力作用时产生微观应力再分布效应；热膨胀系数失配在第二相颗粒及周围基体内部产生残余应力场是陶瓷得到增韧的主要根源第三节陶瓷基复合材料1、颗粒弥散增韧陶瓷基复合材料第89页，共135页，2023年，2月20日，星期三假设第二相颗粒与基体不存在化学反应，但存在着热膨胀系数的失配，由于冷却收缩的不同，颗粒将受到一个应力。当颗粒处于拉应力状态，而基体径向处于拉伸状态、切向处于压缩状态时，可能产生具有收敛性的环向微裂（图a）；当颗粒处于压应力状态，而基体径向受压应力，切向处于拉应力状态，可能产生具有发散性的径向微裂（图b）。若径向微裂纹向周围分散，则更容易相互连通而形成主裂纹。但在同等条件下容易产生环向微裂纹。

第三节陶瓷基复合材料1、颗粒弥散增韧陶瓷基复合材料第90页，共135页，2023年，2月20日，星期三裂纹在材料中的扩展路径p

m）当热膨胀系数p

m时，裂纹在基体中发展，增加了裂纹扩展路径，因而增加了裂纹扩展的阻力.第三节陶瓷基复合材料第91页，共135页，2023年，2月20日，星期三当p

m时，若颗粒在某一裂纹面内，则裂纹向颗粒扩展时将首先直接达到颗粒与基体的界面。此时如果外力不再增加，则裂纹就在此钉扎，这就是裂纹钉扎增韧机理的本质。若外加应力进一步增大，裂纹继续扩展或穿过颗粒发生穿晶断裂（图b），或绕过颗粒，沿颗粒与基体的界面扩展，裂纹发生偏转（图C）。即使发生偏转，因偏转程度较小，界面断裂能低于基体断裂能，增韧的幅度也较小。第三节陶瓷基复合材料图C图b第92页，共135页，2023年，2月20日，星期三晶间断裂模式第三节陶瓷基复合材料第93页，共135页，2023年，2月20日，星期三ZrO2从四方相到单斜相转变效应的氧化锆多晶体（TZP）陶瓷材料，在室温下有较高的强度和断裂韧性，但在高温下由于相变的消失，强度急剧下降。第三节陶瓷基复合材料2、ZrO2微裂纹强化陶瓷基复合材料单斜相(m)ZrO2， 1170C四方相(t)ZrO2；2370C立方相ZrO2。ZTA性能随ZrO2体积含量的变化第94页，共135页，2023年，2月20日，星期三图1相变增韧示意图

图2ZTA中应力诱变韧化导致性能随ZrO2体积含量的变化第三节陶瓷基复合材料第95页，共135页，2023年，2月20日，星期三金属颗粒和金属间化合物颗粒高温性能不好，但在低温条件下可以显著地改善中低温时的韧性。增韧机理：裂纹桥联、颗粒塑性变形、颗粒拔出、裂纹偏转和裂纹终止于颗粒。第三节陶瓷基复合材料3金属颗粒和金属间化合物颗粒的弥散强化裂纹终止于颗粒裂纹的分岔裂纹偏转颗粒塑性变形第96页，共135页，2023年，2月20日，星期三桥联第三节陶瓷基复合材料第97页，共135页，2023年，2月20日，星期三拔出功增韧第三节陶瓷基复合材料颗粒的拔出第98页，共135页，2023年，2月20日，星期三通过有效的分散、复合使纳米颗粒均匀弥散地保留在陶瓷基质中而得到的复合材料。一般分三类：A、基体晶粒内弥散纳米粒子第二相（高温、低温力学）B、基体晶粒间弥散纳米粒子第二相（高温、低温力学）C、基体与第二相同为纳米晶粒（加工性、超塑性）纳米弥散相抑制了基体晶粒的生长和减轻了晶粒的异常长大。形成均匀的细晶粒显微结构和减少大晶粒缺陷的数量，提高材料的力学性能。4、纳米强韧化机理第三节陶瓷基复合材料第99页，共135页，2023年，2月20日，星期三晶界间晶粒内部纳米粒子通过钉扎作用进入位错群中，一方面使基体粒子形成亚晶界，使基体晶粒细化而起增强作用，另一方面当在应力作用下材料内部产生微小裂纹，其扩展将受到硬性纳米粒子的反射、阻碍或在亚晶界处产生裂纹分枝而消耗能量第三节陶瓷基复合材料第100页，共135页，2023年，2月20日，星期三要求：尽量满足纤维（晶须）与基体陶瓷的化学相容性和物理相容性。化学相容性是指在制造和使用温度下纤维与基体两者不发生化学反应及不引起性能退化物理相容性是指两者的膨胀系数和弹性模量匹配，通常希望纤维的膨胀系数和弹性模量高于基体，使基体的残余应力为压应力。当裂纹扩展遇到纤维时受阻，如果裂纹继续进一步扩展就必须提高外应力。由于基体与纤维间的界面的离解，同时又由于纤维的强度高于基体的强度，从而使纤维可以从基体中拔出。当拔出的长度达到某一临界值时，纤维断裂。5、纤维增韧陶瓷材料机理第三节陶瓷基复合材料第101页，共135页，2023年，2月20日，星期三

纤维在基体中的不同分布方式纤维无规排列时，能获得基本各向同性的复合材料。均一方向的纤维使材料具有明显的各向异性。纤维采用正交编织，相互垂直的方向均具有好的性能。纤维采用三维编织，可获得各方向力学性能均优的材料。第三节陶瓷基复合材料第102页，共135页，2023年，2月20日，星期三第三节陶瓷基复合材料纤维桥联基体裂纹的应力-应变曲线航天飞机防热瓦的纤维质纤维结构第103页，共135页，2023年，2月20日，星期三用晶须作为增强相可以显著提高复合材料的强度和弹性模量，但因为价格昂贵，目前仅在少数宇航器件上采用。现在发现，晶须(如SiC和Si3N4)能起到陶瓷材料增韧的作用。ZnO晶须自增韧Si3N4陶瓷6、晶须增韧第三节陶瓷基复合材料第104页，共135页，2023年，2月20日，星期三调整陶瓷工艺或其热处理过程，使陶瓷的晶粒生长成具有一定长径比的柱状和板状形态，即原位生长，使其产生类似与晶须增强的的效果。原位生长可以避免由于等轴晶粒与外加的晶须状物料不易均匀混合的问题。（疾病危害）第三节陶瓷基复合材料7、自增强陶瓷基复合材料莫来石晶须第105页，共135页，2023年，2月20日，星期三第三节陶瓷基复合材料7、自增强陶瓷基复合材料第106页，共135页，2023年，2月20日，星期三用陶瓷涂覆金属一般都使涂层的组分做梯度变化，以消除由于陶瓷与金属热膨胀系数的巨大差异而产生的热应力，从而保证涂层对金属基底的结合和使用可靠性。8、梯度陶瓷基复合材料第三节陶瓷基复合材料第107页，共135页，2023年，2月20日，星期三二、陶瓷基复合材料的界面和界面设计1、界面的粘结形式

（1）机械结合 （2）化学结合陶瓷基复合材料往往在高温下制备，由于增强体与基体的原子扩散，在界面上更易形成固溶体和化合物。此时其界面是具有一定厚度的反应区，它与基体和增强体都能较好的结合，但通常是脆性的。若增强体与基体在高温时不发生反应，那么在冷却下来时，陶瓷的收缩大于增强体，由此产生的径向压应力与界面剪切应力有关：=

，为摩擦系数，一般取0.1~0.6。第三节陶瓷基复合材料第108页，共135页，2023年，2月20日，星期三2、界面的作用陶瓷基复合材料的界面一方面应强到足以传递轴向载荷并具有高的横向强度；另一方面要弱到足以沿界面发生横向裂纹及裂纹偏转直到纤维的拔出。因此，陶瓷基复合材料界面要有一个最佳的界面强度。图1陶瓷基复合材料界面示意图第三节陶瓷基复合材料强的界面粘结往往导致脆性破坏，裂纹在复合材料的任一部位形成并迅速扩展至复合材料的横截面，导致平面断裂。这是由于纤维的弹性模量不是大大高于基体，因此在断裂过程中，强界面结合不产生额外的能量消耗。若界面结合较弱，当基体中的裂纹扩展至纤维时，将导致界面脱粘，发生裂纹偏转、裂纹搭桥、纤维断裂以至于最后纤维拔出。所有这些过程都要吸收能量，从而提高复合材料的断裂韧性。

第109页，共135页，2023年，2月20日，星期三3、界面性能的改善为了获得最佳界面结合强度，希望避免界面化学反应或尽量降低界面的化学反应程度和范围。实际当中除选择增强剂和基体在制备和材料服役期间能形成热动力学稳定的界面外，就是纤维表面涂层处理。包括C、SiC、BN、ZrO2和SnO2等。纤维表面涂层处理对纤维还可起到保护作用。纤维表面双层涂层处理是最常用的方法。其中里面的涂层以达到键接及滑移的要求，而外部涂层在较高温度下防止纤维机械性能降解。第三节陶瓷基复合材料第110页，共135页，2023年，2月20日，星期三三、陶瓷基复合材料的性能1、室温力学性能1）拉伸强度和弹性模量对陶瓷基复合材料来说陶瓷基体的失效应变低于纤维的失效应变，因此最初的失效往往是基体中晶体缺陷引起的开裂。如图所示，材料的拉伸失效有两种：图纤维陶瓷基复合材料应力-应变曲线示意图第三节陶瓷基复合材料第一：突然失效。如纤维强度较低，界面结合强度高，基体较裂纹穿过纤维扩展，导致突然失效。第二：如果纤维较强，界面结合较弱，基体裂纹沿着纤维扩展。纤维失效前纤维/基体界面在基体的裂纹尖端和尾部脱粘。因此，基体开裂并不导致突然失效，材料的最终失效应变大于基体的失效应变。

第111页，共135页，2023年，2月20日，星期三2）断裂韧性纤维拔出与裂纹偏转是复合材料韧性提高的主要机制。纤维含量增加，阻止裂纹扩展的势垒增加，断裂韧性增加。但当纤维含量超过一定量时，纤维局部分布不均，相对密度降低，气孔率增加，其抗弯强度反而降低。图CF/LAS的断裂韧性和弯曲强度随纤维含量的变化第三节陶瓷基复合材料第112页，共135页，2023年，2月20日，星期三3）压缩及弯曲强度对于脆性材料，用弯曲和压缩试验更能表征材料的强度性能。第三节陶瓷基复合材料第113页，共135页，2023年，2月20日，星期三4）影响因素增强相的体积分数：复合材料的力学性能呈现符合混合定律的线性关系。但当纤维含量超过一定量时，纤维局部分布不均，气孔率增加，导致材料力学性能偏离混合定律的线性关系。Phlips等提出如下经验公式修正偏差：Em=Em0（1–1.9ρ+0.9ρ

2）式中Em：有孔隙材料的弹性模量；Em0：无孔隙材料的弹性模量；ρ：基体中的孔隙率。图连续CF/玻璃复合材料的弹性模量与纤维含量的关系第三节陶瓷基复合材料第114页，共135页，2023年，2月20日，星期三热膨胀系数：当基体热膨胀系数大于纤维热膨胀系数时，会导致纤维与基体界面结合的减弱甚至脱离。但适当减弱界面结合，则有利于裂纹的扩展或沿晶界偏转或钝化和分散裂纹尖端造成的应力集中。 图微晶玻璃基体的热膨胀系数对复合材料性能的影响第三节陶瓷基复合材料第115页，共135页，2023年，2月20日，星期三密度：弯曲强度和断裂韧性都随复合材料的密度增加而增加。密度的增加不仅提高了复合材料的强度，而且改变了应力—应变曲线的形状。图不同密度的C/SiC复合材料的应力-位移曲线1、ρ=1.8g/cm3、2、ρ=2.1g/cm3第三节陶瓷基复合材料第116页，共135页，2023年，2月20日，星期三界面： 有碳界面层的C/SiC复合材料在断裂中表现出复合材料的典型断裂行为，即当应力达到最大值后，不是突然下降，而是呈梯形降低（曲线1）。 密度较高而无碳界面层的C/SiC复合材料在应力—应变曲线上表现为达到最大值后，应力曲线缓慢下降（曲线2）。图不同界面状况复合材料的应力-位移曲线第三节陶瓷基复合材料第117页，共135页，2023年，2月20日，星期三颗粒含量和粒径：

图SiCP含量对SiCP/AlN性能的影响

图SiCP粒径对iCP/AlN性能的影响颗粒含量对材料弯曲强度及断裂韧性提高效果不是太大，但粒径的影响却较大。复合材料的性能随着粒径而增大，但随着粒径的进一步增大。其性能反而下降；这是由于材料的致密度下降，同时引进了更多的缺陷的缘故。第三节陶瓷基复合材料第118页，共135页，2023年，2月20日，星期三2、高温力学性能

1）强度分别为不同温度下SiCF/MAS堇青石复合材料的力学性能变化。室温下，复合材料的抗弯强度比基体材料高约10倍，弹性模量提高约2倍。复合材料的抗弯强度至700℃保持不变，然后强度随温度升高而急剧增加；但弹性模量却随着温度升高从室温的137GPa降到850℃的80GPa。这一变化显然与材料中残余玻璃相随温度升高的变化相关。第三节陶瓷基复合材料第119页，共135页，2023年，2月20日，星期三1）强度图1为SiCW/Al2O3复合材料的断裂韧性随温度的变化。随温度升高，基体陶瓷的断裂韧性呈下降趋势，而复合材料的KIC却保持不变；在大于1000℃之后，KIC呈上升趋势。研究结果表明，不仅复合材料的断裂韧性得到提高，而且室温力学性能及高温力学性能、抗热冲击性能及抗高温蠕变性能均得到本质上的改善。图2是不同SiCW含量的Al2O3复合材料的强度随温度的变化。SiCW的加入增加了韧性及断裂功被归功于裂纹桥联和纤维拔出增韧机制。第三节陶瓷基复合材料第120页，共135页，2023年，2月20日，星期三2）热冲击性（热震性）材料在经受剧烈的温度变化或在一定起始温度范围内冷热交替作用而不致破坏的能力称为抗热震性（ThermalshockResistance），也称之为耐热冲击性或热稳定性。抗热震性与材料本身的热膨胀系数、弹性模量、导热系数、抗张强度及材料中气相、玻璃相及其晶相的粒度有关。图20%SiCW/Al2O3复合材料的抗热震性能第三节陶瓷基复合材料在Al2O3中加入20Vol%的SiC晶须后，不仅强度提高了一倍，而且抗热震性得到明显提高。第121页，共135页，2023年，2月20日，星期三①氧化铝陶瓷基体

以氧化