《复合材料概论》PPT课件

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1、复合材料概论目录§1、概述§6、金属基复合材料§2、基体材料§7、陶瓷基复合材料§3、增强材料§8、水泥基复合材料§4、复合界面§9、C/C复合材料§5、聚合物基复合材料§10、混杂纤维复合材料§1、概述一、定义由两种或两种以上，物理化学性质不同的物质组合而成的多相固体材料。复合材料的组成相：增强相----纤维、晶须、颗粒。（不连续相）基体相----金属、陶瓷、聚合物。（连续相）增强相：一般具有很高的力学性能（强度、弹性模量），及特殊的功能性。其主要作用是承受载荷或显示功能。基体相：保持材料的基本特性，如硬度、耐磨、耐热性等。主要作用是将增强相固结成一个整体，起传递和均衡应力的作用。例如：天然

2、木材----纤维素纤维+木质素钢筋混凝土----砂、石、钢筋+水泥玻璃钢----玻璃纤维+热固性树脂C/C复合材料----石墨碳纤维+热解碳或树脂碳（耐烧蚀）1、按基体材料分树脂基：聚酯、环氧、聚碳酸酯、聚酰亚胺等60年代金属基：Al、Ti、Ni、Mg、Zn、Co及其合金70年代陶瓷基：Al2O3、ZrO2及非氧化物80年代2、按增强相形状分颗粒均布、各向同性纤维（长、短纤维和晶须）各向异性或同性☆层片各向异性二、复合材料的分类3.按应用目的分树脂基<250℃金属基<600℃陶瓷基<1500℃碳/碳～3000℃水泥基换能热电、光电、声电等阻尼吸声导电导磁屏蔽摩擦磨耗烧蚀功能复合材料（注重物理性

3、能）结构复合材料（注重力学性能）性能：取决于基体相、增强相种类及数量，其次是它们的结合界面、成型工艺等。1、主要取决于增强相的性能⑴.比强度比刚度高⑵.冲击韧性和断裂韧性高⑶.耐疲劳性好⑷.减震性⑸.热膨胀系数小三.复合材料的性能比较裂纹扩展示意图材料密度g/cm3抗拉强度103MPa弹性模量105MPa比强度107cm比模量109cm钢7.81.032.10.130.27铝合金2.80.470.750.170.26钛合金4.50.961.140.210.25玻璃钢2.01.060.40.530.20碳纤维/环氧1.451.501.41.030.97有机纤维/环氧1.41.40.81.00.5

4、7硼纤维/环氧2.11.382.10.661.0硼纤维/铝2.651.02.00.380.57各种材料的比强度和比模量⑴、硬度陶瓷基>金属基>树脂基⑵、耐热性树脂基:60～250℃金属基:400～600℃陶瓷基:1000～1500℃⑶、耐自然老化陶瓷基>金属基>树脂基2、取决于基体相的性能⑷、导热导电性金属基>陶瓷基>树脂基⑸、耐蚀性陶瓷基和树脂基>金属基⑹、工艺性及生产成本陶瓷基>金属基>树脂基1、设计的三个层次：单层设计---微观力学方法层合体设计---宏观力学方法产品结构设计---结构力学方法•单层材料的性能取决于增强相、基体相和结合界面的力学性能，增强相的含量、分布方向等。设计内容包括

5、正确选择原料的种类和配比。四、复合材料设计特点层合体设计层合体的性能取决于单层材料的力学性能和铺层方法（厚度、纤维交叉方式、顺序等）。设计内容包括：对铺层方案作出合理的安排。产品结构性能取决于层合体的力学性能、结构几何、组合与连接方式。设计内容：最终确定产品结构的形状、尺寸、连接方法等。2、特点：•性能可设计性强（可调因素多）•材料设计与结构设计相关联•性能预测性差如:加和法没有考虑界面结合的影响，预测性很差。§2.基体材料基体的作用:固结增强相，均衡载荷和传递应力,保持基本性质。选材原则：强度、刚度等力学性能，只作一般性考虑。两者相容性，环境适应性，工艺性，重点考虑。相容性：化学性质稳定，润

6、湿性好，膨胀系数差要小，以确保两相界面具有足够的结合力。环境适应性：耐热、耐蚀、抗老化和适当的硬度。工艺性：制备是否方便，成本是否廉等。一、聚合物基特点：一般在室温或低温下进行复合成型，工艺性好；可选择的增强材料范围广泛，成本最低。研究与应用：发展最早，品种最多，应用最广。可选材料：几乎所有的热固性、热塑性聚合物。包括橡胶、粘结剂。1、热固性聚合物（-OH、-NH2-、-OCNH-、-CH=CH-……）⑴.不饱和聚酯树脂由饱和二元酸、不饱和二元酸与二元醇经缩聚反应合成的线型预聚体。+a.结构特征：饱和二元酸结构不饱和二元酸结构b.固化：•固化剂---乙烯、苯乙烯、丁二烯等单体。•引发剂---过

7、氧化物（加热固化）•促进剂---苯胺类和有机钴。室温固化。c.特点•粘度低，工艺性好。•综合性能好，价廉，用量约占80%。•苯乙烯等挥发大有毒，体积收缩大，耐热性、强度和模量较低。一般不与高强度的碳纤维复合，与玻璃纤维复合制作次受力件。双酚型CH2-CH-CH2Cl+n(HO--R--OH)(2)、环氧树脂环氧氯丙烷二酚基化合物碱O通式：线性预聚体CH2-CH-CH2[O--R--O]nO其中R: