第七章 复合伙料的制备.ppt

复合材料的制备 一、 复合材料的提出 二、复合材料的定义 国际标准化组织：由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。 《材料大词典》：复合材料是根据应用进行设计，把两种或两种以上的有机聚合物材料或无机非金属材料或金属材料组合在一起，使其性能互补，从而制成一类新型材料。 《材料科学技术百科全书》：复合材料是由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料。它既保留原组成材料的特色，又通过复合效应获得原组分所不具备的性能。可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联，从而获得更优秀的性能，与一般材料的简单混合有本质区别。 三、复合材料的特点 （1）复材料是由两种或两种以上不同性能的材料组元通过宏观或微观复合形成的一种新型材料，组元之间存在明显的界面； （2）复合材料中各组元不但保持各自的固有特性，而且可最大限度发挥各种材料组元的特性，并赋予单一材料组元所不具备的优良特殊性能； （3）复合材料具有可设计性，可以根据使用条件要求进行设计和制造，以满足各种特殊用途，从而极大地提高工程结构的效能。 四、基体和增强材料（Matrix and reinforcement） 基体——连续相 增强材料——分散相 —也称为增强体、增强剂和增强相； —显著增强材料的性能 —多数情况下，分散相较基体硬，刚度和强度较基体大 —可以是纤维及其编织物，也可以是颗粒状或弥散的填料 在基体和增强体之间存在在界面。 五、复合材料的历史 古代——近代——先进复合材料 天然复合材料 —竹子、贝壳，树木和竹子：纤维素和木质素的复合体 —动物骨骼：无机磷酸盐和蛋白质胶原复合而成 古代，使用和效仿 —半坡人，草埂合泥筑墙，沿用至今 —漆器，麻纤维和土漆复合而成，至今已四千多年 —敦煌壁画，泥胎，宫殿建筑里园木表面的披麻覆漆 近现代 第一代：1940~1960年，玻璃纤维增强塑料 第二代：1960~1980年，先进复合材料 —1965年，英国科学家研制出碳纤维 —1971年，美国杜邦公司开发出开芙拉-49 —1975年，先进复合材料“碳纤维增强，及开芙拉纤维增强环氧树脂复合材料”，用于飞机、火箭的主承离件上。 第三代：1980~1990年，碳纤维增强金属基复合材料以及铝基复合材料的应用最广泛。 第四代：1990年以后，主要发展多功能复合材料，如智能复合材料和梯度功能材料等。 六、复合材料的分类 按增强材料形态分类 1、纤维增强复合材料 （a）连续纤维复合材料：作为分散相的长纤维的两个端点都位于复合材料的边界处； （b）非连续纤维复合材料：短纤维、晶须无规则地分散在基体材料中。 2、颗粒增强复合材料：微小颗粒状增强材料分散在基体中。 3、板状增强体、编织复合材料：以平面二维或立体三维物为增强材料与基体复合而成。 纤维增强复合材料的种类： ① 玻璃纤维复合材料； ② 碳纤维复合材料； ③ 有机纤维（芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、聚烯烃纤维等）复合材料； ④ 金属纤维（如钨丝、不锈钢丝等）复合材料； ⑤ 陶瓷纤维（如氧化铝纤维、碳化硅纤维等）复合材料。 按基体材料分类 1、金属基复合材料：以金属（铝、镁、钛等）为基体。 2、无机非金属基复合材料：以陶瓷材料（包括玻璃和水泥）为基体。 3、聚合物复合材料：以有机聚合物（热固性树脂、热塑性树脂及橡胶等）为基体。 按材料作用分类 1、结构复合材料：用于制造受力构件。 2、功能复合材料：具有各种特殊性能（如阻尼、导电、导磁、摩擦和屏蔽等）。 各种材料的发展状况 玻璃钢和树脂基复合材料 非常成熟 广泛应用 金属基复合材料 开发阶段， 应用于某些结构件的关键部位 陶瓷基复合材料及功能复合材料等 尚处于研究阶段， 有不少科学技术问题有待解决 七、 复合材料的性能 1. 共同特点： （1）可综合发挥各种组成材料的优点，使一种材料具有多种性能，具有天然材料所没有的性能； （2）可按照对材料性能的需要进行材料的设计和制造； （3）可制成所需的任意形状的产品，可避免多次加工工序。 2. 影响复合材料性能的因素 主要取决于增强材料的性能、含量及分布状况，基体材料的性能、含量，以及它们之间的界面结合情况。作为产品还与成型工艺和结构设计有关。 因此，不论对于哪一类复合材料就是同一类复合材料的性能也不是个定值，而只能给出其主要性能。 八、 复合材料的设计——从常规设计向仿生设计发展 仿照竹子从表皮到内层纤维有密排到疏松的特点，成功地制备出具有明显组织梯度和性能梯度的新型钢基耐磨梯度复合材料。 仿照鲍鱼壳的结构，西雅图华盛顿大学的研究人员利用由碳、铝和硼混合合成陶瓷细带制成了10微米厚的薄层