材料科学与工程基础 教学课件 作者 杨庆祥 第十一章 复合材料.pptVIP

1.强调基体时以基体为主来命名，例如金属基复合材料。 2.强调增强材料时则以增强材料为主命名，如碳纤维增强复合材料。 3.基体与增强材料并用的命名，常指某一具体复合材料，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。例如，“C/AL复合材料”，即为碳纤维增强铝合金复合材料。 4.商业名称命名，如“玻璃钢”即为玻璃纤维增强树脂复合材料。 * * * * * * * * * * 第一节 概 述 一、复合材料的概念 所谓复合材料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，各组分间有明显界面且性能优于各组成材料的多相材料。 许多复合材料仅由两相构成的：一种称作基体，它是连续相；另一种为分散相。复合材料的性能决定于组分相的性质，相对含量，分散相的几何形状。 图11-1 影响复合材料性能的分散相粒子的几何及空间性质示意图 a）浓度 b）尺寸 c）形状 d）分布 e）取向 二、复合材料的分类 按基体材料分类 ： 按增强材料分类： 无机非金属基复合材料 如陶瓷基、水泥基复合材料等。 金属基复合材料。 如铝基、铜基、镍基、钛基复合材料等。 3） 有机材料基复合材料， 如塑料基、橡胶基复合材料。 1） 2） 1）纤维增强复合材料。 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。 2）粒子增强复合材料。 如金属陶瓷、烧结弥散硬化合金等。 3）叠层复合材料。 如双层金属复合材料(巴氏合金一钢轴承材料)、三层复合材料(钢-铜-塑料三层复合无油滑动轴承材料)。 表11-1 复合材料的分类 高聚物合金 高聚物合金 橡胶合板 无 无 无 无 无 橡胶胶粒 高聚物纤维增强橡胶 高聚物纤维增强塑料 塑料合板 无 增强水泥 无 无 无 高聚物纤维 无 纤维板 无 无 水泥木板丝 无 无 无 木材 有机材料 玻璃纤维增强橡胶 玻璃纤维增强塑料 无 无 增强水泥 无 无 无 玻璃（纤维，粒料） 碳纤炭黑增强橡胶 碳纤维增强塑料 无 碳纤维增强碳复合材料 增强水泥 陶瓷增玻璃 增强陶瓷 碳纤维增强金属 碳素（纤维，粒料） 陶瓷纤维增强橡胶 陶瓷纤维增强塑料 无 无 增强水泥 陶瓷增玻璃 增强陶瓷 金属基超硬合金 陶瓷（纤维，粒料） 无机非金属 金属丝增强橡胶 金属丝增强塑料 无 无 钢筋水泥 金属网嵌玻璃 陶瓷基复合材料 金属基复合材料 金属 橡胶 塑料 木材 碳素 水泥 玻璃 陶瓷 有机材料 无机非金属 金属 基体 增强体 三、复合材料的命名 第二节 复合材料的增强机制及性能 一、复合材料的增强机制 1.纤维增强复合材料的增强机制 纤维增强复合材料是由高强度、高弹性模量的连续(长)纤维或不连续(短)纤维与基体(树脂或金属、陶瓷等)复合而成。复合材料受力时，高强度、高模量的增强纤维承受大部分载荷，而基体主要作为媒介，传递和分散载荷。 单向纤维增强复合材料的断裂强度σc和弹性模量Ec。与各组分材料性能关系如下 ： 为达到强化目的，必须满足下列条件 1）增强纤维的强度、弹性模量应远远高于基体，以保证复合材料受力时主要由纤维承受外加载荷。 2）纤维和基体之间有一定结合强度，这样才能保证基体所承受的载荷能通过界面传递给纤维，并防止脆性断裂。 3）纤维的排列方向要和构件的受力方向一致，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。 5）纤维和基体的热膨胀系数应匹配，不能相差过大，否则在热胀冷缩过程中会引起纤维和基体结合强度降低。 6）纤维所占的体积分数、纤维长度￡和直径d及长径比L/d等必须满足一定要求。 2.粒子增强型复合材料的增强机制 (1)弥散强化的复合材料的增强机制 弥散强化的复合材料就是将一种或几种材料的颗粒(0.1p.m)弥散、均匀分布在基体材料内所形成的材料。其增强机制是：在外力的作用下，复合材料的基体将主要承受载荷，而弥散均匀分布的增强粒子将阻碍导致基体塑性变形的位错运动或分子链运动。 (2)颗粒增强复合材料的增强机制 颗粒增强复合材料是用金属或高分子聚合物为粘接剂，把具有耐热性好、硬度高但不耐冲击的金属氧化物、碳化物，氮化物粘结在一起而形成的材料。这类材料的性能既具有陶瓷的高硬度及耐热的优点，又具有脆性小、耐冲击等方面的优点，显示了突出的复合效果。 二、复合材料的性能特点 1.比强度和比模量高 75 0.38 2.0 1.0 2.65 硼纤维-铝 46 0.5 1.02 1.09 2.2 SiC纤维-环氧 57 1.0 0.8 1.4 1.4 有机纤维PRD-环氧 100 0.66 2.1 1.38 2.1 硼纤维-环氧