复合材料测试方法(全套课件439P)
合集下载
复合材料测试方法第四章
复合材料测试方法
第四章
一般来说，在入射光子的能量为一定的条件下，同 一原子中半径越小的壳层，其光电效应截面σ 越大；电 子结合能与入射光子能量越接近，光电效应截面σ 越大。 对不同原子同一壳层的电子，原子序数越大，光电效应 截面σ 越大。光电效应截面σ 越大，说明该能级上的电 子越容易被光激发，与同原子其他壳层上的电子相比， 它的光电子峰的强度就较大。 影响光电效应截面σ 的因素很多，也很复杂，各元 素各能级的光电截面现在已经计算，见附表。
复合材料测试方法
第四章
5.பைடு நூலகம்
化学位移 表中所给19l的电子结合能是指单个原子时的数据， 但在实际测定中，往往发现得到的结合能谱峰值与上述 数据有一定的偏差，即：谱线有一定的位移，该位移称 之为结合能的位移。其原因是原子的一个内壳层电子的 Eb同时受核内电荷与核外电荷分布的影响，当这些电荷 分布发生变化时，就会引起战的变化。同种原子由于所 处不同的化学环境，引起内壳层电子结合能变化， 在谱图上表现为谱线的位移，这 种现象称为化学位移，它实质就 是结合能受化学环境影响的变化 值。硫S2p谱线，尽管是同一种 元素，但由于所处化学环境不同， 因此结合能有位移。
复合材料测试方法
第四章
C1s出现1个峰， W4f、Ag3d、Ti2p各出现2个峰，分别是Ti2p3/2 、 Ti2p1/2； W4f7/2 、W4f5/2和Ag3d5/2 、Ag3d3/2。
W4f、Ag3d、Ti2p和C1s的XPS谱图
复合材料测试方法
第四章
3.
电子结合能 一个自由原子或离子的电子结合能，等于将此电 子从所在的能级转移到无限远处所需要的能量。对于气 体样品，在产生光电子的过程中，X射线的能量将转变 为电子的动能Ek和电子结合能Eb。 Eb＝hν -Ek 对固体样品，电子结合能可定义为把电子从所在能 级转移到费米(Fermi)能级所需要的能量。 所谓费米能级，相当于0K时固体能带中充满电子的 最高能级。固体样品中电子由费米能级跃迁到自由电子 能级所需要的能量称为逸出功。这样入射光子的能量hν 被分成了三部分：(1)电子结合能Eb；(2)克服功函数所 需能量，数值上等于逸出功Ws；(3)自由电子所具有的 动能Ek。 hν ＝Eb+Ek+Ws
2024年复合材料课件
复合材料课件一、引言二、复合材料的基本概念2.复合材料的组成：复合材料通常由基体和增强体两部分组成。
基体是复合材料中占主导地位的连续相，起支撑和连接作用；增强体是分散在基体中的第二相，起增强作用。
3.复合材料的分类：根据基体和增强体的不同，复合材料可分为聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料和碳基复合材料等。
三、复合材料的性能特点1.力学性能：复合材料具有较高的强度、刚度和韧性，可承受较大的载荷。
同时，复合材料具有良好的疲劳性能和抗冲击性能。
2.耐热性能：复合材料的热稳定性较好，可在较高温度下使用。
复合材料的热膨胀系数较低，具有较好的尺寸稳定性。
3.耐腐蚀性能：复合材料具有良好的耐腐蚀性能，可抵抗酸、碱、盐等介质的侵蚀。
4.导电性能：复合材料具有良好的导电性能，可应用于导电结构件、抗静电材料等领域。
5.磁性能：复合材料具有良好的磁性能，可应用于电机、变压器等设备中的磁性结构件。
6.耐磨性能：复合材料具有良好的耐磨性能，可应用于摩擦磨损部件。
四、复合材料的应用领域1.航空航天领域：复合材料具有轻质、高强、耐腐蚀等特点，广泛应用于飞机、卫星、火箭等航空航天器。
2.汽车领域：复合材料可应用于汽车零部件、车身、内饰等，减轻汽车重量，提高燃油经济性。
3.建筑领域：复合材料具有良好的耐腐蚀性能和装饰效果，可应用于建筑物的外墙、屋顶、门窗等。
4.能源领域：复合材料可应用于风力发电叶片、太阳能电池板等可再生能源设备。
5.生物医学领域：复合材料具有良好的生物相容性和力学性能，可应用于人工关节、牙科修复等。
6.电子领域：复合材料具有良好的导电性能和热稳定性，可应用于电子元器件的封装、散热等领域。
五、结论复合材料作为一种具有特殊性能的新型材料，已经在众多领域取得了显著的应用成果。
随着材料科学的不断发展，复合材料的性能和应用领域将进一步拓展。
本课件旨在帮助读者了解复合材料的基本概念、分类、性能特点及应用领域，为复合材料的研究和应用提供一定的理论基础。
复合材料测试方法第一章PPT
6
复合材料测试方法
第一章
就在劳厄的假定得到验证的同时，英国物理学家布拉
格(Bragg)父子从反射的观点出发，提出了X射线照射在晶
体中一系列相互平行的原子面上将会发生反射的设想。
他们认为，只有当相邻两晶面的反射线因叠加而加强
时才有反射；如果叠加相消，便不能发生反射，即反射是
有选择性的。布拉格父子根据这一想法进行了数学演算，
导出了著名公式： 2dsinθ＝nλ
这个公式就是著名的布拉格定律。这为X射线衍射分
析奠定了理论基础。
1913年布拉格根据这一原理，制作出了X射线分光计，
并使用该装置确定了巴克拉提出的某些标识X射线谱的波
长，首次利用X射线衍射的方法测定了NaCl的晶体结构，
从此开始了X射线晶体结构分析的历史。
7
复合材料测试方法
从原则上讲，对同一个辐射过程所具有的特性，既
可以用时间和空间展开的数学形式来描述，也可以用在 统计上确定的时间和位置出现的粒子来描述。因此，必 须同时接受波动和微粒两种模型。强调其中的哪一种模 型来描述所发生的现象要看具体的情况而定。但是，由 于X射线的波长较短，它的粒子性表现得比较突出。
E＝h ·ν =h·c／λ P＝h／λ ＝h·ν／c 式中： h为普朗克常数，等于6.626×10-34J·s c为光在真空中的传播速度，等于2.998×1010cm/s
10
复合材料测试方法
第一章
波粒二象性是X射线的客观属性。但是，在一定条 件下，可能只有某一方面的属性表现得比较明显，而当 条件改变时，可能使另一方面的属性表现得比较明显。 例如，X射线在传播过程中发生的干涉、衍射现象就突 出地表现出它的波动特性，而在和物质相互作用交换能 量时，就突出地表现出它的微粒特性。
复合材料力学性能测试技术
试样尺寸为：200mm×15mm×10mm
跨厚比
一般取16±1。对很厚的试样，为避免层间剪切破 坏，可取大于16。对很薄的试样，为使其载荷落 在试验机许可的范围内，可取小于16。为了尽量 减少剪切应力的影响，必须取足够大的跨厚比。 试验方法规定l/h>10.
加 载 上 压 头 圆 柱 面 半 径 为 5±0.1mm, 支 座 圆 角半径r=2±0.2mm(h>3mm时)和r=0.5±0.2mm (h≤3mm 时 ) 。 若 试 样 出 现 明 显 压 痕 ， r 应 改 为 2mm。如图所示。
按试样尺寸加工好试样之后，对试样进行编号，测量 试样工作段任意三处的宽和厚，取算术平均值。夹持 试样使其中心线与上下夹具的中心线对准，然后对其 施加均匀连续的拉伸载荷直至试样破坏。加载速度为 10mm/min。
对于I型试样，若试样破坏在明显内部缺陷处，夹具内 或圆弧处应予作废。
6.2压缩
玻璃纤维增强塑料压缩试验是基于在规定条件 下对标准试样两端施加压缩载荷，直至破坏或 达到最大载荷时，求得压缩性能参数的一种实 验方法。
我们通常采用摆锤式冲击试验来评价材料的冲击强 度，其包括简支梁型和悬臂梁型，这两种方法试样 破坏所需的能量实际上无法准确测定，试验所测得 除了产生裂缝所需的能量及使裂缝扩展到整个试样 所需的能量外，还包括使材料产生永久变形的能量 和把断裂的试样碎片抛出去的能量，因此测出的并 不是材料的真实强度，但由于该法简单方便，各国 广泛采用。
如有明显内部缺陷或破坏处不在缺口的试样应予作废。
ak＝Ａ／bh
ak… 冲击韧性
b… 试样宽
h… 缺口下的厚度 A… 冲断试样所消耗的功
6.6硬度 复合材料硬度试验方法有些是根据金属硬度测试 方法材体发压料入展硬的而度性来是能的表,，示是如材材布料料氏抵软、抗硬洛其程氏它度硬较有度硬条。物件它是将一 定直性径的定的量钢反球映，。在一定载荷作用下压入材料表面， 测试试样表面的压痕直径，即可计算材料的硬度；
复合材料测试方法第三章
实验步骤
压缩测试通常采用圆柱形或方形试样，通过夹具对试 样施加压缩载荷，记录试样的变形和压缩过程，并根 据相关公式计算力学性能参数。
弯曲测试
总结词
详细描述
测试原理
实验步骤
弯曲测试是评估复合材料在弯 曲载荷下性能的重要手段。
通过弯曲测试，可以获得复合 材料的弯曲强度、弹性模量等 力学性能参数，从而评估其在 承受弯曲载荷时的行为和性能 。
将复合材料试样放置在自然环境中，经过一定时 间后观察其性能变化。
热老化试验
将复合材料试样加热至一定温度，模拟材料在高 温环境下的老化过程。
紫外线老化试验
将复合材料试样暴露在紫外线下，模拟材料在阳 光下的老化过程。
耐疲劳性测试
循环疲劳试验
通过反复加载和卸载复合 材料试样，模拟其在交变 应力作用下的疲劳性能。
实验步骤
制备试样、安装夹具、施加拉伸载荷、记录变形和断裂过 程、数据处理和性能评估。
压缩测试
压缩测试是评估复合材料在压缩载荷下性能的重要手 段。
输入 标题
详细描述
通过压缩测试，可以获得复合材料的弹性模量、抗压 强度等力学性能参数，从而评估其在承受压缩载荷时 的行为和性能。
总结词
测试原理
制备试样、安装夹具、施加压缩载荷、记录变形和压 缩过程、数据处理和性能评估。
03
复合材料测试方法概述
力学性能测试
拉伸测试
通过拉伸试样测量复合 材料的拉伸强度、弹性 模量等力学性能参数。
压缩测试
通过压缩试样测量复合 材料的抗压强度、弹性 模量等力学性能参数。
弯曲测试
通过弯曲试样测量复合 材料的弯曲强度、挠度
等力学性能参数。
冲击测试
复合材料无损检测技术PPT课件
复材无损检测技术
2018-4-27
目录
01-02
复材常见缺陷
03-03
复材常见检测技术
04-05
X射线检测
06-07
红外热成像检测
08-10
超声波检测
一、复材常见缺陷
分层
纤维弯曲
孔隙
基体开裂、脱粘 纤维断裂、突出
冲击、撞伤损伤
1
一、复材常见缺陷
1 分层：
存储时间过长；热膨胀系数不匹配；挥发物产生 2 夹杂：
10
3
三、X射线检测
原理：利用缺陷与基体间的密度差异引起的X射线吸收率 不同来判定被测物；
优势
1. 分辨率高； 2. 检测结果直观；
局限
1. 设备复杂成本高； 2. 需安全防护； 3. 无法现场检测；
4
三、X射线检测
适用于：检测材料中的孔隙（黑影），裂纹（黑纹）， 纤维屈曲（白纹），夹杂（白点）等 缺陷；
白点
黑影
黑纹
中小型复材部件
5
四、红外热成像检测
原理：利用缺陷与基体间不同热特征引起的温度差异来 判定被测物；
优势
1. 操作方便； 2. 设备简单； 3. 可现场检测；
局限
1. 要求工件传热性好； 2. 测试深度有限； 3. 灵敏度不高；
6
四、红外热成像检测
适用于：脱粘，分层等面积性缺陷；
复材薄板与金属胶接
7
五、超声波检测
原理：利用缺陷与基体间不同特征引起的波长吸收/反射差 异来判定被测物（20KHz）；
优势
1. 操作简单； 2. 可定位缺陷位置；
局限
1. 不同的缺陷需使用 不同的探头；
2. 对人员要求高；
2018-4-27
目录
01-02
复材常见缺陷
03-03
复材常见检测技术
04-05
X射线检测
06-07
红外热成像检测
08-10
超声波检测
一、复材常见缺陷
分层
纤维弯曲
孔隙
基体开裂、脱粘 纤维断裂、突出
冲击、撞伤损伤
1
一、复材常见缺陷
1 分层：
存储时间过长；热膨胀系数不匹配；挥发物产生 2 夹杂：
10
3
三、X射线检测
原理：利用缺陷与基体间的密度差异引起的X射线吸收率 不同来判定被测物；
优势
1. 分辨率高； 2. 检测结果直观；
局限
1. 设备复杂成本高； 2. 需安全防护； 3. 无法现场检测；
4
三、X射线检测
适用于：检测材料中的孔隙（黑影），裂纹（黑纹）， 纤维屈曲（白纹），夹杂（白点）等 缺陷；
白点
黑影
黑纹
中小型复材部件
5
四、红外热成像检测
原理：利用缺陷与基体间不同热特征引起的温度差异来 判定被测物；
优势
1. 操作方便； 2. 设备简单； 3. 可现场检测；
局限
1. 要求工件传热性好； 2. 测试深度有限； 3. 灵敏度不高；
6
四、红外热成像检测
适用于：脱粘，分层等面积性缺陷；
复材薄板与金属胶接
7
五、超声波检测
原理：利用缺陷与基体间不同特征引起的波长吸收/反射差 异来判定被测物（20KHz）；
优势
1. 操作简单； 2. 可定位缺陷位置；
局限
1. 不同的缺陷需使用 不同的探头；
2. 对人员要求高；
1307650377876608575-复合材料测试方法
试验步骤
准备试样——做标距、测量尺寸； 根据试样种类选择量程； 根据试样厚度选择跨度、速度和压头； 安放试样于支座上； 开动试验机，加载并记录试验数据 在规定挠度之前断裂，记录断裂负荷或最大负荷 在规定挠度时未断裂，记录达规定挠度时的负荷 计算试验结果
f
3PL 2bd 2
DPL Ef DD 4bd 3
相关标准
GB1040-92 塑料拉伸试验 GB1043-93 塑料简支梁冲击试验 GB1843-96 塑料悬臂梁冲击试验 GB9341-2000塑料弯曲试验 ASTM D-256-05 塑料悬臂梁冲击试验
4、硬度——表征材料表面抵抗外力变形的能力
由一种较硬的材料做为压头，在一定的试验 条件下将压头压入试样中，以压痕的深度计算材 料的硬度。
利用铁磁线圈在工件中感生的涡流,分析工件内 部质量状况的无损检测方法称为涡流检测 将交流电施加在导体上，例铜线圈，在导体空间产生磁场。如 果将一个导体放入该变化的磁场中，涡流将在此导体中产生。 当导体的表面及近表面出现缺陷时，会影响涡流的强度和分布。
涡流检测仪
非常规检测方法
声发射 光全息成像 红外热成像 微波检测 机械阻抗 泄漏检测 Acoustic Emission (AE) Optical Holography Infrared Thermography Microwave Testing Mechanical Impedance Leak Testing (LT)
试验步骤
准备试样——做标距、测量尺寸； 用夹具夹持试样 选定试验量程和拉伸速度，进行试验 记录试验数据 计算试验结果
F t bd
L Lo t 100 Lo
复合材料拉伸试验PPT
p D E 2bh 2u
b 环试件宽度； h 环试件厚度； D 环的平均直径； u－载荷增加p时，两半盘间距的变化量；
－两个半盘间的初始距离一定要小（要求两面全面接触），因随着 两个半盘之间的间隙出现，试样的相应部分不仅会被拉直，而且还 会有偏转（如a型）简化改进后的卡具就考虑了这一点。 －由于试件同拉力盘不能完全接触，而且，由于摩擦的影响，以及 拉力盘分开处的试件局部变形的因素的存在，所以环的圆周应变分 布是不均匀的。
可算出：
a13 a23
z1 p2 z1 p1 p2 p1
式中：
z; ;
z 1 p2 1 z2 p1 1 p2 p1
1 00 2 45
0
'' z ,
1 1
通常选用
进行试验。
'' z
2
1
2
2
层间拉伸强度
P
P
P
P a
c
P b
试件环主要采用缠绕法和机械加工法制备
Naval Ordnance Lab.
试件的尺寸：ASTM标准规定了经机械加工的圆环的尺寸
圆环试件卡具
简化改进后的圆环试件卡具
石墨润滑剂
液压式驱动卡具
对弹性模量E的测定，有几种测量变形的方法。最简单的方法是测量两 个半盘间的间隙量（a类似）。
!
只有仔细观察、记录、分析被测试件破坏模式，才能提炼 出反映真实物理客观事实的理论模型，才能真正指导材料的设 计、和优化出完美的材料。
加载条件
－根据试验的目的有选择加载。 弹性常数的 测定： 先加载到预期静强度的10－20％，然后，降低到静强度 的5％之后再开 始加载。 破坏强度的测定： 可直接加载到破坏为止，但加载速率要恒定。若不恒定呢？
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
复合材料测试方法
绪论
材料是人类进步、物质文明的标志。它是人类赖依 生存、生活和生产的必要保证。是人类长期在生产实践 中探索、发现和发明的。是人类进步的里程牌。 从早期的新、旧石器时代、青铜器时代、铁器时代 开始，经过数干年的发展，逐渐进步到现代的金属材料、 非金属材料、有机高分子材料、复合材料、生物材料和 光电子材料等。 材料现已成为多学科交叉的一门学科。金属材料所 对应的学科为冶金学；高分子材料所对应的学科为有机 化学；而陶瓷材料所对应的学科为无机化学。 现在，人们已把材料、信息与能源誉为当代文明的 三大支柱。同时，又把新材料、信息技术和生物技术看 做是新技术革命的主要标志。世界上先进的工业国家都 把材料作为21世纪优先发展的领域。
复合材料测试方法
绪论
1.材料结构与材料性能的关系
现代材料科学的发展在很大程度上依赖对材料性能 和其他成分结构及微观组织关系的理解。 对材料性能、结构的测试，是宏观和微观两个层次的 分析测试。 宏观上测试材料的各种性能；微观上表征材料的结 构、成分、和组织形貌。这两个方面构成了材料的检测 评价技术。在材料的发展过程中可以清楚地看到测试评 价新技术所起的重要作用。
复合材料测试方法
绪论
材料的固 有性质有数百 种之多，基本 上可以归结为 三类：化学性 质、物理件质 和力学性质。 材料的固 有性质大都取 决于物质的电 子结构、原子 结构和化学键 结构。
复合材料测试方法
绪论
曾有人提出材料研究 的四大要素：①材料的固 有性质；②材料结构与成 分；③材料的使用性能； ④材料的制备与合成、加 工技术。
复合材料测试方法
绪论
2．1
化学成分分析 材料的化学成分分析除了传统的化学分析技术外， 还包括质谱、气、液相色谱和核磁共振等。这些方法已成 为常规的分析手段。如质谱是鉴定未知有机化合物的基本 手段之一，其重要贡献是能够提供该化合物的分子量和元 素组成的信息。色谱中特别是裂解气相色谱(PGC)能较好 显示高分子类材料的组成特征。红外光谱在高分子材料的 表征上有着特殊重要地位，不仅方法简单，而且由于积累 了大量的已知化合物的红外谱图及各种基团的持征频率等 数据资料而使测试结果的解析更为方便。核磁共振谱虽然 经常是作为红外光谱的补充，但其对聚合物的构型及构象 的分析，对于立构异构体的鉴定，对于共聚物的组成定性、 定量及序列结构测定有着独特的长处。许多信息是其他方 法难以提供的。
复合材料测试方法
绪论
材料的无机成分分析除化学分析外，还包括等离子 质谱分析、原子光谱分析、X 射线荧光光谱、电子探针 等。这些成分分析方法中有一些已经有很长的历史，并 已成为普及的常规的分析手段。如原子光谱分析、 X 射 线荧光光谱、等离子质谱分析已是鉴定材料无机组成的 基本手段。 需要特别提及的是，近年来由于对材料的表面优化 处理技术的发展，对确定表面层结构与成分的测试需求 迫切。一种以X射线光电子能谱、俄歇电子能谱为代表的 分析系统的使用日益重要。其中X射线光电子能谱可以无 标样直接确定元素及元素含量。
复合材料测试方法
吉林大学表征及应用 化学工业出版社 吴刚 主编 2002年
参考书
1. 材料近代分析测试方法 常铁军 主编 哈尔滨工业大学出版社 1999年 2. 无机非金属材料测试方法 杨南如主编 武汉工业大学出版社 1990年
复合材料测试方法
课程简介
一、课程简介
认为要解决材料科学 问题，这4个方面缺一不 可。把上述组成与结构、 合成与生产过程、性质和 使用效能称为材料科学与 工程的四个要素。构成一 个四面体。
复合材料测试方法
绪论
2.材料结构表征的基本方法
材料的结构按尺寸分为两个不同层次。最基本的 是原子—电子层次(以0.1nm为尺度)；其次是以大量原 子、电子运动为基础的微观结构(大约为lµm为尺度)。 材料的成分即其组成原子种类和数量(包括微量杂 质) 。 材料结构的表征方法相当多，而且新的表征方法 在不断出现。这里只介绍经常遇到的基本方法。而这 些表征方法对于材料工作者来说是必须要掌握的。 材料结构的表征就其任务来说主要有三个，即成 分分析、结构测定和形貌观察。
《复合材料测试方法》是应用化学专业 的主干专业限选课，是重要的实验技 术课。本课程在材料研究领域中起着 不同寻常的作用，将材料“组成—结 构—性能”有机地联系在一起，从而 实现本专业本科学生在掌握材料检测 技术上的培养的目标。
复合材料测试方法
课程简介
二、教学基本要求
1. 掌握各种测试技术（主要指X射线衍射技术、电子显 微分析技术和热分析技术）的基本原理与各种研究 方法与测试技术的应用范围及优缺点； 2. 对正在发展完善之中的新测试技术在相应的章节里 作简略介绍，使学生对这些现代测试技术有所了解， 提高阅读科技文献的能力； 3. 通过实验课的训练，以培养学生的严谨科学作风和 态度，使他们加深理解基本原理、熟悉仪器设备的 构造与性能，对电子显微分析照片、X射线衍射图谱 和热分析曲线等有分析处理与进行物相鉴定的能力， 为今后的毕业课题研究工作打下坚实的基础。
复合材料测试方法
绪论
2．2 结构测定 材料结构的测定仍以衍射方法为主。衍射方法主要 有X 射线衍射、电于衍射、中子衍射、穆斯堡谱等。 应用最多最普遍的是X 射线衍射，这一技术包括德 拜粉末照相分析、背反射和透射劳厄照相，测定单晶结 构等。 X射线的衍射强度是晶胞参数、衍射角和样品取向度 的函数。衍射图用以确定样品的相态和测量结构性质。X 射线衍射也能确定材料和多层膜的成分深度分布、膜的 厚度和原子排列。 由于电子与物质的相互作用比X射线强四个数量级， 而且电子束可以汇聚得很小，所以电子衍射特别适用于 测定细微晶体或材料的亚微米尺度结构。
复合材料测试方法
目
录
绪 论 第1章 X射线衍射分析 第一节 X射线的产生及性质 第二节 X射线与物质的作用 第三节 X射线衍射原理 第四节 X射线衍射分析方法 第五节 X射线衍射分析的应用 第2章 热分析 第一节 热分析概述 第二节 差热分析 第三节 示差扫描量热法
复合材料测试方法
目
录
第四节 热重分析 第五节 热分析的应用 第3章 电子显微分析 第一节 电子与物质的相互作用 第二节 透射电子显微分析 第三节 电子衍射 第四节 扫描电子显微分析 第4章 X射线光电子能谱分析 第一节 X射线光电子能谱分析的基本原理 第二节 X射线光电子能谱仪 第三节 X射线光电子能谱的应用