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复合材料学 第1章 绪论 材料学的发展 材料是人类一切生产和生活活动的物质基础，历来是社会生产力发展的标志。 旧石器时代 → 新石器时代 → 铜器时代 → 铁器时代 → 现代钢铁材料(制造业发展，为二十世纪物质文明奠定基础) → 锗、硅单晶材料（半导体、集成电路） 从以上可看出：材料发展对社会生产力的提高，起不可估量的作用，为社会生产力的标志。 新材料是当今材料发展中最活跃、最有生命力的部分。 新材料的研究方向： 1材料的复合化 2低维材料 3梯度功能材料 复合材料的发展 什么是复合材料 常见的复合材料 复合材料的定义（composite） 指由两种或两种以上物理和化学性能不同的材料，通过一定的工艺过程复合而成，具有优越于原材料特性的多相固体材料。 复合材料的特点 1多相固体体系（液体、气体不行） 2复合效果 复合材料的含义 1广义：指由两种或多种物理相组成的固体材料 2狭义：仅指纤维（玻璃、C、B、陶瓷、晶须、Kevlar）增强塑料、金属和陶瓷 狭义中的一类：玻璃纤维增强塑料（glass fiber reinforced plastics，GFRP）即玻璃钢更常见。 复合材料的组分 增强材料——分散相 界面 构成统一结构 基体材料——分散介质 金属材料（晶须、纤维、片材） 增强材料 无机非金属材料（陶瓷纤维） 有机材料（kevlar纤维） 金属材料 （Al、Mg、Ti等合金） 基体材料 无机非金属材料（陶瓷、水泥、石膏、碳素） 聚合物（热固性、热塑性） 复合材料的命名 1增强材料名+基体材料名+复合材料 2增强材料名缩写/基体材料名缩写+复合材料 3为了突出增强材料或基体材料，可简写“增强材料名+复合材料”或“基体材料名+复合材料” 例如：增强材料：碳纤维，基体材料：环氧树脂 复合材料的分类 1以增强物的外形分类 连续纤维增强复合材料 纤维织物或片状材料增强复合材料 短纤维增强复合材料 粒状增强复合材料 2以基体材料类型分类 金属基复合材料 聚合物基复合材料 无机非金属材料基复合材料 3以增强纤维类型分类 碳纤维复合材料 玻纤复合材料 有机纤维复合材料 硼纤维复合材料 混杂纤维复合材料 4以复合效果分类 力学复合材料 功能复合材料 复合材料的性能 优点： 轻质高强 可设计性 工艺性好，成型方法多 耐疲劳性好 减震性好 缺点： 工艺稳定性差 分散性大 长期耐高温、老化性不好 抗冲击性能低，横向强度和层间剪切强度不够好 总的说来，发展不够完善，还有很大的发展空间。 复合材料的应用 复合材料的发展历程 原始复合材料 → 现代复合材料 → 先进复合材料 本书结构 第二部分 增强材料 1增强材料的种类 定义 在复合材料中，凡是能够提高基体材料机械强度、弹性模量等力学性能的材料。 分类 -纤维状增强材料（应用最广、作用最明显）（分为GF（应用最广）、CF、BF、KF等） -片状增强材料 -颗粒状增强材料 发展历程 作用 承载 2玻璃纤维 §2.1概论 一、玻纤的发展状况 玻纤的分类 按原料成分分 无碱 中碱 有碱 高碱 按性能分 高强玻纤（S-glass） 高模玻纤（M-glass） 普通玻纤：有碱（A-glass） 无碱（E-glass） 耐酸玻纤（C-glass） 耐碱玻纤（AR-glass） 耐辐射玻纤（L-glass） 耐高温玻纤 按单丝的直径分 粗纤维 初级纤维 中级纤维 高级纤维 超细纤维 按纤维的外形分 连续纤维 短切纤维 空心玻璃纤维 玻璃粉及磨细纤维 §2.2 玻纤的结构与组成 玻纤的物态 玻纤是纤维状玻璃。 玻纤的结构 玻纤与块状玻璃外观不同，拉伸强度也相差20-50倍，但两者的结构完全相同。 玻璃结构有很多假说，最著名的科学假说有两个： Randell（兰德尔）1930年提出微晶结构假说 玻璃由微晶、无定形物质两部分组成。微晶是晶体，为有序排列，所以体现为短程有序；无定形物质是非晶体，为无序排列，所以体现为长程无序。 ZachariasOn（查哈里阿森）1932年提出网络结构假说 玻璃是由SiO2的四面体相互连成不规则的三维网络结构，网络间的空隙由Na+、K+、Ca+、Mg+等阳离子填充。 ② ①表示Na+ ②表示Ca+ ② ① ① Si、O分别在网络的什么地方？ 为网状结构，所以远程有序。该图