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金属基复合材料学许光明

学习目的：了解金属基复合材料的基础知识平时：40％2要求：记一些笔记（重要知识点）考试：开卷（30%）+最后一个大题30课要求和考试

目录1复合材料概论2复合理论3复合材料的界面4复合材料的增强材料5复合材料的成型工艺

复合材料概论01材料分类：金属、无机非金属、有机高分子材料02各有千秋03扬长避短04克服单一材料的缺点05产生原来单一材料没有本身所没有的新性能06复合材料07

复合材料的定义国际标准化组织：由两种以上在物理和化学上不同的物质组合起来而得到的一种多相固体材料《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重要特色，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。010302

《材料大词典》复合材料是根据应用进行设计，把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，从而制成的一类新型材料。复合材料的特点之一：是不仅保持原组分的部分优点，而且产生原组分所不具备的新性能；特点之二：是它的可设计性，通过对原材料的选择、各组分分布的设计和工艺条件的保证等，使原组分材料的优点互相补充，同时利用复合材料的复合效应使之出现新的性能，最大限度地发挥优势。

对各种定义解释总结，复合材料应包括：组元是人们根据材料设计的基本原则有意识地选择，至少包括两种物理和力学性能不同的独立组元，其中一组元的体积分数一般不低于20％，第二组元通常为纤维、晶须或颗粒；复合材料是人工制造的，而非天然形成的。复合材料的性质取决于组元性质的优化组合，它应优于独立组元的性质，特别是强度、刚度、韧性和高温性能。

复合材料应具备以下三个特点：复合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，组元之间存在着明显的界面；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；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。3214

复合材料的结构通常是一个相为连续相，成为基体；而另外一相是以独立的形态分布在整个连续相中的分散相，它显著增强材料的性能，故常称为增强材料（增强体、增强剂、增强相等）。多数情况下，分散相较基体硬，刚度和强度较基体大。分散相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着界面。3214

典型复合材料－纤维增强复合材料1）比强度、比模量高：强度和弹性模量与密度的比值，它们是衡量材料承载能力的一个重要指标。材料比强度cm比模量cm钢0.13E60.27E9铝合金0.17E60.26E9高强碳纤维/环氧树脂1.03E60.21E9高模量碳纤维/环氧树脂1.05E60.67E9

抗疲劳性能好：疲劳破坏是材料在交变载荷作用下由裂纹的产生和扩展而形成的低应力破坏。大多数金属材料的疲劳极限是抗拉强度的40～50％，而纤维增强复合材料的疲劳极限是抗拉强度的70～80％。01破损安全性好：纤维增强复合材料内有大量的独立纤维，当这种材料的构件超载并有少量纤维断裂时，其载荷会重新分配在未断裂的纤维上。这样，不会在短期内丧失承载能力。01能组成各种功能材料：如铜包钢线、钢丝铝绞线等01

2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。其它增强体：层叠、骨架、涂层、片状、天然增强体

图2复合材料结构示意图

层叠复合b)连续纤维复合c)细粒复合d)短切纤维复合

纤维增强复合材料分类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、硼纤维等）复合材料。混杂复合材料：两种或两种以上增强体同一基体制成的复合材料称为，可以看成是两种或多种单一纤维或颗粒复合材料的相互复合，即复合材料的“复合材料”。

01按基体材料分类03金属基复合材料：以金属（铝、镁、钛等）为基体；02聚合物基复合材料:以有机聚合物（热固性树脂、热塑性树脂及橡胶等