第六章--复合材料.pptVIP

第一节 概 述 复合材料的涵义 复合材料的用途及重要性 复合材料过去、现在和未来 复合材料的分类 复合材料的增强材料 复合材料的性能特点 一、复合材料的涵义 复合材料：由两种或两种以上性能不同的 材料组合为一个整体，从而表现出某些优于其中 任何一种材料性能的材料。 含两种以上的不同的化学相 具有每个组分所不具备的优良性能 复合材料的基本组分可划分为基体相(基体 材料)和增强相(增强材料)两种。 复合材料的命名 复合材料可根据增强材料与基体材料的名称来命名。 例如，玻璃纤维和环氧树脂构成的复合材料称为“玻璃纤 维环氧树脂复合材料”。 为书写简便，也可仅写增强材料和基体材料的缩写名 称，中间加一斜线隔开，后面再加“复合材料“。如“玻璃 ／环氧复合材料”。 有时为突出增强材料和基体材料，视强调的组分不同， 也可简称为“玻璃纤维复合材料”或“环氧树脂复合材 料”。 二、复合材料的用途及重要性 应用领域 机械工业 汽车工业及交通运输 化学工业 航空宇航领域 建筑领域 三、复合材料过去、现在和未来 20世纪40年代 纤维复合材料发展成为具有工程意义的创举，60年代，在技术上臻于成熟，在许多领域开始取代金属材料。 60年代末 树脂基高性能复合材料用于制造军用飞机的承力结构。 70年代末 发展用高强度、高模量的耐热纤维与金属复合。 80年代 开始逐渐发展陶瓷基复合材料 第一代复合材料：玻璃强化树脂 第二代复合材料：碳纤维强化塑料 硼纤维强化塑料 第三代复合材料：金属基和陶瓷基复合材料 复合材料的发展趋势 1. 由宏观复合向微观复合发展 宏观复合材料包括以纤维、晶须和颗粒等尺寸较大 的增强材料与基体材料复合而成。 微观复合材料包括微纤增强复合材料、纳米复合材 料和分子复合材料。 2. 向多元混杂复合和超混杂复合方向发展 混杂复合是获得高性能复合材料有效而经济的方 法。 3．由结构复合材料为主，向结构复合材料与功 能复合材料并重的方向发展 功能复合材料的最大特点是设计的自由度比一般均 质功能材料大得多，功能复合材料可以任意改变复合 度、连接类型和对称性，使其性能达到最佳优化值。 4．由被动复合材料向主动复合材料发展 5．由常规设计向仿生设计方向发展 四、复合材料的分类 按基体材料分类 分为树脂基、金属基、陶瓷基等复合材料，目前使 用最多的是树脂基复合材料。 按增强材料的种类和形态分类 分为纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料和层叠 增强复合材料等，其中纤维增强复合材料应用最广泛。 按复合材料的使用性能分类 分为结构复合材料和功能复合材料两大类，目前应 用最广的是结构复合材料。 五、复合材料的增强材料 粘结在基体内以改进其机械性能的高强度材 料，称为增强树料，也称为增强体、增强相、增 强剂等。 复合材料所用的增强材料主要有三类，即纤 维及其织物、晶须和颗粒。其中碳纤维、凯芙拉 (Kevlar)纤维和玻璃纤维应用最为广泛。 1. 纤 维 纤维包括天然纤维和合成纤维。 合成纤维分为有机纤维和无机纤维两大类。 有机纤维有Kevlar纤维、尼龙纤维及聚乙烯纤维等。 无机纤维包括玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维等。 Kevlar纤维 碳 纤 维 2. 晶 须 晶须是指具有一定长径比(一般大于10)和截面积小于 52×l0-5cm2的单晶纤维材料。 晶须的直径可由0.1至几个微米，长度一般为数十至 数千微米，但具有实用价值的晶须直径约为1~10μm， 长度与直径比在5~1000之间。 晶须是含缺陷很少的单晶短纤维，其拉伸强度接近 其纯晶体的理论强度。 3. 颗 粒 颗粒增强体主要是指具有高强度、高模量、耐热、 耐磨、耐高温的陶瓷和石墨等非金属颗粒，如碳化硅、 氧化铝、氮化硅、碳化钛、碳化硼、石墨、细金刚石 等。 这些颗粒增强体也称为刚性颗粒增强体或陶瓷颗粒 增强体。颗粒增强体以很细的粉状(一般在l0μm以下)加 入到金属基和陶瓷基中起提高耐磨、耐热、强度、模量 和韧性的作用。 还有一种颗粒增强体称为延性颗粒增强体，主要为 金属颗粒，一般是加入到陶瓷基体和玻璃陶瓷基体中增 强材料的韧性。 六、复合材料的性能特点 1．比强度和比模量高 2 抗疲劳与断裂安全性能好