昆明理工大学材料工程复合材料知识点

1.定义及特点

定义：通过有机高分子、无机非金属材料或金属

具有可攻计在；

等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型多因

相体材料，它即保留原组分材料的主要特色，又通林人工制造而非天然形成的；

过复合获得原有组分不具备的性能，可通过结构设点

性能取决于各组分性能及协同效应；

计使各组分材料的性能相互补充并彼此关联，从而

获得新的优越性能组元间有明显界面或呈梯度变化的多相材料.

2.作用及作用

传递

承力

增强体基体结构（功能）

（纤维）+（树脂）复合材料

茶体相：一相连馈相，它把改善性增强相：纪承受吃力（结种复合材

能的增量相材料固结成一体，并起M鼐一峨（功能复合材料）的作

传递应力的作用.用

3.优势及特点：复合效应——克服单一材料缺点。

高比强，高比模——减重；轻质化——航空航天的永恒主题；既是一

种材料，又是一种结构；可设计——非匀称性，各向异性，结构多重

性；破损平安性高——抗疲惫，运用寿命长，

〃复合材料是由各种组成材料去取长短复合而成

的具有各种材料综合性能的新材料。

，其性能一般有组成的增强体材料和基体材料以

及之间的界面决定，作为产品还与成型工艺和结

构设计有关，但复合材料还具有以下共性.

按照复合材料结构形式结构复合材料

4.分类层合板

夹层结构复合材料用U

（1）制竹复畲材料：以力学陵熊山超度、例皮、森更♦

常跳为工狸所虞用・4混杂复合材料

•用皿筋：*犬・两功能复合材料

■每筋：境统增罹族、博也缴两、分取歉时的使用，保护

增“环技基体材料性质：

（2）动检及金列K：以“方、光、电、隔、碓，物理存

金属基复合材料（MMC）塑料基

屣普工狸所皮用，聚合物基｛

（PMC）I橡胶基

■♦族：建佗用非金属基箕合材料

IE•」慨及峨化物墨

■劫熊瞪：r除丁增雄外）♦子及台材不以一之的”现、、无机非基I

婚断曲凡（CMC）非碟基（水、玻、陶

按纤维材料种类：玻璃纤雄复合材料、碳纤维复合村

料、有机纤维复合材料、金属纤维

复合材料、陶瓷纤维复合材料

5.功能复合材料组成及特点

•按照增强体形式：

小体材料（逵唉

纤维增强

颗粒增强

南城＜片材增强

层叠式复合材料

I功能体（分数相）二合tfK的夕您“BtNJPB!

%Jta贡®C,初入不内口雄的次

WM.

flJ餐京与后隆材科弗用：

绵隆材若/号体材料“夏食材料"

如：做纤健环氟珂精复会材料

（2）HJ肩著筋材料时以三体为主：

W：啊糖看震骨材料，金层三复合材料

（3）HEIB培隆材料时阳以省强材科为生：

如被瑞纤健埸强震合材料

碳纤维塔强复合材料等

••"JI4，”、

7.1金属基体，7.2陶瓷基体，7.3聚合物基体

强皮病、硬皮大比强度、比稹置大

盒尤用、窗比整耐盒温耐夜劳唯能好7o

与耦导电7.1减震嵯好’・0

抗氯化7.2

洛膨联案:数假、尺寸稳定履好理喊时安全惟他好

盒渥抗盾振、耐化学腐分臬宥多种功能跳

反好官理雌能（■农"爬坟、房若、电・、

热膨胀菜数小«».生电一）

耐磨睚能好加工峨州

疲劳睚他和新裂睚能好扰理?S3T不育但耐富温、耐老T匕、材料强度一畋

不吸涮、不老化、名富嵯好新超物帙低唯差

8.缺点

制备工艺困难，性能离散性较大（成品率不高），增加体/基体可供选

择种类有限，断裂伸长较小，抗冲击才能较低，成本较高。

9.复合材料的组成

9.1复合材料组成

连续相分散相。基体=>连姨相，段形和防护

传递作用

（基体）（增强体）。增强体=>分散和，永栽

阻断作用

粘接和固定增强相

增加强度。界面=>界面和，传力

分配增强体的我荷诱导效应

改善性能

保护增强体免受环

境影响

9.2基体和增加纤维分类

基体材料：金属；无机非金属；聚合物

增加体：纤维，晶须，颗粒等（主要为玻璃纤维碳纤维，芳纶及硼纤

维）

增HE体分舞：

①双■阡I

②♦舒*

③列根轩・('务・SEJH・跳舒秀♦双取■轩・、M«

能舒・♦)

④•麾舒・(■如・■、不,■・♦)«>WM,

⑤何就舒・，加H化值舒・、・Tt;fit仟・♦)

.Htt：募号剜M«t**磔*miURVt*■诔f«TtM

、,化IB、后・、fll金用眉)

Mt4rfOWJ:

®晶须(Whisker)

・颗粒增强体主要是指具有高刎、Kff*,耐热、酎肝、耐高温

晶须：含缺陷很少的单晶纤维材料(•的陶堂和石♦等他金属鹏fi.(其强化机理根据粒径不同而变化.

o.i~i*［米।e粒增强，o.ooi~o.ii»*：阻碍位错，弥散增强)

。直径0.1〜lOjim,长径比5〜1000

•如碳化硅、气化铝、象化碓、破化怯、碳化厢、石墨、缩金刚石

。金属晶须(Ni、Fe、Cll、Ag、Ti、Cd……)

用以改善基体材料性能的颗粒状材料,称为整粒增强体

飙化物品须(MgO.ZnO.AI,O,.HO,.Crp,......)

(ParticleReinforcenent)•

陶瓷晶须(SiC,TiC、WC、TiB、ZrB2……)•顺粘增强体也称为刚忖颗粒增强体

，机盐类晶须、

(K/TiQnAl18B40n)•(RaaidParticleReinforcement)或陶史颗粒增强体.

增加纤维:

沥青发纤维的将性

碳纤维(CarbonFibre)

卷玻璃纤维(GlassFibre)高强度碳纤雒<HS)

♦耐商工

。价格低!品种多；商模量碳纤雉(

HM)♦高模量♦耐・惊

E•无减玻璃纤维S•高强度玻璃纤线

。比强度和比模量高；♦低密度♦生理相白侵

*冲击性能较好：=，耐热性、耐寒性好，化学秘定性高;

，低的导电性；*

，具有自润滑性:

。化学稔定性较好……

・焦膨胀系数小,皓导率高，导电性好.

♦射磨耗♦催化I♦性

。弹性模量低；・价格较高：

。易受机械损伤；■他化Te47e/।♦呼电作

■性大；■KIMMf♦

•3.14.45GPa,t=19+241GPJ.

♦可加工住

P耐磨......■，抗辄化能力差….dciKlty=1-7-2.Ig/CC

/纶纤维

<AroitMtkPdyniidenbrprKrv<«r>

*高强度、高模量，比强度极高;

・勒性好：

•低的导电性：

，自熄性纤维；

•化学渔定性好……

•具有吸湿性；

与基体结合较差”

10.常用复合材料

10.1金属基复合材料

金属基复合材料：

UI金属及箕合金为基体.用一种或几种金属或"金履

增强的复合材料.

特点：金属加复合材料除具有与樽原关复合材料相同的高铝合金

号度、高弹性模款和低钱影来系数-

工作温度高、离副性、导电、导络、不易燃烧,长纤维增强镁合金

、抗电磁干扰、抗辐射.短纤维或晶须增强人忌食/士,

颗粒增强金属基体钛合金

可进行热处理和其它加工来法一步提高性能・金属基复合材料.

铜及铜合金

密度高、制作成本高、工艺复杂、增强材与其体间原位复合增强

易发生化学反应等缺点.金属间化合物

金属基复合材料再细分的材料以及应用个人认为不会考这么细可自

行查看P4

玻璃脆性很大，但是将熔融态玻看以极快的速度拉

制成纤维，就具有一定的柔韧性，可坊织成纱或各种形

式的玻璃布。10.4碳纤维

碳纤维的特点：

□密度低，弹性模■

碳纤维由有机纤维经高温碳化而成，工业广泛应用聚

□高温、低温力学性

烯脑纤维、黏胶纤维和沥青纤维制造的碳纤维。

□具有高的耐蚀性、

□它的主要缺点是腕

■玻璃纤维的还差，

10.5晶须除合力.

品须有金属品须、陶优品须和高分子品须.

帙晶须已投入生产；陶登晶须强度极高，此外还有密晶须价格昂贵，主要用于金属基复合材料，在树

度低、弹性模量高、耐热性能好等特点，是极有发展脂基用合材料中应用不多。

前途的增强晶须.高分子晶须与环氧树脂的复合工艺

还在研究中.

10.6合成木材P43,耐磨材料P45

11.梯度复合材料

是两种或多种材料复合成组分和结构呈连续梯度变化的一种

新型复合材料；它要求功能、性能随内部位置的变化而变化，实

现功能梯度的材料。

12.原位复合材料

什么是原位复合材料？

采用定向凝同方法，使液态金属靠合金在有规则的

祖度梯度场中进行冷却凝固，金属茎体口分析出品须或

颗粒而得到的复合材料。

原位复合材料的特点：

★增强相在结晶凝固过程中析出，故界面结合牢固、张

度高，同时避免了人工复合时制湿、化学反应、相容

性等问题.

★由于两相是在高温接近热平衡条件下谖慢生成的，因

.而具有R好的熬板定性.

心材料易加工，能直接仲成所倚结构.

13.功能复合材料

功能复合材料是指除力学性能以处而提供其他物理茎体：主要起粘结作用，某些情况下也起功能作用.

性能（并包括部分化学和生物性能）的复合材料，如显曳功能体：复合材料的功能特性.

超导、生昱、磁性、压电、阻尼、吸声、宗擦、吸波、Sf*，〜上不同特性的功能体一特性各异的功能复合材料.

蔽、阻燃、防热、磁热等功能复合材料♦说.皿4„*”

应用面宽研制周期也附加值高

功能”令材料的谛计质则

功健复合材料主要由一种或多种功能体和整体组成.小批量，多品种适于特殊用途

例如柔制性磁体IX他轿点，可利用复合效应创造新叁复合功能材料

主要类型功能特征主要类型

功能特征主要类型功能特征

透光复合材料士配处廉阻复合材料

磁功能屏敲复合材料

淑・复合材料

复合材料吸波复合材斤------光传导复令材料

热损耗阻尼复合材料

发光复合材料黑

透波复合材料破损耗阻尼复合材料

光功能

聚合物基导电复合材料光致变色复合材料电损耗阻尼复合材料

复合材料

本征导电聚合物材料感光复合材料防弹软质防弹装甲

复合材料层合板防弹装甲

导电压电复合材料光电转换复合材料复合材料

陶先复合材料防弹装甲

复合材料附登基导电复合材料

光记录复合材料

水泥基导电复合材料防紫外线复合材料

烧蚀防热复合材料抗辐射防X射线复合材料

金属某导电复合材料热功能防/射线复合材料

热适应复合材料复合材料

导电纳米复合材料复合材料防中子复合材料

一韶”分育材料阻燃复合材料防核辐射力合材料

14.层状复合材料

层状复合材料

层状复合材料是指在基体中含有多重层片状高强高模

量增强物的复合材料.这种材料是各向异性的(层内两维双金属、表面涂层等也是层状复合材料C1

同性).,__________________

5.复合材料的制备

复合材料的制备工艺：复合材料的制备工艺特点：

将两种或两种以上不同性质的材料组合在一起而采

用的“适当方法”。(0材料的形成与制品的成型同时完成。

聚佳物基复合材科的制葡工艺成型工艺主要包括以下两个方面：

纤维等增好体一是成型，即将预浸料按产品的要求，铺置成一定的

聚合物基复合材料的原材料｛

聚智物基体材料哪，一般就是产品的形状；

二是固化，即把己ifi量成二定形状的叠层预浸料，在

聚合物基复合材料的成型工艺:那1回和压力笠因索影直E使形状固定下来，并能达

翻期的性能要求.

(＞手幅成型工艺

A喷射成型工艺

》铺层工艺

»模压成型工艺

A施筑成利工艺

、》挤拉成型工艺具体工艺介绍以及特点自行查看P67

金属基复合材料的制备工艺：固态法，液态法，其他方法。

16.金属基复合材料的制备工艺

16.1固态制造技术：粉末冶金法，固态扩散结合法，扩散粘结法,

热压法，热等静压法，轧制法和挤压法

16.2液态制造技术：

高压凝固♦造法

,真空吸佛诙

铸造法.搅拌铸造法

压力铸造法

熔铸复合法

成态法《熔融金属浸渍法

真空压力没溃法

骑射沉积法

16.3其他制造方法：原位自生成法，等离子喷涂法，电镀法

17.陶瓷基复合材料的制备工艺

陶究基复合材料制备工艺有粉末冶金法、桨体法、溶

胶-凝胶法等。

注：以上全部方法具体介绍自行查看P67

18.复合材料的发展趋势

玻璃钢和树脂基复合材料

非常成熟

广泛应用

金属基复合材料

开发阶段，

应用于某些结构件的关键部位

陶鎏基复合材料及功能复合材料等

尚处于研究阶段，

有不少科学技术问题有待解决

19.总结（只补充上述没有提到的内容）

19.1定义

及合材料的定义为：由两种或两种以上小

同性质的单一材料，通过不同复合方法所

得到的宏观多相材料。特点：多相结杓间存在着复合效应

19.2复合材料出现的缘由：传统材料的局限性

熨科：K赛友、，成生和建接；盘稳定驻夏、力学

膛能一收

陶武：K暮:反、般臃定腔好、而膺蚀、鹰惊、房投

膛能好；胧；成曳、加工融

金启：取好鼎犍定膜、玄力学腔熊和新I3U好成釐

和连接膜；★强持久触Jtt；★骞度；X得量o

19.3复合原理

>要合材K的重合原耀，尾灰除下足吞科国・对现

合材NRt丝的影晌观球.

■彩晴复合材料帙熊的国*:

■工客因素

■•・材K的优能

a用整行*妁％状、*布

>mMk忖*的以及与*住的界面城力■、总构

■投源或合蜃顼，可以可阱・要3元粕开发的要合

材料■的膛nt,电括力学、”现、化学行

■蜀计、预羽粕评咕。

19.4复合法则

力学性版复合法期:

弥散增强、颗粒增强、长纤维增强、短纤维增强增强原理

材料物理以及功整性质如合法网：为了提高力学性能而研制的复合材料，有三料类型：

（1）弥散增强型；

/混合（线性加和）效应及特性（2）颗粒增强型；

，协同（非线性加和）效应特性（3）纤维增强型（连续纤维、短纤维增强）