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Anming Li, Dept of MSE,hpu 基体：各种金属和非金属材料； 增强材料：各种纤维。 纤维增强复合材料的强度和刚性与纤维方向密切相关 * Composite Material 主讲人：李安铭 材料科学与工程学院 3、抗疲劳和破断安全性良好? 基体与增强纤维的界面能够有效的阻止疲劳裂纹扩展或改变裂纹的扩展方向。 例：一般金属材料： σ-1＝0.4～0.5 σb 碳纤维增强复合材料：σ-1＝0.7-0.8 σb 破断安全性好：纤维增强 复合材料不可能所有的增强 纤维同时断裂，构件不会发 生突然破坏。 热压SiC纤维补强微晶玻璃拉伸断口 材料科学与工程学院 4、高温性能好： 多数增强纤维高温下保持高强度，显著提高耐高温性能 例：7075－76铝合金。 400℃时，E＝0，σb从500MPa降至30～50MPa； 碳纤维增强复合后400℃时，E和σb接近于室温时的水平。 材料科学与工程学院 材料科学与工程学院 目前： 聚合物基复合材料：最高耐温为350?C； 金属基复合材料：使用温度350－1100?C； 陶瓷基复合材料：使用温度可达1400?C； 碳/碳复合材料：使用温度最高2800?C。 5、减振性能好 i 避免自振ii 纤维分基体的界面吸收振动能量。 结构自振频率与材料的比模量成正比，复合材料比模量高，故其自振频率高，故避免在工作 条件下发生共振。 例：同样尺寸形状 的梁，金属9S停止振动， 纤维复合材料则需2.5S。 热压SiC纤维增强Si3N4复合材料SEM 材料科学与工程学院 6:存在的问题： （1）某些性能要进一步改进，例抗冲击性能； （2）手工操作多，工艺复杂，效率低，质量不稳定； （3）价格高，增强纤维价格太高。 SiC纤维增强复 合材料界面SEM 材料科学与工程学院 二、增强材料及其增强机制 （一）增强材料 1、纤维增强材料：增强效果最明显、应用最广泛. 材料科学与工程学院 碳纤维 碳纤维 材料科学与工程学院 纤维在基体中的不同分布方式 材料科学与工程学院 纤维的种类： 玻璃纤维：用量最大、价格最便宜 碳纤维：化学性能与碳相似。 硼纤维：耐高温、强度、弹性模高 金属纤维：成丝容易、弹性模量高。 陶瓷纤维：高温、高强复合材料。 玻璃纤维 碳纤维 SiC纤维 材料科学与工程学院 聚酰胺纤维: 强度、弹性模量高，耐热。 聚乙烯纤维: 韧性极好，密度非常小 。 晶须：极高强度材料。 晶须：直径小于30?m，长度只有几毫米 的针状单晶体，断面呈多角形。 SiC晶须 金属晶须 陶瓷晶须 分为 14000 21000 晶须 2100 纤维 140 280 块状 Si3N4 材 料 Al2O3 陶瓷的截面与强度 MPa 2、颗粒增强材料 ①颗粒增强金属基复合材料： 颗粒增强材料是陶瓷，如Al2O3,SiC,WC,TiC等。 ②高聚物中的填料： 填料为分散相，聚合物为连续相,组成复合材料。可以改善力学性能，提高耐磨性、耐热性能等。 例：塑料中加入陶土、碳酸钙等，提高硬度、强度。 常用的填料有：石墨、MgO、SiO、高岭土、碳酸钙等 材料科学与工程学院 三、常用的复合材料 （一）、纤维增强复合材料 1．常用增强纤维 主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、 碳化硅纤维、Kevlar有机物纤维等。 玻璃纤维纸 玻璃纤维绳 玻璃纤维布 玻璃纤维绳 纳米碳管纤维 碳纤维绳 材料科学与工程学院 材料科学与工程学院 （1）玻璃纤维 由熔融的玻璃经拉丝制成纤维。 强度高：抗拉强度可达1000～3000MPa； 密度小：2.5～2.7g/cm3； 化学稳定性好：不燃烧； 弹性模量低：（3～5）×104MPa； 不吸水，尺寸稳定； 特点 缺点：脆性较大、耐热性低，250℃以上开始软化。 优点：价格低廉、制取方便。 （2）碳纤维 Ⅱ型碳纤维：人造纤维（粘胶纤维、聚丙烯腈纤维等），在200～300℃空气中加热并施加一定张力进行预氧化处理，然后在氮气的保护下于1000～1500℃的高温中进行碳化处理而制得。其碳含量Wc85%～95%。 材料科学与工程学院 Ⅰ型碳纤维：在2500～3000℃氩气中进行石墨化处理，获得含碳量为Wc98%以上的碳纤维，又称石墨纤维或高模量碳纤维 与玻璃纤维相比 材料科学与工程学院 缺点：脆性大、易氧化 特点： 密度小：1.33～2.0g/㎝3； 弹性模量高：2.8～4×105MPa； 高温及低温性能好； 导电性好、化学稳定性高。 摩擦因数小、自润湿性好； 弹性模量为玻璃纤维的