材料科学基础_复合材料.ppt

1、1,15 复合材料,15.1 概述 15.2 复合材料的增强原理 15.3 复合材料性能特点 15.4 复合材料简介,2,15.1 概述,定义：由两种以上在物理和化学上不同的物质组合起来而得到的一种多相固体材料。 Win-Win co-operation 组成相： 连续相（基体） 分散相（增强材料） 发展历程 第一代：玻璃钢（玻璃纤维增强塑料） 第二代：碳纤维强化树脂（CFRP）和硼纤维强化树脂（BFRP） 第三代：金属基、陶瓷基、碳/碳复合材料,3,15.1 概述,二.复合材料的分类,根据材料的主要性能和作用分类 根据基体的不同分类 根据增强材料形态分类,4,15.1 概述,三.复合材料的命

2、名,以基体为主命名 金属基 陶瓷基 以增强体为主命名 碳纤维增强材料 硼纤维增强材料 基体和增强体并用命名 碳纤维增强树脂,5,15.2 复合材料的增强机理,基体: 连续相，将增强体固定粘附起来 增强体 强体基体材料 界面 使基体和增强相相容。 界面应互相配合，协同工作。,一. 复合材料的组成,6,15.2 复合材料的增强机理,复合材料加工成型工艺的主要特点 材料的形成与制品的成型常常是同时完成的 形成复合材料时，增强体通常不变 界面上发生润湿、溶解和化学反应 对复合材料加工成型方法的要求 能提供基体从材料到最终状态转化的条件 界面良好结合 尺寸、形状和表面质量,二. 复合材料的工艺,7,15

3、.2 复合材料的增强机理,弥散增强型 粒子增强型,三. 颗粒增强机制,四. 纤维增强机制,根据直径大小分为短纤维（晶须）和长纤维,8,15.3 复合材料性能特点,性能的可设计性 力学性能 比强度和比模量高:其中纤维增强复合材料的最高。 抗疲劳性能好：因纤维对疲劳裂纹扩展有阻碍作用，碳纤维增强材料-1可达b的7080%。 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。 高温性能好。,9,15.3 复合材料性能特点,许多复合材料还同时具有好的耐磨减摩性，抗冲蚀性等性能，使复合材料成为航空航天等高技术领域乃至生物海洋工程需求的理想的新材料。 物理性能：低密度（增强体的密度一般

4、较低）、膨胀系数小（甚至可达到零膨胀）、导热导电性好、阻尼性好、吸波性好、耐烧蚀抗辐照等性能优异,10,15.4 复合材料简介,热固性树脂基复合材料 热塑性树脂基复合材料,一、树脂基复合材料,11,一、树脂基复合材料,环氧树脂复合材料：由增强纤维与环氧树脂或改性环氧树脂复合而成。使用温度低 聚酰亚胺树脂复合材料：优良的高温性能 双马来酰亚树脂（BMI）复合材料：良好的综合性能及成型工艺性,（一）热固性树脂基复合材料,12,一、树脂基复合材料,热塑性玻璃钢 尼龙复合材料 高温型热塑性树脂基复合材料 热塑性树脂基结构隐身复合材料,（二）热塑性树脂基复合材料,13,二、金属基复合材料,常用的纤维：硼

5、纤维、碳纤维、碳化硅纤维等，高强度、高模量，承担载荷 常用基体：铝、钛、铜、镍及其合金；银；铅等，起固结纤维和传递载荷的作用 缺点：制备工艺复杂，成本高,（一）长纤维增强金属基复合材料,14,二、金属基复合材料,主要特点：具有高比强度比模量，耐高温，耐磨及热膨胀系数小的特点，具有良好的机械性能，物理性能及可二次成型加工（可以减少甚至消除材料的各向异性） 等特点，但其成本较高，塑性韧性较低。更重要的是其可以采用常规设备制备并可二次加工 常用材料：主要有铝基、镁基、钛基等几类复合材料。其中，除氧化铝短纤维增强铝基复合材料外，以碳化硅晶须增强铝基（SiCw/Al）复合材料的发展为最快,（二）短纤维及晶须增强金属基复合材料,15,三、陶瓷基复合材料,陶瓷材料耐热、耐磨、耐蚀、抗氧化，但韧性低、难加工。在陶瓷材料中加入纤维增强，能大幅度提高强度，改善韧性，并提高使用温度。 纤维主要有碳纤维、Al2O3纤维、SiC纤维或晶须等 性能：强度高、耐磨性好，耐高温，且有一定韧性。,(一）纤维增强陶瓷基复合材料,16,三、陶瓷基复合材料,（二）颗粒增强陶瓷基复合材料,金属基粒子复合材料又称金属陶瓷，是由钛、镍、钴、铬等金属与碳化物、氮化物、氧化物、硼化物等组成的非均质材料。 硬质合金硬度极高，且热硬性、耐磨性好，一般做成刀片，镶在刀体上使用,17,四、其他类型复合材料,（一）碳-碳