工程材料 教学课件 作者 王正品 第11章　复 合 材 料.pptx

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1、第11章　复合材料主编第11章　复合材料1.在我们身边有哪些复合材料？2.波音787主要是由什么材料制造的？3.鲍鱼壳和粉笔都由碳酸钙构成，为什么前者硬得多？4.复合材料的性能和组成材料的性能有什么关系？5.市场上的玻璃钢是什么材料？11.1　概述11.2　复合材料的增强机制及性能11.3　常用的复合材料11.1　概述11.1.1　复合材料的概念11.1.2　复合材料的分类11.1.3　复合材料的命名11.1.1　复合材料的概念所谓复合材料(composites)，是指由两种或两种以上不同性质的材料，通过不同的工艺方法人工合成的，各

2、组分有明显界面且性能优于各组成材料的多相材料。为满足性能要求，人们在不同的非金属之间、金属之间以及金属与非金属之间进行“复合”，使其既保持组成材料的最佳特性，同时又具有组合后的新性能。有些性能往往超过各项组成材料的性能总和，从而充分地发挥了材料的性能潜力。“复合”已成为改善材料性能的一种手段，复合材料已引起人们的重视，新型复合材料的研制和应用也越来越广泛。11.1.2　复合材料的分类1.按照基体材料分类2.按照增强材料分类3.按性能分类1.按照基体材料分类(1)非金属基复合材料(nonmetal-matrixcomposites)　

3、其又分为：无机非金属基复合材料，如陶瓷基(ceramic-matrix)、水泥基(concrete-matrix)复合材料等；有机非金属材料基复合材料，如塑料基(plastic-matrix)、橡胶基(rubber-matrix)复合材料。(2)金属基复合材料(metal-matrixcomposites)　如铝基、铜基、镍基、钛基复合材料。2.按照增强材料分类(1)叠层复合材料(laminarcomposites)　如双层金属复合材料(巴氏合金-钢轴承材料)、三层复合材料(钢-铜-塑料复合无油滑动轴承材料)，如图11-1a所示。(

4、2)纤维增强复合材料(fiber-reinforcedcomposites)　如纤维增强塑料、纤维增强橡胶、纤维增强陶瓷、纤维增强金属等，如图11-1b所示。(3)粒子增强复合材料(particle-reinforcedcomposites)　如金属陶瓷、烧结弥散硬化合金等，如图11-1c所示。(4)混杂复合材料　由两种或两种以上增强相材料混杂于一种基体相材料中构成。图11-1　复合材料增强相的主要性状a)层状复合　b)纤维增强复合　c)粒子增强复合表11-1　复合材料的种类3.按性能分类(1)结构复合材料　以其力学性能如强度、刚度

5、、形变等特性为工程所应用，主要用于结构承力或维持结构外形。(2)功能复合材料　功能复合材料是指除力学性能以外而提供其他物理性能的复合材料，如导电、超导、半导、磁性、压电、阻尼、吸波、透波、摩擦、屏蔽、阻燃、防热、吸声、隔热等并凸显某一功能。11.1.3　复合材料的命名(1)以基体为主来命名　强调基体时以基体(matrixphase)为主来命名，例如金属基复合材料。(2)以增强材料为主命名　强调增强材料时以增强材料(reinforcingphase)为主来命名，如碳纤维增强复合材料。(3)基体与增强材料并用　这种命名法常用以指某一具体

6、复合材料，一般将增强材料名称放在前面，基体材料的名称放在后面，最后加“复合材料”而成。(4)商业名称命名　如“玻璃钢”，即为玻璃纤维增强树脂基复合材料。11.2　复合材料的增强机制及性能11.2.1　复合材料的增强机制11.2.2　复合材料的性能特点11.2.1　复合材料的增强机制1.纤维增强复合材料的增强机制2.粒子增强复合材料的增强机制1.纤维增强复合材料的增强机制1)增强纤维的强度(strength)、弹性模量(elasticmodulus)应远远高于基体，以保证复合材料受力时主要由纤维承受外加载荷。2)纤维和基体之间应有一定

7、的结合强度(bondstrength)，这样才能保证基体所承受的载荷能通过界面传给纤维，并防止脆性断裂。3)纤维的排列方向(aligningdirection)要和构件的受力方向(loadingdirection)一致，才能发挥增强作用。4)纤维和基体之间不能发生使结合强度降低的化学反应(chemicalreaction)。5)纤维和基体的热胀系数(coefficientofthermalexpansion)应匹配，不能相差过大，否则在热胀冷缩过程中会引起纤维与基体的结合强度降低。6)纤维所占体积分数(volumefraction)

8、、纤维长度L(fiberlength)、直径d(diameteroffiber)及长径比L/d(theratiooflengthtodiameter)等必须满足一定要求。表11-2　常用纤维的性能图11-2　高分子基复合材料中基体与纤