复合材料概论笔记(武汉理工大学复合材料概论上课笔记-考试资料).docVIP

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复合材料笔记

总论

1.复合材料定义：复合材料是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。在复合材料中，通常有一相为连续相，称为基体；另一相为分散相，称为增强材料。

2.复合材料的分类：

按增强材料的形态分类

连续纤维复合材料

短纤维复合材料

粒状填料复合材料

编织复合材料

按增强纤维的种类分类

玻璃纤维复合材料

碳纤维复合材料

有机纤维复合材料

金属纤维复合材料

陶瓷纤维复合材料

此外，如果用两种或两种以上纤维增强同一基体制成的复合材料称为混杂复合材料。

按基体材料分类

合物基复合材料

金属基复合材料

无机非金属基复合材料

4.按材料作用分类

①结构复合材料（用于制造受力构件的复合材料）

②功能复合材料（具有各种特殊性能的复合材料）

3.复合材料的特点

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。

可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造。

可制成所需的任意形状的产品，可避免多次加工次序。

性能的可设计性是复合材料的最大特点。

4.影响复合材料性能的因素有：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。

5.聚合物基复合材料的主要性能

比强度大、比模量大

耐疲劳性好

减震性好

过载时安全性好

具有多种功能性（①耐烧蚀性好—较高的比热、熔融热和气化热②有良好的摩擦性能，包括良好的摩阻特性及减摩特性③高度的电绝缘性能④优良的耐腐蚀性能⑤有特殊的光学、电学、磁学的特性）

有很好的加工工艺性

6.金属基复合材料的主要性能

高比强度、高比模量

导热、导电性能

热膨胀系数小、尺寸稳定性好

良好的高温性能

耐磨性好

良好的疲劳性能和断裂韧性

不吸潮、不老化、气密性好

7.陶瓷基复合材料的主要性能

陶瓷材料强度高、硬度大、耐高温、抗氧化，高温下抗磨损性好、耐化学腐蚀性优良、热膨胀系数和相对密度小。

但抗弯强度不高，断裂性低，限制了其作为结构材料的使用。可用高强度、高模量的纤维或晶须增强后，其高温强度和韧性可大幅度提高。

8.复合材料结构和设计的三个层次

复合材料设计可分为三个层次分别为：单层材料设计、铺层设计、结构设计。单层材料设计包括正确选择增强材料、基体材料及其配比，该层次决定单层板的性能；铺层设计包括对铺层材料的铺层方案做出合理的安排，该层次决定层合板的性能；结构设计则最后确定产品结构的形状和尺寸。这三个设计层次互为前提、互为影响、互为依赖。

9.耦合效应：所谓耦合效应，是在小变形情况下，面内内力会引起平面变形，内力矩也会引起面内变形。

复合材料的基体材料

金属材料选择基体的原则

金属基复合材料的使用要求

金属基复合材料构件的使用性能要求是选择金属基材料最重要的依据。

航天航空技术中高比强度、比模量、尺寸稳定性是最重要的性能要求。作为飞行器和卫星构件宜选用密度小的轻金属合金—镁合金和铝合金作为基体，与高强度、高模量的石墨纤维、硼纤维等组成石墨/镁、石墨/铝、硼/铝复合材料

高性能发动机则要求复合材料不仅有高比强度、比模量性能，还要求复合材料具有优良的耐高温性能，能在高温、氧化性气氛中正常工作。一般的镁、铝合金就不宜选用，而需选择钛基合金、镍基合金以及金属间化合物作基体材料。如碳化硅/钛、钨丝/镍基超合金复合材料

汽车发动机中要求其零件耐热、耐磨、导热、一定的高温强度等，同时又要求成本低廉，适合批量生产，则选用铝合金作基体材料与陶瓷颗粒、短纤维组成颗粒（短纤维）/铝基复合材料。如碳化硅/铝、碳纤维/铝、氧化铝/铝复合材料

工业集成电路需要高导热、低膨胀的金属基复合材料作为散热元件和基板。选用具有高导热率的银、铜、铝等金属作为基体于高导热性、低膨胀的超高模量石墨纤维、金刚石纤维、碳化硅颗粒复合成具有低热膨胀系数和高导热率、高比强度、比模量等性能的金属基复合材料

2.金属基复合材料的组成特点看课本吧

在连续纤维增强金属基复合材料中基体的主要作用应是以充分发挥增强纤维的性能为主，基体本身应与纤维有良好的相容性和塑性，而并不要求基体本身有很高的强度；对于非连续增强（颗粒、晶须、短纤维）金属基复合材料，基体是主要的承载物，基体的强度对非连续增强金属基复合材料具有决定性的影响。

3.基体金属与增强物的相容性？

由于金属基复合材料需要在高温下成型，所以在金属基复合材料制备过程中金属基体与增强物在高温复合过程中，处于热力学不平衡状态下的纤维与金属之间很容易发生化学反应，在界面形成反应层。这种界面反应层大多是脆性的，当反应达到一定厚度后，材料受力时将会因界面层的断裂延伸率小而产生裂纹，并向周围纤维扩展，容易引起纤维断裂，导致复合材料整体破坏。再者，由于基体金属中往往含有不同类型的