2019材料导论-复合材料151页
复合材料导论
高分子复合材料第一讲：序论就单一的材料而言，高分子材料性能无疑是最全面的，因为…….但高分子材料同时并非最完美的，因为……材料科学的目的:就是制备性能完美，功能更多，价格更便宜的材料。
高分子复合材料的学习要求你们有更博大的胸怀，是高分子和其他材料的交叉科学。
2.1 复合是自然界的基本规律天然材料是最完美的材料，人的心脏，75*60分*24小时*365天*80年=3，153，600，000跳/一生该完美的特性就来源于复合与自修复----细胞，是细胞膜、细胞基质、细胞核的复合体，各自担任营养、信息表达和力学支撑的作用。
即使细胞膜也是有磷脂双分子层，蛋白质组成的复合功能体系。
2.3 复合是科学的基本思想超分子科学诺贝尔奖白川英树导电聚合物vs导电复合材料材料发展简史---石器时代纤维增强聚合物基复合材料Copyright reserved旧石器时代—早在100万年以前，人类开始以石头做工具新石器时代—1万年前，人类对石头进行加工材料发展简史---陶器时代纤维增强聚合物基复合材料Copyright reserved 新石器后期，人类发明了用粘土成型，再火烧固化而制成陶器，从而进入陶器时代。
目前考古发现的陶器，在亚洲有中国江西省万年县大源乡仙人洞的陶器和日本最早的绳纹陶（公元前8000年左右）；在欧洲，在希腊半岛发现的陶瓷约在公元前6000至5000年；在美洲大陆，已发现的陶器约在公元前6000年前左右。
陶器时代是人类文明史上的重要飞跃，陶器的发明不仅成为这一阶段的最重要的物质文明的创造，同时也成为这一时期最重要的生产工具。
纤维增强聚合物基复合材料Copyright reserved烧制陶器过程中还原出金属铜和锡，创造了炼铜技术，生产出各种青铜器物，进入了青铜时代。
古希腊大约在公元前3000年以前，埃及是公元前2500年前，中国是夏代（公元前2000年左右），欧洲是公元前1800年前后进入青铜器时代。
这是人类大量利用金属的开始，是人类文明发展的重要里程碑。
15第四章-复合材料
三、按复合材料的用途分类
1、结构复合材料：以承受载荷为主要目的。主要使用力 学性能，以满足高强度、高模量、耐冲击、耐磨损的 要求。这类复合材料通常由基体材料和增强材料组成 ，其中增强材料起主要作用，由它提供复合材料的刚 度和强度，基本上控制了复合材料的力学性能；基体 材料起配合作用，支持和固定增强材料，改善复合材 料的某些性能。
①对纤维有润湿性，以便在界面上有必要的粘结力，而 将纤维粘结为一个整体；
②具有一定的塑性和韧性，对裂纹起致偏和控制作用； ③能保护纤维表面，不引入裂纹，不发生损伤纤维表面 的反应。
2020/3/22
（3）纤维与基体之间应该有高的且合适的结合强度。 结合强度高，不仅直接有利于整个材料的强度，更重要的
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二、按增强材料的形态分类 1、零维：颗粒增强复合材料。
根据颗粒大小， 又分为弥散颗粒增强复合材料（100~2500Å）和 真正颗粒增强复合材料（微米级）。 2、一维：纤维增强复合材料。 按纤维长短有分为连续纤维增强复合材料、短纤 维增强复合材料和晶须增强复合材料。 按纤维种类有分为玻璃纤维增强复合材料、碳纤 维增强复合材料、硼纤维增强复合材料、芳纶纤 维增强复合材料、金属纤维增强复合材料、陶瓷 纤维增强复合材料。 3、二维：板状复合材料、平面编织复合材料、片状 材料增强复合材料。 4、三维：骨架状复合材料、立体编织复合材料。
复合材料构件制造工艺简单，适合整体成型，即一次 成型。在制备复合材料的同时，也获得了构件，减少了 后续工序。
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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、制造是产品性能不稳定，分散性大，质检困难
《复合材料概论》课件
航天器结构材料
在卫星、火箭和空间站等航天器中， 复合材料用于制造结构件，如太阳能 电池板、卫星天线和推进器等。
汽车工业领域
汽车车身
复合材料可以减轻车身重量，提高燃油经济性和 降低排放，广泛应用于汽车车身制造。
汽车零部件
复合材料也可用于制造汽车零部件，如发动机罩 、车门和座椅骨架等。
汽车功能材料
复合材料在汽车功能件中也有广泛应用，如电池 外壳、传感器和油箱等。
THANKS
感谢观看
冷却凝固。
金属基复合材料的制备方法 主要包括
02
01
03
粉末冶金法：将增强材料与 金属粉末混合，然后进行热
压或烧结。
喷射沉积法：将增强材料与 金属熔体一起喷射并沉积在
冷却表面上。
04
05
这些方法的选择取决于所需 的复合材料的性能和用途。
陶瓷基复合材料的制备
陶瓷基复合材料的制备方法 主要包括
04
晶须增强法：将陶瓷晶须与 陶瓷基体混合，然后进行烧 结或热压。
体育器材领域
高性能运动器材
复合材料具有高强度、轻质和抗 冲击等特点，广泛应用于制造高 性能运动器材，如网球拍、滑雪 板和自行车等。
休闲运动器材
在休闲运动器材中，复合材料也 用于制造轻便、舒适和耐用的运 动装备，如泳镜、潜水服和滑水 板等。
建筑领域
建筑材料
复合材料可以用于制造轻质、高强度 的建筑材料，如复合板、玻璃纤维增 强水泥和碳纤维增强混凝土等。
良好的热性能和化学稳定性
复合材料在高温和恶劣环境下仍能保持较好 的性能。
抗腐蚀性
某些复合材料具有较好的耐腐蚀性能，能够 延长使用寿命。
易于加工和制造
复合材料的加工和制造相对简单，能够快速 成型，降低生产成本。
复合材料完整版
第一章总论1.复合材料：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。
2.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。
3.复合材料可根据增强材料与基体材料的名称来命名。
将增强材料的名称放在前面，基体材料的名称放在后面，再加上“复合材料”。
4.简述复合材料的分类：⑪按增强材料形态分类：①连续纤维复合材料；②短纤维复合材料；③粒状填料复合材料；④编织复合材料。
⑫按增强纤维种类分类：①玻璃纤维复合材料；②碳纤维复合材料；③有机纤维复合材料；④金属纤维复合材料；⑤陶瓷纤维复合材料。
⑬按基体材料分类：①聚合物基复合材料；②金属基复合材料；③无机非金属基复合材料。
⑭按材料作用分类：①结构复合材料；②功能复合材料。
5.论述复合材料的共同特点，并举例说明。
复合材料是由多相材料复合而成，其共同特点是：①可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。
例如，玻璃纤维增强环氧基复合材料，既具有类似钢材的强度，又具有塑料的介电性能和耐腐蚀性能。
②可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造。
例如，针对方向性材料强度的设计，针对某种介质耐腐蚀性能的设计等。
、③可制成所需的任意形状的产品，可避免多次加工工序。
例如，可避免金属产品的铸模、切削、磨光等工序。
④性能的可设计性是复合材料的最大特点。
第二章复合材料的基体材料1.简述选择基体的原则：①金属基复合材料的使用要求；②金属基复合材料组成特点；③基体金属与增强物的相容性。
2.聚合物基体的种类：不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂及各种热塑性聚合物。
3.聚合物基体的作用：把纤维粘在一起；分配纤维间的载荷；保护纤维不受环境影响。
4.不饱和聚酯树脂：是指有线型结构的，主链上同时具有重复酯键及不饱和双键的一类聚合物。
材料导论第十四章复合材料ppt课件
复合材料的种类
金属基
陶瓷基
按基体相分
聚合物基
水泥基
复 合 材
按增强相 的形态分
颗粒增强 纤维增强 晶须增强
碳纤维 玻璃纤维 有机纤维
复合纤维
料
编织物增强
按用途分
结构复合材料 承受载荷，作为承力结构使用
功能复合材料
电、磁、光、热、声、摩 擦、阻尼、化学分离性能
复合材料的特点
多相: 至少两相 复合效应：不仅保留了原组成材料的特色，而且
3、石墨/镁复合材料
这种材料密度低、线膨胀系数为零，尺寸的稳定性好，是金属基复合材料中具 有最高比强度和比弹性模量的复合材料。可在石墨纤维表面沉积TiB2，提高石 墨纤维的润湿性。
金属基复合材料
长纤维增强金属基复合材料
4、碳化硅/钛复合材料
碳化硅纤维比强度高、比模量高，高温强度高，耐热、耐氧化，与金属的反 应小，润湿性好。
主要应用于飞机发动机部件和涡轮叶片以及火箭发动机箱体材料。
5、氧化铝/铝复合材料
氧化铝纤维在氧化气氛中稳定，能在高温下保持其强度、刚度， 且硬度高，耐磨性好。这种复合材料具有高强度和高刚度，可用于 汽车发动机活塞和其他发动机零件。
金属基复合材料
1、氧化铝/铝复合材料
短纤维/晶须增强金属基复合材料 2、碳化硅/铝复合材料 3、氧化铝/镍复合材料
突出特点
性树脂基体—热塑性玻璃钢。
密度低：1.6～2.0g/cm3；
比强度高：较最高强度的合金钢还高3倍；
耐烧蚀
耐腐蚀
应用
航空航天工业：如雷达罩、机舱门、燃料箱、行李架和地板等。 火箭：发动机壳体、喷管。 汽车工业：如汽车车身、保险杠、车门、挡泥板、灯罩、内部装饰件等。 石油化工工业：如玻璃钢贮罐、容器、管道、洗涤器、冷却塔等
复合材料概论
《复合材料概论》
xx年xx月xx日
目录
contents
复合材料概述复合材料的组成与结构复合材料的制备技术复合材料的应用领域复合材料的发展趋势与挑战结论与展望
01复合材料概述源自VS复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料通过物理或化学的方法组成，具有新性能和新功能的材料。
分类
根据不同的组成材料和制造方法，复合材料可分为金属基复合材料、非金属基复合材料和纳米复合材料等。
热压时间
热压时间也是热压成型过程中的一个重要因素，过长或过短的热压时间都会影响制品的质量和性能。
注射成型技术
01
注射成型是一种将树脂、纤维和其他添加剂在高温高压下注入模具中，制成复合材料制品的工艺。注射成型可以快速、高效地生产出形状复杂、尺寸精确的复合材料制品。
注射成型技术
树脂类型与粘度
02
注射成型过程中需要选择流动性好、粘度低的树脂，以便于注射和充模。
建筑领域
桥梁结构
复合材料可用于建筑外墙的保温和装饰。
建筑外墙
复合材料可用于室内装饰，如地板、墙板等。
室内装饰
复合材料在体育器材中得到应用，如碳纤维自行车架、高尔夫球杆等。
体育器材
复合材料在医疗器械中得到应用，如人工关节、牙科种植物等。
医疗器械
复合材料在电子产品中得到应用，如手机外壳、笔记本电脑外壳等。
总结复合材料的优势与挑战
展望新材料研发：随着科技的不断进步，未来将会有更多新型复合材料出现，满足更多应用需求。绿色环保：环保意识日益增强，未来复合材料将更加注重环保和可持续发展。高性能化：对复合材料的性能要求越来越高，未来将会有更多高性能复合材料问世。建议加强基础研究：加大对复合材料基础研究的投入，提升自主创新能力。推广应用：积极推广复合材料在各领域的应用，促进其产业发展。加强国际合作：加强与国际先进技术交流合作，共同推动复合材料的发展。
复合材料ppt
复合材料ppt复合材料是由两种或两种以上的不同性质的材料组成的,其特有的性能是单一材料所不具备的。
本文将介绍复合材料的定义、特点、分类、制备方法以及应用领域等方面内容。
一、定义复合材料是由两种或两种以上的材料按一定的方式组合而成的材料。
在组合过程中，各种材料之间可以有各种各样的界面形式，包括物理界面、化学界面和机械界面等。
复合材料的性能在很大程度上取决于各种材料之间的界面性质。
二、特点1. 复合材料具有很高的比强度和比模量，其强度和刚度远远高于单一材料。
2. 复合材料的力学性能可以通过改变材料组合方式和纤维布置方式来调节和设计。
3. 复合材料具有优异的耐腐蚀性能，能够抵抗各种化学介质的腐蚀。
4. 复合材料具有较低的热膨胀系数，能够在高温和低温条件下保持较好的尺寸稳定性。
三、分类根据组分材料的不同，复合材料可以分为无机复合材料和有机复合材料两大类。
1. 无机复合材料：由无机材料与无机材料组合而成，如轻质复合材料、陶瓷复合材料等。
2. 有机复合材料：由有机材料与无机材料或有机材料与有机材料组合而成，如碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料等。
四、制备方法1. 压制法：将纤维和树脂料混合后，通过加热和压制的方式将其制成板材或型材。
2. 浸渍法：将纤维逐步浸入树脂中，使其充分浸润，并通过干燥和固化来形成复合材料。
3. 喷涂法：将纤维和树脂分别喷射到模具内，在模具内干燥和固化形成复合材料。
4. 熔融法：将纤维和树脂料一起加热熔化，并通过挤出或注塑的方式制备复合材料。
五、应用领域复合材料具有广泛的应用前景，已广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑、电子设备、医疗器械等领域。
1. 航空航天领域：复合材料具有优异的比强度和比刚度，用于飞机、导弹等载体的结构件制造。
2. 汽车制造领域：复合材料能够减轻汽车自重，提高燃油经济性，用于制造车身、悬挂系统等零部件。
3. 建筑领域：复合材料具有良好的防火性能和抗震性能，用于制造高层建筑、桥梁等结构件。
复合材料概论
σy －复合材料屈服强度；Gm －基体的切变模量； b － 为柏氏矢量； d － 颗粒直径；C － 常数
VP － 颗粒体积分数； Gp －颗粒的切变模量。
2、 弥散增强复合材料增强机制 基体是承受外来载荷的主要相；颗粒起着
阻碍基体位错运动的作用，从而降低了位错的流 动性。另外，复合材料中的裂纹的扩展在颗粒 前受阻，发生应力钝化或扩展路径发生偏转， 同样可以消耗较多的断裂能，提高材料的强度。
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 种广泛应用的较现代化复合材料。
TiB2纤维表面涂层SiCF / Ti复合材料界面SEM（黄线为连续线扫描）
3、界面残余应力及其表征 （1）界面残余应力
复合材料成型后，由于基体的固化或凝固发生 体积收缩或膨胀（通常为收缩），而增强体则体积 相对稳定使界面产生内应力，同时又因增强体与基 体之间存在热膨胀系数的差异，在不同环境温度下 界面产生热应力。这两种应力的加和总称为界面残 余应力。
三、复合材料的界面理论
1、界面润湿理论 界面润湿理论是基于液态树脂对纤维表面的浸润
亲和，即物理和化学吸附作用。 浸润不良会在界面上产生空隙，导致界面缺陷和
应力集中，使界面强度下降。良好的或完全浸润可使 界面强度大大提高，甚至优于基体本身的内聚强度。
根据力的合成 ： L cos = S - SL 粘合功可表示为：WA = S + L - SL= L（1+ cos ） 粘合功WA最大时： cos =1，即 = 0，
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船 体
产生协同效应，使复合材料的综 合性能优于原组成材料而满足各
碳纤维密度：1.7g/cm3 拉伸强度：3～5GPa 拉伸模量：200～700GPa
种不同的要求。
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芳纶密度：1.4g／cm3 拉伸模量：120～150G14Pa
复合材料是多相材料，主要包括基体相和增强相。
基体相：一种连续相，它把改善
新材料技术是工业革 命和产业发展的先导
490C 不同类型的飞行器蒙皮温度 93.30C
4270C
10930C
东方快车号
16490C
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538
1093 1649
温度（0C）
10
+595 +390 +175
导弹射程
金属
Km 玻璃纤维 KavlarC/C复合材料
火箭壳体材料与导弹射程
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有5%；
• 06年面世超大型飞机
A380，复合材料的比重
已达23%；
• 2019年A350超宽客机，
其高性能轻质结构将达
62%，成为空客公司第
一架全复合材料机翼飞机。
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飞机的机身前舱部分可整
体使用复合材料成型
8
1700 1500
陶瓷复合材料 碳-碳
隔热涂层
新材料技术是工业革 命和产业发展的先导
飞机用材料的发展
1903 年12月17日莱特 兄弟的第一架飞木材、 布和钢
1910～1925年开始用钢管代替 木材作机身骨架，用铝作蒙皮
40-50年代末全金属结构飞机
60年代出现3倍音速的SR-71全钛高 空高速侦察机和不锈钢占机体结构重 量 69％的XB-70轰炸机。
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70年代后以铝、钛、钢硼或碳纤维增强的复合材料。已 成为飞机的基本结构材料。A38025%重量的部件由CFRP 复合材料制造，其中22%为碳纤维增强塑料(CFRP), 3% 为铝合金和玻璃纤维超混杂复合材料层状结构的LARE纤 维－金属板。部件包括：减速板、垂直和水平稳定器、 方向舵、升降舵、副翼、襟翼扰流板、起落架舱门6等
（2）强调基体材料时以基体为主： 例：树脂基复合材料，金属基复合材料
（3）强调增强材料时则以增强材料为主： 如玻璃纤维增强复合材料 碳纤维增强复合材料等
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三、复合材料分类
（1）基体材料类型
聚合物基复合材料 金属基复合材料(石墨纤维增强镁 )
无机非金属基复合材料
（2）增强纤维类型
性能的增强相材料固结成一体，
并起传递应力的作用。
SiC颗粒
增强相起承受应力（结构复合材
增 强
料）和显示功能(功能复合材料)
相 三
种
的作用。
类
Al2O3片
型
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纤维增强高分子复合材料
Al2O3纤维
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二、复合材料的命名
（1）基体与增强材料并用： 增强材料/基体材料 “复合材料” 如：碳纤维环氧树脂复合材料
A380，每位乘客的百公里能耗不到3升，比竞争
机型的能耗低12%；
空中巴士公司的A350超宽客机，复合材料结构将
达62%，A350的百公里能耗预计只有2.5升/人，
几乎可以跟现在的小汽车媲美。
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大飞机制造材料：
北京航空材料研究院益小苏
• 70年代空客A300，复合
材料占整架飞机的比重只
网球拍材料发展
70年代，金属球拍
60年，木质球拍
今 日 ， 复 合 材 料
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如碳、玻璃、克维拉、
高张力碳纤维，钛，超刚性 碳纤维等材料单独使用或混 合使用。、复合材料与木或 铝比起来更轻，更硬，更耐 用也更能吸收震荡与振动。 同时也让制造厂商在球拍的 硬度，球感，击球性能的设 计上有更大的伸展空间。5
• 但由于单一材料自身的成分、结构形成的界
面特征，目前并不是所有单一材料都能复合
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3
10 68
新材料技术是工业革 命和产业发展的先导
芳香族酰胺纤维 碳纤维
强度/密度（ln×10 ）
6
4
复合材料
2
木材
钢
石料 青铜 铸铁
铝
0
1600
1700
1800
1900
2000
年份
材料强度密度比在不同年代里的进展(由图中可以看 出,现代先进材料的强度已比原始材料提高了约50倍)
玻璃纤维复合材料 碳纤维复合材料
有机纤维复合材料
硼纤维复合材料 混杂纤维复合材料
粒子复合材料
（3）增强物外形
纤维复合材料
层状复合材料
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（4）材料作用
结构复合材料
金属基复合材料 陶瓷基复合材料 聚合物基复合材料 水泥基复合材料
功能复合材料
导电导磁复合材料 阻尼吸声复合材料 屏蔽功能复合材料
4.4金属基复合材料 4.5陶瓷基复合材料 4.6聚合物基复合材料
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一、什么是复合材料？
4.1 概述
复合材料(omposite materials)是
由两种或两种以上化学性质或组
织结构不同的材料组合而成的材
料。
以一种材料为基体(Matrix)，
复 合
另一种材料为增强体
材 料
(reinforcement)组合而成的材料。 各种材料在性能上互相取长补短，
摩擦磨损复合材料
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四、复合材料的发展历史
材料的表面温度(℃)
1300
1100 普通铸件
900 1950 1960
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纤维增强超级合金 弥散强化超级合金 共晶合金 单晶合金 定向凝固超级合金
1970 1980 1990 2000 2019
在发动机上应用的年份
叶片材料的发展历程
2020
9
30年代教练机 二次大战战斗机Leabharlann 80年代截击机 航天飞机11
铸铁井盖
纤维聚合物井盖
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纤维混凝土井盖
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讲授内容：
4.1 概述 一、什么是复合材料 二、复合材料的命名 三、复合材料的分类 四、复合材料的发展历史 五、复合材料的发展趋势
4.3增强材料 一、玻璃纤维 二、碳纤维 三、硼纤维 四、碳化硅纤维 五、芳纶纤维 六、晶 须
4.2 复合材料的增强机制 一、粒子增强型复合材料增强机制 二、纤维增强复合材料的增强机制 三、复合材料的界面 四、复合材料的基本性能
材料学导论
复合材料
李珍
材料科学与化学工程学院
2009-3-18
10.09.2019
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材料为什么复合？
金属材料
高 分 子 材 料
无机非金属材料
局限性: 成分 结构 性能
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2
问题解决思路：
• 复合——克服单一材料缺点，发挥复合后共
同的优点
• 复合的方式——研究新材料的捷径
使材料有了很强的可设计性