第一章复合材料的概念分类及其发展历程
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第一章聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展-2资料
• 一是浸渍法，即用增强体浸渍熔融的石油或沥青，再经 碳化和石墨处理，它的基体是石墨碳，呈层状条带结构，性 能是各向异性的。还有用增强体浸渍糠醇(呋喃甲醇)或酚醛 等热固性树脂，只经碳化处理，它的基体是玻璃碳，即无定 型碳结构，性能是各向同性的；
• 另一是CVD法，即把烃类化合物的热解碳沉积在增强体 上来进行复合，这种方法的碳基体是类似玻璃碳的热解碳。 碳/碳复合材料不耐氧化，所以有时需要加抗氧化涂层。
复合材料
LOGO
课程简介
一、课程性质与地位
单一聚合物材料往往难以满足社会对聚合物 材料愈来愈高的要求，多相复合材料成为当前材 料研究的重要对象。聚合物基复合材料是目前研 究最为深入、工艺最为成熟、品种最为齐全、应 用最为广泛的一类复合材料。它已经成为航空、 航天、兵器等领域的骨干材料之一，其在化工、 船舶、桥梁、体育用品、建筑等领域已经获得广 泛的应用。
7
第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
1.1 前言：
2、复合材料的意义 现代高科技的发展更是离不开复合材料。例如：火
箭壳体材料对射程的影响:
8
第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
碳/碳复合材料
以碳纤维或碳化硅纤维(或织物)为增强体，以碳为基体 的复合材料的总称。碳基复合材料有两种制备方法：
6
第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
1.1 前言：
三、复合材料的发展历史和意义
1、复合材料的发展历史 6000年前人类就已经会用稻草加粘土作为建筑复合材
料。水泥复合材料已广泛地应用于高楼大厦和河堤大坝 等的建筑，发挥着极为重要的作用；
20世纪40年代，美国用碎布酚醛树脂制备枪托、代替 木材，发展成为玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）这种广泛 应用的比较现代化复合材料。
• 另一是CVD法，即把烃类化合物的热解碳沉积在增强体 上来进行复合，这种方法的碳基体是类似玻璃碳的热解碳。 碳/碳复合材料不耐氧化，所以有时需要加抗氧化涂层。
复合材料
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课程简介
一、课程性质与地位
单一聚合物材料往往难以满足社会对聚合物 材料愈来愈高的要求，多相复合材料成为当前材 料研究的重要对象。聚合物基复合材料是目前研 究最为深入、工艺最为成熟、品种最为齐全、应 用最为广泛的一类复合材料。它已经成为航空、 航天、兵器等领域的骨干材料之一，其在化工、 船舶、桥梁、体育用品、建筑等领域已经获得广 泛的应用。
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第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
1.1 前言：
2、复合材料的意义 现代高科技的发展更是离不开复合材料。例如：火
箭壳体材料对射程的影响:
8
第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
碳/碳复合材料
以碳纤维或碳化硅纤维(或织物)为增强体，以碳为基体 的复合材料的总称。碳基复合材料有两种制备方法：
6
第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
1.1 前言：
三、复合材料的发展历史和意义
1、复合材料的发展历史 6000年前人类就已经会用稻草加粘土作为建筑复合材
料。水泥复合材料已广泛地应用于高楼大厦和河堤大坝 等的建筑，发挥着极为重要的作用；
20世纪40年代，美国用碎布酚醛树脂制备枪托、代替 木材，发展成为玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）这种广泛 应用的比较现代化复合材料。
《复合材料》PPT课件
界面作用
界面在复合材料中起到传递载荷、阻止裂纹扩展和调节内应力的作 用。
界面优化
通过改变界面形态、引入界面相容剂或采用表面处理技术等方法，可 改善界面性能，提高复合材料的综合性能。
03
复合材料的制备工艺
原材料选择与预处理
增强材料选择
如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等，具有高比强度、高比模量等 优点。
医疗器械
复合材料可用于制造医疗器械如手术器械、牙科 设备和医疗床等，具有轻质便携、X光透过性好 和耐消毒等优点。
能源领域
复合材料可用于制造风力发电机叶片、太阳能板 支架和石油管道等，具有耐候性强、抗腐蚀和轻 质高强等优点。
06
复合材料的未来发展趋势
新型复合材料研究进展
碳纳米管增强复合材料
具有优异的力学、电学和热学性能，广泛应用于航空航天、汽车 、电子等领域。
航天器结构
复合材料用于制造卫星、火箭和导弹等航天器的结构件，如碳纤维/环 氧树脂复合材料在卫星结构中的应用。
03
发动机部件
复合材料可用于制造航空发动机的叶片、机匣和涡轮等部件，提高发动
机的推力和效率，如陶瓷基复合材料在发动机热端部件中的应用。
汽车工业应用
车身结构
复合材料用于制造汽车车身、车门、车顶等结构件，具有 减重、提高刚度和耐撞性等优点，如碳纤维复合材料在高 端跑车和电动汽车中的应用。
外墙材料
复合材料可用于制造建筑外墙板、保温材料和装饰材料等，提高建筑的保温性能和美观度 。
桥梁和道路
复合材料可用于制造桥梁结构、道路护栏和标志牌等，具有耐久性强、维护成本低等优点 。
其他领域应用
1如网球拍、高尔 夫球杆和自行车车架等，具有轻质高强和良好的 力学性能。
界面在复合材料中起到传递载荷、阻止裂纹扩展和调节内应力的作 用。
界面优化
通过改变界面形态、引入界面相容剂或采用表面处理技术等方法，可 改善界面性能，提高复合材料的综合性能。
03
复合材料的制备工艺
原材料选择与预处理
增强材料选择
如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等，具有高比强度、高比模量等 优点。
医疗器械
复合材料可用于制造医疗器械如手术器械、牙科 设备和医疗床等，具有轻质便携、X光透过性好 和耐消毒等优点。
能源领域
复合材料可用于制造风力发电机叶片、太阳能板 支架和石油管道等，具有耐候性强、抗腐蚀和轻 质高强等优点。
06
复合材料的未来发展趋势
新型复合材料研究进展
碳纳米管增强复合材料
具有优异的力学、电学和热学性能，广泛应用于航空航天、汽车 、电子等领域。
航天器结构
复合材料用于制造卫星、火箭和导弹等航天器的结构件，如碳纤维/环 氧树脂复合材料在卫星结构中的应用。
03
发动机部件
复合材料可用于制造航空发动机的叶片、机匣和涡轮等部件，提高发动
机的推力和效率，如陶瓷基复合材料在发动机热端部件中的应用。
汽车工业应用
车身结构
复合材料用于制造汽车车身、车门、车顶等结构件，具有 减重、提高刚度和耐撞性等优点，如碳纤维复合材料在高 端跑车和电动汽车中的应用。
外墙材料
复合材料可用于制造建筑外墙板、保温材料和装饰材料等，提高建筑的保温性能和美观度 。
桥梁和道路
复合材料可用于制造桥梁结构、道路护栏和标志牌等，具有耐久性强、维护成本低等优点 。
其他领域应用
1如网球拍、高尔 夫球杆和自行车车架等，具有轻质高强和良好的 力学性能。
复合材料介绍课件(2024)
发展历程
复合材料的发展经历了从天然复合材料到人工合成复合材料的过程。随着科技的不断进步，复合材料的种类和性 能不断得到拓展和提升。
2024/1/28
4
主要类型与特点
主要类型
根据基体材料的不同，复合材料可分为树脂基复合材料 、金属基复合材料、陶瓷基复合材料和碳基复合材料等 。
特点
复合材料具有以下特点
利用复合材料的高比强度 和比刚度特性，制造航天 器的承载结构，如卫星、 火箭等。
航空发动机部件
将复合材料应用于航空发 动机的叶片、机匣等部件 ，提高发动机的推力和效 率。
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汽车轻量化解决方案探讨
车身覆盖件
采用碳纤维复合材料制造车身覆 盖件，如车门、车顶等，降低车 身重量并提高安全性。
底盘结构件
利用复合材料的高强度和耐疲劳 性能，制造汽车底盘的结构件， 如横梁、纵梁等。
数字化与仿真技术
利用数字化建模和仿真技术，对复合材料制品的设计、制 造和性能进行预测和优化，缩短研发周期，降低成本。
绿色制造与可持续发展
开发环保型树脂、可再生资源和生物基复合材料等绿色原 材料，推广清洁能源和低碳技术，实现复合材料的绿色制 造和可持续发展。
13
设备选型及参数设置
2024/1/28
设备选型
2024/1/28
市场前景
随着科技的不断进步和环保意识的提高，复 合材料的应用领域将不断扩大，市场需求也 将持续增长。未来，复合材料将在新能源、 智能制造、生物医疗等新兴领域发挥更大的 作用，同时也将面临更高的性能要求和更严
格的环保标准。
6
02
复合材料组成与结构
2024/1/28
7
基体材料选择与性能
复合材料
一、复合材料的发展复合材料使用的历史可以追溯到古代。
从古至今沿用的稻草或麦秸增强粘土和已使用上百年的钢筋混凝土均由两种材料复合而成。
20世纪40年代，因航空工业的需要，发展了玻璃纤维增强塑料（俗称玻璃钢），从此出现了复合材料这一名称。
50年代以后，陆续发展了碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和高模量纤维。
70年代出现了芳纶纤维和碳化硅纤维。
这些高强度、高模量纤维能与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合，构成各具特色的复合材料。
现代高科技的发展离不开复合材料，复合材料[1]对现代科学技术的发展，有着十分重要的作用。
复合材料的研究深度和应用广度及其生产发展的速度和规模，已成为衡量一个国家科学技术先进水平的重要标志之一。
进入21世纪以来，全球复合材料市场快速增长，亚洲尤其中国市场增长较快。
2003～2008年间中国年均增速为15%，印度为9.5%，而欧洲和北美年均增幅仅为4%。
二、复合材料的定义和分类1、复合材料的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，称为增强相（增强体）。
分散相是以独立的形态分布在整个连续相中的，两相之间存在着相接口。
分散相可以是增强纤维，也可以是颗粒状或弥散的填料。
2、复合材料的分类（1）按基体材料类型分类①聚合物基复合材料以有机聚合物（主要为热固性树脂、热塑性树脂及橡胶）为基体制成的复合材料②金属基复合材料以金属为基体制成的复合材料，如铝基复合材料、钛基复合材料等。
③无机非金属基复合材料以陶瓷材料（也包括玻璃和水泥）为基体制成的复合材料。
（2）按增强材料种类分类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、高强度聚烯烃纤维等）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。
复合材料学 第一章 绪论.
合材料已用于制造军用飞机的承力结构， 近年来又逐步进入其他工业领域。其增强 体纤维有碳纤维、芳纶，或两者混杂使用， 树脂基主要是固化体系为120℃或170℃的 环氧树脂，还有少量聚酰亚胺树脂，以适 应耐热性高达250℃的要求。 70年代末期发展的用高强度、高模量的 耐热纤维与金属复合，特别是与轻金属复 合而成金属基复合材料，克服了树脂基复 合材料耐热性差和不导电， 导热性低等不 足。 金属基复合材料由于金属基体的优良
根据国际标准化组织（ISO）为复合 材料所下的定义，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。复合材料 的组分材料虽然保持其相对独立性，但 其性能却不是组分材料的简单加和，而 是有着重要的改进。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。分散相是以 独立的形态分布在整个连续相中的，两 相之间存在着相界面。分散相可以是增 强纤维，也可以是颗粒状或弥散的填料。
复合材料的耐化学腐蚀性能是通过选择基 体材料来实现。一般来讲陶瓷基复合材料和 树脂基复合材料的耐化学腐蚀性能比金属基 复合材料优越。在树脂基复合材料中不同的 树脂基体，其耐化学腐蚀性能也不相同。 从生产工艺的难易程度和成本高低方面分 析，树脂基复合材料生产工艺成熟，产品成 本最低；金属基复合材料次之；陶瓷基复合 材料工艺最复杂，产品成本也最高。但无机 粘接剂复合材料成型工艺与树脂基复合材料 相似，且产品成本大大低于树脂基复合材料。
由于复合材料各组分之间“取长补 短”、“协同作用”，极大地弥补了单 一材料的缺点，产生单一材料所不具有 的新性能。复合材料的出现和发展，是 现代科学技术不断进步的结果，也是材 料设计方面的一个突破。它综合了各种 材料如纤维、树脂、橡胶、金属、陶瓷 等的优点，按需要设计、合成为综合性 能优异的新型材料。
复合材料
克服“热障”
不锈钢：米格—25战斗机 钛合金：SR—71高空侦察机 复合材料：航天飞机、不重复使用的卫星 返回舱表面
降低飞机结构质量
为了减轻飞机结构 质量，20世纪七八 十年代，有时宁可 提高成本，并牺牲 某些技术保障性 （如检测性和修复 性）也要采用复合 材料结构。
X-29
降低飞机结构质量
现在的干线客机、小型公务机和运动飞机上大量 使用复合材料，有的复合材料用量占结构质量的 70%—80%
金属基复合物： 比强度、比模量大，高温下仍具有 很好的强度 较好的耐高温性、韧性、导热性
性能和应用
性能和应用
陶瓷基复合物： 耐高温、磨损腐蚀，抗氧化，硬度大 同时具有较好的韧性
复合材料的发展历程
20世纪40年代，因航空工 业的需要，发展了玻璃纤维 增强材料（俗称玻璃钢）， 从此出现了复合材料这一名 称。复合材料的早期发展是 伴随着航空航天工业的发展 而快速发展成为一种和铝合 金、钛合金、钢并驾齐驱的 飞机结构材料。并且以其明 显独特的优势在其他领域得 到广泛应用。
基体材料： 金属及金属合金、聚合物、陶瓷材料等
分类
按增强材料分： 碳纤维复合材料 玻璃纤维复合材料 硼纤维复合材料 有机纤维复合材料 混合纤维复合材料
分类
按基体材料分： 金属基复合材料 聚合物基复合材料 无机非金属基复合材料
性能和应用
聚合物基复合物： 比强度、比模量大 耐疲劳性能好 减震性好 性能可设计性 良好的加工工艺性
复合材料
复合材料
复合材的定义及组成分类
复合材料的性能和应用
复合材料发展历程
复合材料
定义：将两种或两种以上的不同材料，用 适
当的方法复合而成的一种新材料，其性能比单一 材料性能优越。
《复合材料》PPT课件
优异的抗疲劳性能
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。
03
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。
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。
第一章无机复合材料概述
应用领域： 航空航天工业 在现代汽车工业中 在石油化工工业中 在体育用品方面 ……
玻璃钢石化管道
大口径玻璃钢输水管道
玻璃钢化工管道
玻璃钢输油、气管道
玻璃钢建筑材料用于 上海东方明珠电视塔大堂装潢
玻璃钢容器（200m3水箱）
玻璃钢捕鱼船体
玻璃钢天线反射面
各种玻璃钢型材制品
风力发电机玻璃钢叶片
复合材料具有各单个组分所没有的综合的优良性能。
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，不论对哪一类复合材料，就是同一类复 合材料的性能也不是一个定值，而只能给出其主要 性能。
复合材料既能保留原组分材料的主要特色，并 通过复合效应获得组分材料所不具备的性能，还可 以通过材料设计使各组分的性能相互补充并彼此关 联，从而获得新的性能。
复合材料设计：选择复合材料的组分、增强体 分布和复合材料制造工艺、使其具有使用所要求的 性能过程。
复合材料设计可分为三个层次：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
Weight less of blocks (mg)
8 Sliding against copper disk
under 0.8 MPa 6
4 Cu/Carbon
2
Al/Ti3SiC2
0 10 20 30 40 50 60 70
Sliding speed (m/s)
Al/Ti3SiC2和Cu/carbon的磨损
其中一个组分是纤维（连续的或短切的）、薄片或颗粒 状，具有较高的强度、模量、硬度和脆性，在复合材料承受 外加载荷时是主要承载相，称为增强相或增强体（reinforcing phase or reinforcement）。
玻璃钢石化管道
大口径玻璃钢输水管道
玻璃钢化工管道
玻璃钢输油、气管道
玻璃钢建筑材料用于 上海东方明珠电视塔大堂装潢
玻璃钢容器（200m3水箱）
玻璃钢捕鱼船体
玻璃钢天线反射面
各种玻璃钢型材制品
风力发电机玻璃钢叶片
复合材料具有各单个组分所没有的综合的优良性能。
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，不论对哪一类复合材料，就是同一类复 合材料的性能也不是一个定值，而只能给出其主要 性能。
复合材料既能保留原组分材料的主要特色，并 通过复合效应获得组分材料所不具备的性能，还可 以通过材料设计使各组分的性能相互补充并彼此关 联，从而获得新的性能。
复合材料设计：选择复合材料的组分、增强体 分布和复合材料制造工艺、使其具有使用所要求的 性能过程。
复合材料设计可分为三个层次：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
Weight less of blocks (mg)
8 Sliding against copper disk
under 0.8 MPa 6
4 Cu/Carbon
2
Al/Ti3SiC2
0 10 20 30 40 50 60 70
Sliding speed (m/s)
Al/Ti3SiC2和Cu/carbon的磨损
其中一个组分是纤维（连续的或短切的）、薄片或颗粒 状，具有较高的强度、模量、硬度和脆性，在复合材料承受 外加载荷时是主要承载相，称为增强相或增强体（reinforcing phase or reinforcement）。
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第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
Ａ、热塑性玻璃钢
热塑性玻璃钢是以玻璃纤维为增强剂和以热塑性树脂 为粘结剂制成的复合材料。
Ｂ、热固性玻璃钢
热固性玻璃钢是以玻璃纤维为增强剂和以热固性树脂 为粘结剂制成的复合材料。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
② 碳纤维复合材料
Ａ、碳纤维复合材料：作基体的树脂，目前应用最多的是环 氧树脂、酚醛树脂和聚四氟乙烯。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
•目 录
第一章 复合材料的概念、分类及其发展历程
第二章 复合材料基本特性、应用及其研究现状
第三章 复合材料的基体材料
第四章 复合材料的增强材料
第五章 复合材料的成型工艺
第六章 功能复合材料
第七章 复合材料的复合原则及界面
第八章 陶瓷基复合材料
第九章 金属基复合材料
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
通过对各种定义、解释加以总结，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。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
•《材料大辞典》中关于复合材料的定义为： •复合材料是根据应用的需要进行设计，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， 使之互补性能优势，从而制成的一类新型材料。一般由基 体组元与增强材料或功能体组元所组成，因此亦属于多相 材料范畴。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
第一章 复合材料的概念、分类及其发展历程
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
材料分类：金属、无机非金属、有机高分子材料 各有千秋 扬长避短
克服单一材料的缺点 产生原来单一材料没有本身所没有的新性能
复合材料
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
•各种材料在各个历史时期相对重要性
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
•2、复合材料的命名
• 复合材料在世界各国还没有统一的名称和 命名方法，比较共同的趋势是根据增强体和基 体的名称来命名，通常有以下三种情况：
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
•（1）强调基体时以基体材料的名称为主。如树脂基复 合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等。 •（2）强调增强体时以增强体材料的名称为主。如玻璃 纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、陶瓷颗粒增 强复合材料等。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
• 以下面五点概括了复合材料的特点： •1、复合材料的组分和相对含量是由人工选择和设计的； •2、复合材料是以人工制造而非天然形成的（区别于具有 某些复合材料形态特征的天然物质）；
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
•3、组成复合材料的某些组分在复合后仍然保持其固有 的物理和化学性质（区别于化合物和合金）； •4、复合材料的性能取决于各组成相性能的协同。复合 材料具有新的、独特的和可用的性能，这种性能是单个 组分材料性能所不及或不同的； •5、复合材料是各组分之间被明显界面区分的多相材料。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
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。 • 材料的分类，历史上有许多方法：
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
•材料的分类
•（１）按材料的化学性质分类，有金属材料、非金属材料之 分。 •（２）按物理性质分类，有绝缘材料、磁性材料、远光材料、 半导体材料、导电材料等。 •（３）按用途分类，有航空材料、电工材料、建筑材料、包 装材料等。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
•复合材料的分类方法也很多，常见的分类方法有以下几种： 一、按增强材料形态分为以下三类
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；
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
而我国则常把这类复合材料通称为“玻璃钢”。碳纤维
和金属基体构成的复合材料叫“金属基复合材料”，也
可写为“碳／金属复合材料”。碳纤维和碳构成的复合
材料叫“碳／碳复合材料”。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
• 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)
第一章 复合材料的概念 分类及其发展历程
2020/11/27
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
主要参考资料
•1、现代复合材料----陈华辉 邓海金 李 明 （中国物质出版社,1998） •2、复合材料概论----王荣国 武卫莉 （哈尔滨工业大学出版社,1999） •3、复合材料--------吴人洁（天津大学出版社,2000） •5、复合材料及其应用—尹洪峰,任耘（陕西科学技术出版社,2003） •6、高性能复合材料学---郝元恺,肖加余 (化学工业出版社,2004) •7、先进复合材料----鲁 云 朱世杰 马鸣图 （机械工业已出版社,2004） •8、复合材料--------周曦亚（化学工业出版社,2005）
• 从广义上讲，复合材料是由两种或两种以上不同化学性 质的组分组合而成的材料。但在现代材料学界中，复合材料专 指由两种或两种以上不同相态的组分所组成的材料。 • 复合材料可定义为：用经过选择的、含一定数量比的两 种或两种以上的组分（或称组元），通过人工复合、组成多相、 三维结合且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的材料。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
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》中关于复合材料的定义如下： 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 而获得更优越的性能，与一般材料的简便混合有本质区别。
•金 •铜 •铁
•高分子
•木材
•皮肤 •动物胶 •纤维
•钢 •合金钢
•导电高分子
•高温合金
•复合材料
•石材 •陶器
•陶瓷 •玻璃•橡胶ຫໍສະໝຸດ •高模聚合物•电木
•尼龙
•聚酯
•金属基复合材料
•PAN
•PE •PS •PC
•PP
•陶瓷基复合材料
•水泥 •耐火材料
•熔融硅
•耐湿陶瓷
•韧性机械陶瓷
•10000BC •5000BC
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
• 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。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
• (3) 复合材料具有可设计性。
• 复合材料的结构通常是一个相为连续相，称为基体；而 另一相是以独立的形态分布在整个连续相中的分散相，与连 续相相比，这种分散相的性能优越，会使材料的性能显著增 强，故常称为增强体 (也称为增强材料、增强相等)。
• 在大多数情况下，分散相较基体硬，强度和刚度较基体 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。在基体与增强体之间存在着界面。
•0
•1500
•1900
•1960
•3
•1980
•1990
•2000 •2010
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
•2020
•１、复合材料的定义
• 什么是复合材料 (Composition Materials , Composite) ? • 要给复合材料下一个严格精确而又统一的定义是很困难 的。概括前人的观点，有关复合材料的定义或偏重于考虑复 合后材料的性能，或偏重于考虑复合材料的结构
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
• 根据《材料大辞典》中关于复合材料的定义可以看出, 复合材料具有两个鲜明的特点: •１、复合材料不仅能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。 •２、复合材料具有可设计性。由于各种原材料都具有各自的 优点和缺点，所以在组合时可能出现如下图所示的结果。
• 按这Matthews和Rawlings给出的定义，钢铁及其合 金不应属于复合材料，如Co—Cr—Mo—Si合金不属于 复合材料，因为这种合金经过熔化和凝固过程；而仅有 像SiC颗粒强化的Al合金这种混合而成的材料才属于复合 材料。因此有人认为可将复合材料划分为广义复合材料 和狭义复合材料。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
• 因此复合材料必须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，以使原组分材料的优 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。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
• 综上所述，复合材料应具有以下三个特点： • (1)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。 • (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 具备的优良持殊性能。
Ａ、热塑性玻璃钢
热塑性玻璃钢是以玻璃纤维为增强剂和以热塑性树脂 为粘结剂制成的复合材料。
Ｂ、热固性玻璃钢
热固性玻璃钢是以玻璃纤维为增强剂和以热固性树脂 为粘结剂制成的复合材料。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
② 碳纤维复合材料
Ａ、碳纤维复合材料：作基体的树脂，目前应用最多的是环 氧树脂、酚醛树脂和聚四氟乙烯。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
•目 录
第一章 复合材料的概念、分类及其发展历程
第二章 复合材料基本特性、应用及其研究现状
第三章 复合材料的基体材料
第四章 复合材料的增强材料
第五章 复合材料的成型工艺
第六章 功能复合材料
第七章 复合材料的复合原则及界面
第八章 陶瓷基复合材料
第九章 金属基复合材料
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
通过对各种定义、解释加以总结，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。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
•《材料大辞典》中关于复合材料的定义为： •复合材料是根据应用的需要进行设计，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， 使之互补性能优势，从而制成的一类新型材料。一般由基 体组元与增强材料或功能体组元所组成，因此亦属于多相 材料范畴。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
第一章 复合材料的概念、分类及其发展历程
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
材料分类：金属、无机非金属、有机高分子材料 各有千秋 扬长避短
克服单一材料的缺点 产生原来单一材料没有本身所没有的新性能
复合材料
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
•各种材料在各个历史时期相对重要性
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
•2、复合材料的命名
• 复合材料在世界各国还没有统一的名称和 命名方法，比较共同的趋势是根据增强体和基 体的名称来命名，通常有以下三种情况：
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
•（1）强调基体时以基体材料的名称为主。如树脂基复 合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等。 •（2）强调增强体时以增强体材料的名称为主。如玻璃 纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、陶瓷颗粒增 强复合材料等。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
• 以下面五点概括了复合材料的特点： •1、复合材料的组分和相对含量是由人工选择和设计的； •2、复合材料是以人工制造而非天然形成的（区别于具有 某些复合材料形态特征的天然物质）；
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
•3、组成复合材料的某些组分在复合后仍然保持其固有 的物理和化学性质（区别于化合物和合金）； •4、复合材料的性能取决于各组成相性能的协同。复合 材料具有新的、独特的和可用的性能，这种性能是单个 组分材料性能所不及或不同的； •5、复合材料是各组分之间被明显界面区分的多相材料。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
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。 • 材料的分类，历史上有许多方法：
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
•材料的分类
•（１）按材料的化学性质分类，有金属材料、非金属材料之 分。 •（２）按物理性质分类，有绝缘材料、磁性材料、远光材料、 半导体材料、导电材料等。 •（３）按用途分类，有航空材料、电工材料、建筑材料、包 装材料等。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
•复合材料的分类方法也很多，常见的分类方法有以下几种： 一、按增强材料形态分为以下三类
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；
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
而我国则常把这类复合材料通称为“玻璃钢”。碳纤维
和金属基体构成的复合材料叫“金属基复合材料”，也
可写为“碳／金属复合材料”。碳纤维和碳构成的复合
材料叫“碳／碳复合材料”。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
• 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)
第一章 复合材料的概念 分类及其发展历程
2020/11/27
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
主要参考资料
•1、现代复合材料----陈华辉 邓海金 李 明 （中国物质出版社,1998） •2、复合材料概论----王荣国 武卫莉 （哈尔滨工业大学出版社,1999） •3、复合材料--------吴人洁（天津大学出版社,2000） •5、复合材料及其应用—尹洪峰,任耘（陕西科学技术出版社,2003） •6、高性能复合材料学---郝元恺,肖加余 (化学工业出版社,2004) •7、先进复合材料----鲁 云 朱世杰 马鸣图 （机械工业已出版社,2004） •8、复合材料--------周曦亚（化学工业出版社,2005）
• 从广义上讲，复合材料是由两种或两种以上不同化学性 质的组分组合而成的材料。但在现代材料学界中，复合材料专 指由两种或两种以上不同相态的组分所组成的材料。 • 复合材料可定义为：用经过选择的、含一定数量比的两 种或两种以上的组分（或称组元），通过人工复合、组成多相、 三维结合且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的材料。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
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》中关于复合材料的定义如下： 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 而获得更优越的性能，与一般材料的简便混合有本质区别。
•金 •铜 •铁
•高分子
•木材
•皮肤 •动物胶 •纤维
•钢 •合金钢
•导电高分子
•高温合金
•复合材料
•石材 •陶器
•陶瓷 •玻璃•橡胶ຫໍສະໝຸດ •高模聚合物•电木
•尼龙
•聚酯
•金属基复合材料
•PAN
•PE •PS •PC
•PP
•陶瓷基复合材料
•水泥 •耐火材料
•熔融硅
•耐湿陶瓷
•韧性机械陶瓷
•10000BC •5000BC
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
• 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。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
• (3) 复合材料具有可设计性。
• 复合材料的结构通常是一个相为连续相，称为基体；而 另一相是以独立的形态分布在整个连续相中的分散相，与连 续相相比，这种分散相的性能优越，会使材料的性能显著增 强，故常称为增强体 (也称为增强材料、增强相等)。
• 在大多数情况下，分散相较基体硬，强度和刚度较基体 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。在基体与增强体之间存在着界面。
•0
•1500
•1900
•1960
•3
•1980
•1990
•2000 •2010
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
•2020
•１、复合材料的定义
• 什么是复合材料 (Composition Materials , Composite) ? • 要给复合材料下一个严格精确而又统一的定义是很困难 的。概括前人的观点，有关复合材料的定义或偏重于考虑复 合后材料的性能，或偏重于考虑复合材料的结构
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
• 根据《材料大辞典》中关于复合材料的定义可以看出, 复合材料具有两个鲜明的特点: •１、复合材料不仅能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。 •２、复合材料具有可设计性。由于各种原材料都具有各自的 优点和缺点，所以在组合时可能出现如下图所示的结果。
• 按这Matthews和Rawlings给出的定义，钢铁及其合 金不应属于复合材料，如Co—Cr—Mo—Si合金不属于 复合材料，因为这种合金经过熔化和凝固过程；而仅有 像SiC颗粒强化的Al合金这种混合而成的材料才属于复合 材料。因此有人认为可将复合材料划分为广义复合材料 和狭义复合材料。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
• 因此复合材料必须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，以使原组分材料的优 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。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
• 综上所述，复合材料应具有以下三个特点： • (1)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。 • (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 具备的优良持殊性能。