复合材料
复合材料是什么意思
复合材料是什么意思
复合材料是指由两种以上的不同材料组合而成，其性能比单一材料好的一种新型材料。
根据组合方式的不同，可以分为层状复合材料、颗粒复合材料等。
复合材料结构复杂，可以根据需要进行设计和制造，具有很高的机械性能、物理性能、化学性能和耐腐蚀性能，同时还具有很好的导热、绝缘、声学、热学、光学等特性，是一种理想的结构材料。
复合材料的组成部分主要有增强体和基体。
增强体是指在复合材料中起增强作用的成分，如纤维、颗粒、片、膜等；基体是指增强体所嵌入的材料，如塑料、金属、陶瓷等。
增强体和基体的组合可以根据需要进行选择，以达到最佳的性能要求。
复合材料广泛应用于航空航天、汽车、建筑、体育用品、电子产品等领域。
在航空航天领域，复合材料因其轻质高强、耐腐蚀等优势被广泛应用于飞机、导弹等部件的制造；在汽车领域，复合材料可以减轻车重、提高燃油效率；在建筑领域，复合材料可以提供更好的保温、隔热等性能。
然而，与传统材料相比，复合材料的制造过程更加复杂，成本更高。
同时，复合材料也存在着可回收性、耐久性等方面的问题，需要进一步的研发和改进。
综上所述，复合材料是一种由两种以上不同材料组合而成的新
型材料。
其具备优异的性能和特性，广泛应用于各个领域，但也面临着一些挑战，需要不断地进行研究和改进。
复合材料名词解释
复合材料名词解释复合材料是指由两种或两种以上的材料组合而成的材料，具有合成材料和传统材料的特点和优势。
复合材料的优点主要包括轻质、强度高、刚性好、耐腐蚀、耐磨损、导热性能好、成型性好、设计自由度高等。
复合材料由两种或以上的材料组成，其中一种称为基体（matrix），另一种或其他几种材料则是增强体（reinforcement）或填充物。
基体材料的主要作用是提供整体结构的支撑和连续性，而增强体则起到增加复合材料强度和刚性的作用。
常用的基体材料有塑料、树脂、金属等，而增强体则包括纤维、颗粒、薄膜等。
复合材料的制备过程主要包括预制部分、成型部分和固化部分。
在预制部分，根据所需材料和形状，将基体材料和增强材料等按一定比例混合、搅拌、形成复合材料的原料。
在成型部分，将预制的原料放入模具中，常见的成型方式包括压力成型、注塑成型、挤出成型等。
在固化部分，通过热固化或化学反应等方式使复合材料成型，得到最终的复合材料制品。
复合材料具有许多优点。
首先，由于增强体的加入，复合材料具有很高的强度和刚性，远远超过单一材料的强度。
其次，复合材料的密度相对较低，可以做到轻质化，便于携带和使用。
再次，复合材料的导热性能好，具有较高的绝缘性能，可以用于电子、电气和航空航天等领域。
此外，复合材料的耐腐蚀性能好、耐磨损性能好，可以提高材料使用寿命。
最后，由于复合材料可以灵活设计，成型性好，可以根据需要制作出各种形状和尺寸的制品。
复合材料在许多领域有着广泛应用。
在航天航空领域，复合材料被用于飞机、火箭、导弹的制造，可以减轻重量、提高载荷能力和提高耐用性。
在汽车工业中，复合材料被用于汽车车身和零部件的制造，可以减轻整车重量，提高燃油经济性和安全性能。
在建筑领域，复合材料被用于建筑结构、钢材替代、建筑保温材料等，可以提高建筑品质和节能效果。
在体育用品领域，复合材料被用于制作高尔夫球杆、网球拍、滑雪板等，可以提高运动器材的性能。
总之，复合材料是一种由两种或两种以上材料组合而成的材料，具有轻质、强度高、刚性好、耐腐蚀、耐磨损、导热性能好、成型性好、设计自由度高等优点。
复合材料的组成及作用基体
层状陶瓷复合材料断口形貌
三明治复
双金属、表面涂层等也是层状复合材料。 层状结构材料根据材质不同，分别用于飞机制造 、运输及包装等。
有TiN涂层的高尔夫球头
层状复合
铝合金蜂窝夹层板
9.3 复合材料的成型工艺
复合材料成型工艺是复合材料工业的发展基础 和条件。随着复合材料应用领域的拓宽，复合 材料工业得到迅速发镇，其老的成型工艺日臻 完善，新的成型方法不断涌现，目前聚合物基 复合材料的成型方法已有20多种，并成功地 用于工业生产.
2 复合材料的特点
A 组成与结构特点 （1）具有可设计性 （2）组元间有明显界面或 呈梯度变化的多相材料； （3）性能取决于各组分性 能及协同效应。 B 性能特点 比强度高
抗疲劳性能好
耐磨减磨性能高 减震能力强 高温性能好 化学稳定性高
成型工艺简单灵活
复合材料性能不足之处
1、横向拉伸强度和层间剪切强度低。 2、断裂伸长率低，冲击韧性有时不好。 3、制造时产品性能不稳定，分散性大，质 检困难。 4、抗老化性能不好。 5、机械连接困难。 6、成本太高。
9.4 复合材料在设计中的应用
聚合物基纤维增强复合材料 通常用碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维增强高分子材料 。 这类复合材料的性能较环氧树脂等基体有大幅度的提 高，比强度也高得多。
材料种类
环氧树脂 环氧树脂 / E级玻璃纤维
纵向抗拉强 度 MPa
69 1020
纵向弹性模 量 GPa
6.9 45
环氧树脂 / 碳纤维（高弹性） 环氧树脂 / 芳纶纤维（49）
3 复合材料分类
按组成分 ①金属与金属复合材料 ②非金属与金属复合材料 ③非金属与非金属复合材料 按结构特点： ①纤维复合材料 ②夹层复合材料 ③细粒复合材料 ④混杂复合材料
复合材料
的种类、配比、加工方法和纤维含量等进行设计，由于基体、增强体材料种 类很多，故其选材设计的自由度很大。
7、独特的成型工艺 复合材料可以整体成型，可以减少零部件紧固和接头数目，简化
结构设计，减轻结构重量。在中等批量生产的车型中，用树脂基复合 材料取代铝材可降低成本40%左右。
一、复合材料的组成及分类
复合材料=基体+增强体
基体是复合材料的主体，即自 身保持连续而包围增强相的材料。 起粘结作用，可以是金属、高分子 或陶瓷材料中的一种。
复合材料可以分为金属材料、高 分子材料和陶瓷材料中的任意两种 或几种制备而成。
二、复合材料的性能特点
1.高的比强度和比模量 复合材料最显著的特点是比强度和比模量高，对要求减轻自重和高速运转 的结构和零件是非常重要的，碳纤维增强环氧树脂复合材料的比强度是钢 的7倍，比模量是钢的4倍。
增强的复合材料的高温强度和弹性模量均较高。特别是金属基复合材 料，例如7075铝合金，在400℃时，弹性模量接近于零，强度值也从 室温时的500MPs降至30-50MPa。而碳纤维或硼纤维增强组成的复 合材料，在400℃时，强度和弹性模量可保持接近室温下的水平：碳 纤维增强的镍基合金也有类似的情况。
玻璃纤维增强塑料也称为玻璃钢。玻璃钢是汽车上应用最广的复合材料， 目前在轿车、吉普车以及卡车上使用的玻璃钢部件逐步增多。随着研究和开 发的不断深入，将更多地用玻璃钢替代金属材料，以达到节能的目的。
2.碳纤维增强塑料（CFRP）
碳纤维增强塑料是以树脂为基体材料， 常用树脂有环氧树脂、酚醛树脂和聚 四氟乙烯等。
这种复合材料具有质轻、强度高、导 热系数大、摩擦系数小、抗冲击性能 好、疲劳强度高等优点。
复合材料定义
复合材料定义•广义定义：复合材料是由两种或两种以上异质、异形、异性的材料复合形成的新型材料。
一般由基体组元与增强体或功能组元所组成。
复合材料（CompositeMaterials），以下简称CM。
•狭义定义：•（通常研究的内容）用纤维增强树脂、金属、无机非金属材料所得的多相固体材料。
•基体相是一种连续相材料，它把改善性能的增强相材料固结成一体，并起传递应力的作用；•增强相起承受应力（结构复合材料）和显示功能（功能复合材料）的作用。
复合材料既能保持原组成材料的重要特色，又通过复合效应使各组分的性能互相补充，获得原组分不具备的许多优良性能。
CM与化合材料、混合材料的区别：•:• 多相体系和复合效果是复合材料区别于传统的“混合材料”和“化合材料” 的两大特征。
・•• 举例：砂子与石子混合，合金或高分子聚合物•复合效应大致上可归结为两种类型：混合效应和协同效应•混合效应也称作平均效应，是组分材料性能取长补短共同作用的结果.它是组分材料性能比较稳定的总体反映.对局部的扰动反应并不敏感。
在复合材料力学中，它与刚度问题密切相关，表现为各种形式的混合律，而且已形成比较成熟的理论体系，薄弱环节、界面、工艺因素通常对混合效应没有明显的作用。
•协同效应反映的是组分材料的各种原位特性（in situ properties）o所谓的原位特性意味着各相组分材料在复合材料中表现出来的性能并不只是其单独存在时的性能，单独存在时的性能不能表征其复合后材料的性能。
协同效应变化万千，反应往往比混合效应剧烈，是复合材料的本质特征。
按基体类型分类：非金属复合材料：树脂基复合材料（玻璃钢），橡胶基复合材料（轮胎），陶瓷基复合材料（钢筋混凝土、纤维增强陶瓷）。
金属基复合材料：（纤维增强金属）淤按增强材料分类：纤维增强复合材料：纤维增强橡胶（轮胎）、纤维增强塑料（玻璃钢、碳纤维增强塑料）、纤维增强陶瓷、纤维增强金属（碳纤维/铝锡合金）等。
颗粒增强复合材料：陶瓷颗粒----金属基（硬质合金），金属颗粒----塑料基等。
复合材料的定义、命名与分类
偏重于考虑复合材料的结构，诸如： （１）复合材料是两种或多种材料在宏观尺度上组合而成的
一种有用的材料。 （２）复合材料就是两种或两种以上的不同化学性质或不同
组织相的物质，以微观或宏观的形式组合而成的材料。 （３）复合材料是不同于合金的一种材料，在合金中，每一
种组分都保留着它们独立的特性，而构成复合材料时，仅取它 们的优点而避开其缺点，从而获得一种改善了的材料。
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国外还常用英文编号来表示，如MMC（Metal Matrix Composite）表示金属基复合材料，FRP（Fiber Reinforced Plastics）表示纤维增强塑料，而玻璃纤维/环 氧则表示为GF/Epoxy, 或G/Ep(G-Ep)
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３、 复合材料的分类
随着材料品种不断增加，人们为了更好地研究和使用材 料，需要对材料进行分类。
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上述复合材料的定义较易被普遍接受，它不仅明确指 出复合材料是“通过人工复合的”和“有特殊性能的”材 料，而且还指明了复合材料的组分、结构特点及与其他种 材料（如简单混合物、化合物、合金）的特征区别。
根据上述复合材料的定义，复合材料应不包括自然形 成的具有某些复合材料形态的物质、化合物、单相合金和 多相合金。
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目录
第一章 总论
第二章 复合材料的基体材料
第三章 复合材料的增强材料
第四章 复合材料的界面
第五章 复合材料的成型工艺
第六章 金属基复合材料
第七章 陶瓷基复合材料
第八章 复合材料基本特性、应用及其研究现状
第九章 功能复合材料
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第一章 总论
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材料分类：金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料 各有千秋 扬长避短
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复合材料概论
1、复合材料的定义由两种或两种以上的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。
2、同质复合材料和异质材料增强材料和基体材料属于同种物质的复合材料为同质材料。
异质材料则是不同物质。
3、金属基复合材料的性能在金属基体中加入了适量的高强度、高模量、低密度的纤维、晶须、颗粒等增强物，明显提高了复合材料的比强度和比模量。
4、树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料性能区别树脂基复合材料的使用温度一般为60℃~250℃，其导热性能为0.35~0.45W/m·K金属基复合材料为400~600℃，其导热性能为50~65W/m·K和陶瓷基复合材料性能为1000~1500℃，0.7~3.5W/m·K。
陶瓷基复合材料大于金属基复合材料的硬度，金属基复合材料大于树脂基复合材料的硬度。
5、复合材料结构的分类从固体力学角度，分为三个“结构层次”：一次结构、二次结构、三次结构。
一次结构：由基体和增强材料复合而成的单层材料，其力学性能决定于组分材料的力学性能、相几何和界面区的性能；二次结构：由单层材料层合而成的层合体，其力学性能决定于单层材料的力学性能和铺层几何；三次结构：通常所说的工程结构或产品结构，其力学性能决定于层合体的力学性能和结构几何。
6、复合材料选择基体的原则①金属基复合材料的使用要求：高性能发动机要求有高强度比、比模量性能，要求具有优良的耐高温性能，能在高温、氧化性气氛中正常工作。
在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，又要求成本低廉，适合批量生产。
②金属基复合材料组成特点：对于连续纤维增强金属基复合材料，纤维是主要承载物体，纤维本身具有很高的强度和模量。
对于非连续增强金属基复合材料，基体是主要承载物，基体的强度对非连续增强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。
7、与树脂相比水泥基体的特征①水泥基体为多孔体系；②纤维与水泥的弹性模量比不大；③水泥基材的断裂延伸率较低，仅是树脂基体的1/10~1/20；④水泥基材中含有粉末或颗粒状的物料，与纤维呈点接触，故纤维的掺量受到很大限制；⑤水泥基材呈碱性，对金属纤维可起保护作用，但对大多数矿物纤维是不利的。
《复合材料》PPT课件
复合材料能够抵抗循环载荷作用下的疲劳破坏，具有较长的疲劳寿命， 适用于承受交变应力的结构件。
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良好的减震性能
复合材料具有较好的阻尼性能，能够吸收和分散振动能量，降低结构的
振动和噪音水平。
物理性能
耐高低温性能
复合材料能够在极端温度环境下保持稳定的性能，适用于高温或低 温工作条件。
良好的电绝缘性能
模压成型
缠绕成型
将预浸料或预混料放入模具中，在加热和加 压的条件下使其固化成型。
将浸渍过树脂的连续纤维或布带按照一定规 律缠绕到芯模上，然后固化脱模。
后处理与加工技术
热处理
通过加热或冷却的方式改善复合 材料的性能，如消除内应力、提
高强度等。
表面处理
对复合材料表面进行打磨、喷涂 等处理，以提高其外观质量和耐 腐蚀性。
原材料的预处理
对增强材料和基体材料进行清洗、干燥、筛分等 预处理，以确保原材料的质量和性能。
成型工艺方法
手糊成型
喷射成型
在模具上涂刷脱模剂，然后铺贴一层基体材 料，再涂刷一层树脂，如此反复直至达到所 需厚度，最后固化脱模。
将树脂和增强材料分别通过喷嘴喷射到模具 上，通过调整喷射参数控制复合材料的厚度 和性能。
大多数复合材料具有优异的电绝缘性能，可用于电气设备和电子器 件的绝缘材料。
多样化的热性能
通过调整复合材料的组分和结构设计，可以实现不同的热性能要求， 如耐热性、隔热性或导热性等。
化学性能
耐腐蚀性
复合材料能够抵抗多种化学物质 的侵蚀，包括酸、碱、盐等，适 用于腐蚀性环境下的应用。
耐候性
复合材料能够抵抗紫外线、氧化、 潮湿等自然环境因素的影响，长 期保持稳定的性能。
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高分子复合材料结课论文石墨烯复合材料制备和应用进展学院：材料学院班级：高分子12-1班姓名：苏庆慧学号：1201130724石墨烯复合材料制备和应用进展摘要:石墨烯和碳纳米管都是纳米尺寸的碳材料，具有极大的比表面积、良好的导电性以及优秀的机械性能等特性。
选择合适的方法制备出石墨烯/碳纳米管复合材料，它们之间可以产生一种协同效应，使其各种物理化学性能得到增强，因而这种复合材料在很多领域有着极大的应用前景。
以石墨烯/碳纳米管复合材料为综述对象，详细地介绍了它的制备、掺杂和应用等方面的进展，同时也对其发展前景进行了展望。
这种复合材料不仅被成功地应用在电容器、光电器件、储能电池、电化学传感器和其它领域，而且也会在这些领域内深化并向其它领域延伸。
关键词石墨烯；碳纳米管；复合材料；制备；应用Abstract：Graphene and carbon nanotubes are nanometer-sized carbon materials with the characteristics of the great specific surface area，good electrical conductivity and excellent mechanical properties。
Selecting appropriate methods to prepare graphene/carbon nanotube composites can generate a synergistic effect between them with many physical and chemical properties enhanced，and these composites have a great future in many areas。
In this paper，some kinds of preparation methods about graphene/carbon nanotube composites were described in detail，such as chemical vapor deposition，layer by layer deposition,electrophoretic deposition，vacuum filtration，coating membrane and in situ chemical reduction method。
The advantages and disadvantages of these methods were compared as table format。
To further enhance the functions，the graphene/carbon nanotube composites were doped with other materials such as polymer materials，nanoparticles，metal oxide to achieve the purpose of modification。
Some researchers proposed theoretical computer model design for some special composites structures such as three-dimensional columnar structure and spiral structure to improve the performance of composites。
Meanwhile，the applications of composites in supercapacitor，a photoelectric conversion device，energy storage batteries，electrochemical sensors and other fields were discussed in detail。
These applications fully proved that composites had a brighter future than pure graphene or carbon nanotube。
In addition，the developments of composites are prospected。
Preparations of grapheme/carbon nanotube composites are maturing，buta variety of methods have their drawbacks and shortcomings，to get preparation method with easy control operation，low production costs，high raw material utilization，good product quality needs further research and exploration。
Preparations of the highly oriented columnar structures between the layers of graphene and carbon nanotube and three-dimensional structure with graphene helicaly inserted or wrapped carbon nanotubes still remain in the computer model。
In the near future the studies of the composites will be deepen and extended to develop new fields。
Key words：graphene; carbon nanotube; composite; preparation; application1.1 常规CVD 法利用CVD 法制备石墨烯/碳纳米管复合薄膜的一般步骤是: 首先利用CVD 法在铜箔等基底沉积上一层石墨烯薄膜，然后在石墨烯薄膜上涂上一层催化剂(一般为金属颗粒)，接着再次利用CVD 法在催化剂表面沉积一层碳纳米管，最后用化学腐蚀法去除铜箔等基底，这样就得到了石墨烯/碳纳米管复合薄膜。
Choi 等首先在SiO2/Si 基底上镀一层100 nm 的镍膜，然后通入混合气体Ar/H2并对其进行900 ℃的热处理，随后，保持温度和气流不变的情况下向反应室内通入C2H2，等石墨烯薄膜在基底上长好以后，逐渐冷却(约100℃•min－1)基底，再把长有石墨烯的基底放入1 mol/LFeCl3溶液中除去镍。
随后6 nm厚的铁膜沉积在石墨烯层上，然后在Ar/NH3混合气流下和在900 ℃下进行热处理。
改变催化剂和混合气体的流量，用相同的方法利用范德华力在石墨烯薄膜上沉积多壁碳纳米管，最后把制备的复合薄膜转移到导电玻璃上制成电极。
这种在石墨烯层表面垂直生长的碳纳米管可以增大电解质/对电极的界面表面积，使得石墨烯/碳纳米管复合电极有更好的化学性质，从而在太阳能电池中的应用中有更加优异的性能。
Li 等利用还原的氧化石墨烯(RGO)和Fe3O4带有相反电荷的特点而制成混合胶体作为催化剂前驱体，取10 mg放入石英容器内，通入氩气和氢气,以10 ℃ /min 的速度升温至600 ℃维持150 min，Fe3O4纳米粒子被还原成Fe纳米粒子。
在该温度下通入C2H2和NH3并反应30 min后改通Ar和H2直到温度降为室温。
用此方法得到的氮掺杂碳纳米管呈卷曲状，并且发现生长碳纳米管的密度与掺杂Fe3O4纳米粒子的密度呈正比关系，只有当Fe3O4/ RGO 混合胶体中Fe3O4的密度达到一定程度后，得到的氮掺杂碳纳米管才呈现出高度规整的矩阵。
具有良好电导率的石墨烯和氮掺杂碳纳米管的复合材料在电极中将有望代替贵重金属。
Hon等首先使用CVD 法[1]制备单纯石墨烯、碳纳米管薄膜,然后采用转印法制备复合薄膜。
Nguyen等采用一种快速升温和冷却的CVD法制备出不同厚度的石墨烯/碳纳米管复合薄膜，石墨烯层作为有效的电池障碍物可以阻止来自铁纳米粒子的中毒从而保证碳纳米管可以在铜基体上生长，通过研究的导电性和场发射性发现此复合薄膜在光电、能源和传感器装置方面有着良好的应用前景。
与常规CVD 法相比，这种方法降低了能耗、减少了反应时间，有助于大规模、低成本的制备石墨烯/碳纳米管复合薄膜。
Chen等采用一种原位化学气相还原沉积法(CVRD)直接用氧化石墨烯(GO)制备石墨烯/碳纳米管复合材料。
其制备步骤为: 首先制备GO/Co(OH)2复合纳米粒子，然后将复合纳米粒子放入管式炉里，通入混合气体(C2H2: 5%，N2: 95%，80 sccm)。
再升温至500℃ ,分别进行2 min、5 min、1 h的化学气相还原沉积反应[2]，结束后使反应炉在纯氮气的保护下缓慢冷却至室温，把所得到的产品在0.6 mol•L－1HCl 溶液中浸泡10 h以除去Co催化剂，然后离心、水洗、干燥后即得到石墨烯/碳纳米管复合材料。
由于反应时间不同，石墨烯上生长的碳纳米管长度也不相同。
通过对比发现，碳纳米管最短的复合材料的电化学性能最佳，以该材料为电极制作成的锂电池的电容量也是最大的。
利用常规CVD法可以制备出非常均匀的薄膜，而且薄膜的成分易于控制，重复性好，在超大规模集成电路中很多薄膜大都采用CVD法制备。
此外，经典CVD技术可以不受基体表面形状的限制很容易的得到均匀生长的CNT薄膜，而且还可以使CNT在石墨烯基体表面垂直生长，形成大面积的碳纳米管森林。
但是,CVD技术操作起来需要大于800 ℃的高温，而有些器件在高温环境下不稳定，从而限制了常规CVD 法在有些材料制备上的应用。
1.2 逐层沉积法(LBL)逐层沉积(LBL)法是利用逐层交替沉积的原理，通过溶液中目标化合物与基片表面功能基团的弱相互作用(如静电引力、氢键等)或强相互作用(如化学键等)驱使目标化合物自发地在基板上缔合形成结构完整、性能稳定、具有某种特殊功能薄膜的一门技术。
其中最常见的组装驱动力是静电引力，即基于表面带有相反电荷的不同化合物间的交替吸附，实现正负电荷的过度补偿,从而得到具有特定厚度的薄膜。
自从1991年Decher 首次提出通过静电引力层层组装形成薄膜的方法后，该技术在制膜领域中得到广泛应用。