第四章 41 复合材料的基本概念和性能---新汇总
简述复合材料的概念
简述复合材料的概念
一、啥是复合材料
嘿，同学们！咱们来聊聊复合材料这个有趣的东西。
复合材料呀，可不是一种单一的材料，它就像是一个“超级组合”。
比如说，咱们常见的钢筋混凝土，这就是一种复合材料。
钢筋负责承受拉力，混凝土负责承受压力，它们俩一结合，就变得超级强大。
简单来说，复合材料就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合在一起形成的一种新型材料。
二、复合材料的特点
复合材料有好多让人惊喜的特点呢！
它的性能超级棒。
不同的材料组合在一起，可以取长补短，发挥出各自的优势，让复合材料的性能比单一材料强好多。
它能根据咱们的需求来定制。
就像咱们去买衣服，可以选自己喜欢的颜色、款式和面料一样，复合材料也能按照我们想要的性能和用途来设计和制造。
再者，它很轻哦，这对于一些需要减轻重量的领域，比如航空航天，那可太重要啦。
三、复合材料的应用
复合材料在好多领域都大显身手呢！
在航空航天领域，飞机的机身、机翼很多都是用复合材料制造的，让飞机更轻、飞得更快更远。
在汽车工业中，复合材料可以让汽车更省油、更安全。
还有体育用品，像一些高性能的自行车、球拍，也都用到了复合材料。
复合材料真是个了不起的家伙，给我们的生活带来了好多便利和惊喜！同学们，你们是不是也对它充满了好奇和期待呢？。
复合材料的力学性能与应用
复合材料的力学性能与应用复合材料是由两种或以上不同种类的材料组成的材料，它具有优异的力学性能和应用前景。
由于其具有轻重比低、高强高刚性等特点，复合材料广泛用于工程结构、航空航天、运动装备、汽车制造等领域。
本文将从复合材料的基本概念入手，探讨其力学性能和应用。
一、复合材料的基本概念复合材料是由两种或以上不同种类的材料在力学基底上结合形成新材料，其强度和韧性优于单一材料。
因此，复合材料可以做到轻量化、高强化设计，体积比常规材料更小，但在负载作用下性能却更加优异。
复合材料的组成材料主要包括纤维材料和基体材料。
纤维材料可以是碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等，而基体材料可以是树脂、金属或陶瓷。
通常，长纤维材料在成型时各向异性的耐力和刚度非常好，而短纤维材料则能增加韧性和强度。
因此，选择不同的组合形式可以得到不同的力学性能和应用效果。
二、复合材料的力学性能从复合材料的力学性能入手，我们可以看到复合材料的优势和多样性。
1.强度在复合材料中，纤维材料的强度是起主导作用的，强度的大小与纤维的质量、方向有关。
通常，碳纤维等高性能纤维材料的强度比金属材料高出3~7倍，强度比玻璃材料高出10倍以上。
2.韧性与传统金属材料相比，复合材料具有更好的韧性。
在纤维材料的吸能过程中，纤维内部会发生韧性破裂，使其能够更多地吸收冲击能量。
同时，采用复合材料结构能够在一定程度上改善传统结构的弯曲、扭转和振动等方面的性能。
3.阻尼性复合材料具有低阻尼性，这意味着其结构的应变能迅速转换成机械能。
这种性能适用于需要快速响应的设备和结构。
4.耐腐蚀性许多复合材料都有很好的耐腐蚀性，这是由于它们的基体材料通常是树脂等材料。
因而，该种材料适用于需要良好耐腐蚀能力的结构件和设备。
5.温度稳定性有些复合材料可以在极具挑战性的高温条件下使用。
例如，一些碳纤维材料的熔点超过了2000°C，这使得它们可以在火箭发动机推力器等极端高温环境下使用。
三、复合材料的应用1.航空航天领域由于复合材料的轻量化和高强化的特点，它们在航空航天领域得到广泛应用。
复合材料ppt
疲劳性能与寿命预测
疲劳性能
复合材料的疲劳性能是指它们在周期性载荷下的抗断裂能力 。通过优化材料组合和结构设计，可以显著提高复合材料的 疲劳性能。例如，使用高强度纤维和优化基体树脂可以显著 提高复合材料的疲劳性能。
寿命预测
通过实验测试和分析，可以预测复合材料的使用寿命。这些 测试包括疲劳测试、环境因素测试和物理测试等。通过这些 测试和分析，可以评估复合材料在不同条件下的使用寿命， 并提供设计建议以延长其使用寿命。
复合材料ppt
2023-10-30
目录
• 复合材料概述 • 复合材料的力学性能 • 复合材料的热学性能 • 复合材料的应用领域 • 复合材料的未来发展趋势 • 复合材料的相关研究与文献综述
01
复合材料概述
定义与分类
复合材料定义
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合成的新型材料 。
复合材料分类
根据组合成分的性质和比例，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。
复合材料的性能特点
性能可设计性
可以根据使用要求设计复合材料的性能，如强度、刚度、耐腐 蚀性等。
性能优势
可以发挥不同材料的优点，实现单一材料无法达到的性能。
性能可调整性
可以通过调整各组分材料的比例和制备工艺来调整复合材料的 性能。
连接器
复合材料也被用于制造连接器，如USB连接器等。
电池外壳
复合材料还可以用于制造电池的外壳，如锂离子电池的外壳等。
05
复合材料的未来发展趋势
高性能复合材料的研发
01
研发具有更高强度、韧性和耐 高温性能的高性能复合材料， 以满足现代工程和工业制造的 需求。
02
复合材料性能
复合材料性能复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的新材料，具有优异的性能和广泛的应用领域。
复合材料的性能是其在工程领域中得以广泛应用的重要原因之一。
本文将就复合材料的性能进行详细介绍。
首先，复合材料具有优异的强度和刚度。
由于复合材料是由多种材料组合而成，其各种材料的性能可以得到有效的组合和补充。
因此，复合材料通常具有比单一材料更高的强度和刚度，能够承受更大的载荷和变形。
其次，复合材料具有优异的耐腐蚀性能。
由于复合材料中通常包含有机基体和无机增强体，因此其耐腐蚀性能往往比金属材料更好。
在恶劣的环境条件下，复合材料能够保持良好的性能，延长使用寿命。
另外，复合材料具有优异的疲劳性能。
复合材料中的增强体能够有效地阻止裂纹的扩展，提高了材料的疲劳寿命。
因此，在交变载荷下，复合材料能够保持较高的强度和刚度，不易发生疲劳破坏。
此外，复合材料还具有优异的设计自由度和成型性能。
复合材料可以通过不同的工艺方法进行成型，可以制成各种复杂的结构，满足不同工程应用的需求。
同时，复合材料还可以根据实际需要进行设计，满足不同工程结构的要求。
最后，复合材料还具有优异的导热性能和电绝缘性能。
由于复合材料中通常包含有机基体和无机增强体，其导热性能和电绝缘性能往往比金属材料更好。
因此，在一些特殊的工程应用中，复合材料能够发挥其独特的优势。
综上所述，复合材料具有优异的强度和刚度、耐腐蚀性能、疲劳性能、设计自由度和成型性能、导热性能和电绝缘性能。
这些优异的性能使得复合材料在航空航天、汽车制造、建筑工程、体育器材等领域得到了广泛的应用，并且在未来的发展中将会有更加广阔的应用前景。
复合材料概述PPT课件
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2、高温力学性能 室温下，复合材料的抗弯强度比基体材料高约10倍，弹性模
量提高约2倍。复合材料的抗弯强度至700℃保持不变，然 后强度随温度升高而急剧增加；但弹性模量却随着温度升 高从室温的137GPa降到850℃的80 GPa。这一变化显然与 材料中残余玻璃相随温度升高的变化相关。
其中一个组分是细丝（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。增强相或 增强体在复合材料中呈分散形式，被基体相隔离包围，因此 也称作分散相；复合材料中的另一个组分是包围增强相并相 对较软和韧的贯连材料，称为基体相。
1、室温力学性能
对陶瓷基复合材料来说，陶瓷基体的失效应变低于纤维的 失效应变，因此最初的失效往往是基体中晶体缺陷引起 的开裂。 材料的拉伸失效有两种：
第一：突然失效。如纤维强度较低，界面结合强度高，基 体较裂纹穿过纤维扩展，导致突然失效。
第二：如果纤维较强，界面结合较弱，基体裂纹沿着纤维 扩展。纤维失效前纤维/基体界面在基体的裂纹尖端和尾 部脱粘。
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复合材料是由多相材料复合而成，共同特点主要有三个：
(１)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。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。
陶瓷基复合材料具有优异的耐高温性能，主要用作高温及耐磨 制品。其最高使用温度主要取决于基体特征。陶瓷基复合材料 已实用化或即将实用化的领域有刀具、滑动构件、发动机制件 、能源构件等。法国已将长纤维增强碳化硅复合材料应用于制 造高速列车的制动件，显示出优异的摩擦磨损特性，取得满意 的使用效果。
复合材料性能
复合材料性能
复合材料是指由两种或两种以上的材料按照一定方式组合而成的一种新型材料。
相比于传统材料，复合材料具有许多优越的性能。
首先，复合材料具有优异的强度和刚度。
由于复合材料采用了多种材料的组合，它可以充分利用各个材料的优势，使整体具有更高的强度和刚度。
例如，碳纤维增强复合材料是一种具有高强度和高刚度的复合材料，被广泛应用于航空航天等领域。
其次，复合材料具有较低的密度。
由于复合材料采用了轻质材料，如聚合物基体和玻璃纤维增强材料，它的密度相比于传统材料更低。
这使得复合材料具有更轻的重量，适合用于需要减轻重量的应用，如汽车和飞机制造领域。
此外，复合材料具有良好的耐腐蚀性能。
由于复合材料采用了具有良好耐腐蚀性的材料，例如聚合物基体和陶瓷增强材料，它具有较强的抗腐蚀能力。
这使得复合材料在恶劣环境下具有更长的使用寿命，并可以替代一些不耐腐蚀的传统材料。
另外，复合材料具有良好的设计和可塑性。
由于复合材料可以通过改变组合材料的类型、比例和排列方式来调节其性能，其具有较强的设计灵活性。
同时，复合材料还可以通过热塑性方法进行加工和成型，使其形状更加多样化和符合设计要求。
最后，复合材料具有良好的热和电绝缘性能。
由于复合材料主要由绝缘材料组成，如聚合物基体和陶瓷增强材料，其在高温
和高电压环境下具有良好的绝缘能力。
这使得复合材料在电子和电力行业有广泛的应用。
综上所述，复合材料具有优异的强度、刚度、低密度、耐腐蚀性能、设计可塑性以及热和电绝缘性能等特点。
这些性能使得复合材料在各个领域都有广泛的应用前景，并为现代工程技术的发展做出了重要贡献。
复合材料基本概念
复合材料基本概念
复合材料是由两种或两种以上的成分组成的材料。
它们的成分可以是不同的材料，如金属和非金属，或者是相同的材料，但其结构或形式不同，如纤维增强树脂。
复合材料的基本概念包括以下几点：
1. 基体材料：复合材料中占主导地位的成分，决定了材料的整体性能。
例如，金属基质、陶瓷基质或聚合物基质等。
2. 增强材料：用来增加复合材料强度和刚度的成分。
常见的增强材料包括纤维、颗粒、片材等。
增强材料可以是连续的（如纤维增强材料）或离散的（如颗粒增强材料）。
3. 界面：基体材料和增强材料之间的接触面或过渡层。
界面的质量和结构对于复合材料的性能起着重要的影响。
4. 成份比例：复合材料中各成分的比例会直接影响到材料的性能。
调整增强材料和基体材料的比例可以改变复合材料的硬度、强度、刚度等性能。
5. 加工方法：复合材料的加工方法与成分有关，例如纤维增强材料可以通过布层和浸渍进行成型，而颗粒增强材料可以通过混合、压制等方法进行加工。
复合材料的基本概念可以帮助我们理解和设计复合材料的性能和制备方法。
复合材料在航空航天、汽车、建筑、电子等领域具有广泛的应用。
复合材料概念
1 总论1）复合材料概念、命名、分类及其基本性能。
概念：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。
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”。
基本性能：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。
可按对材料性能的需要进行材料的设计和制备。
可制成所需的任意形状的产品。
性能的可设计性是复合材料的最大特点。
2）聚合物基复合材料的主要性能比强度、比模量大；耐疲劳性能好；减震性好；过载时安全性好；具有多种功能性；有很好的加工工艺性。
3）金属基复合材料的主要性能高比强度、高比模量；导热、导电性能好；热膨胀系数小、尺寸稳定性好；良好的高温性能；耐磨性好；良好的疲劳性能和断裂韧性；不吸潮、不老化、气密性好。
4）陶瓷基复合材料的主要性能强度高、硬度大、耐高温、抗氧化，高温下抗磨损性好、耐化学腐蚀性优良，热膨胀系数和相对密度较小5）复合材料的三个结构层次一次结构：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份材料的力学性能、相几何和界面区的性能。
二次结构：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：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）复合材料设计的三个层次单层材料设计：包括正确选择增强材料、基体材料及其配比，该层次决定单层板的性能。
铺层设计：包括对铺层材料的铺层方案做出合理安排，该层次决定层合板的性能。
结构设计：确定产品结构的形状和尺寸。
2 基体材料1）金属基体材料选择基体的原则、金属基结构复合材料的基体、金属基功能复合材料的基体原则：金属基复合材料的使用要求；金属基复合材料组成特点；集体金属与增强物的相容性。
结构复合材料的基体可大致分为轻金属基体和耐热合金基体两大类。
金属基功能复合材料的基体是纯铝及铝合金、纯铜及铜合金、银、铅、锌等。
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(2) 耐疲劳性好 大多数金属材料的疲劳极限是其抗拉强度的 40－ 50 ％，而碳纤维增强的复合材料可达70－80％。
(3) 减震性好
机器结构的自振频率与材料的比模量的平方成正比。 复合材料的比模量高，结构的自振频率高，避免与环境 产生共振。 (4) 破损安全性好
复合材料中每平方厘米截面上有几千－几万根增强 纤维，当其中一部分纤维断裂时，应力会重新分布到 未破坏的纤维上，致使零件不会造成突然断裂。
(5) 具有多种功能性
聚合物基复合材料可以制成具有较高比热、熔融热 和汽化热材料，以吸收高温烧蚀时的大量热能；有良好 的摩擦性能，包括良好的摩阻特性及减摩特性；高度的 电绝缘性能；优良的耐腐蚀性能；有特殊的光学、电学 和磁学特性。
(6) 具有很好的加工工艺性
但复合材料还有一些缺点，如耐高温性能，耐老 化性能及材料强度一致性等有待于进一步研究提 高。
(4) 良好的高温性能
由于金属基体的高温性能比聚合物好得多，增强纤 维、晶须、颗粒在高温下又都具有很高的高温强度和 模量，因此，金属基复合材料具有比基体金属更高的 高温性能，特别是连续纤维增强金属基复合材料，在 复合材料中纤维起着主要的承载作用，纤维强度在高 温下基本不下降，复合材料的高温性能可保持到接近 熔点，并比金属基体的高温性能高许多。
组成：
① 增强体（分散相）：
高强度、高模量和脆性大材料，作为主要承载相 ，如纤维增强体 ( 玻璃纤维、碳纤维等 ) ；颗粒增强体 (SiC 、Al2O3 、碳化物等)。 ② 基 体（连续相）： 低强度、低模量且韧性好，主要起保护及粘结作 用。如高聚物和金属。
复合材料综合了各种材料如纤维、树脂、橡胶、金 属、陶瓷等的优点，能够按照需要设计、复合成为 综合性能优异的新型材料：
可设计性强是Leabharlann 合材料的最大特点。 影响复合材料性能的因素很多，主要取决于增强材
料的性能、含量及分布状况，和基体材料的性能、
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，无论哪一类复合材料，就是同一类复合材料 的性能也不是一个定值，在此只能给出主要性能。
1. 聚合物基复合材料的主要性能
美国B-2隐形轰炸机表面为具有良好吸波性能的碳纤维复合材料
4.1.2 复合材料的命名与分类 1.命名：
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”。 例如：玻璃纤维和环氧树脂构成的复合材料 称为 “玻璃纤维环氧树脂复合材料”
复合材料－玻璃钢
玻璃钢冷却塔
玻璃钢游艇 玻璃钢产品在化工、石油、建筑、体育、国防、航空航天工 业包括神州五号载人飞船等高端技术领域发挥重要作用
复合材料—碳纤维
碳纤维复合材料用于制造承载、耐磨等零件，如轴承、密封 圈、齿轮等。化学工业、汽车制造业、航空航天和国防工业 等。
复合材料—隐形飞机上的特殊材料
金属 材料
有机高分子
复合材料
复
• 取长补短
• 协同作用
无机 有机 非金属 料 高分子 材料 材料
材
合
• 产生原来单一材料没有本身所没有的新性能
4.1.1 复合材料的基本概念
复合材料（composite materials)：由两种或两种以上性 质不同的材料组合起来的一种多相固体材料，它不仅保 留了组成材料各自优点，还具有单一材料所没有的优异 性能。
第四章 复合材料的制备
第四章 复合材料的制备
4.1 复合材料的基本概念和性能 4.2 树脂基复合材料的制备方法 4.3 金属基复合材料的制备方法 4.4 陶瓷基复合材料的制备方法 4.5 碳/碳复合材料的制备方法
4.1 复合材料的基本概念和性能
重点：复合材料的概念和性质
三大材料： 金属 无机非金属
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) 无机非金属复合材料
按复合材料作用分类： (1) 结构复合材料；(2) 功能复合材料； (3) 智能复合材料
此外，还有同质复合材料和异质复合材料。增强材料和 基体材料属于同种物质的复合材料，为同质复合材料， 如碳/碳复合材料。
4.1.3 复合材料的性能
复合材料是由多相材料复合而成，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特性。 例如，玻璃纤维 增强环氧基复合材料，既有类似钢材的强度，又有塑料 的介电性能和耐腐蚀能力。
(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，可避免多次加工程序。例如 ，可避免金属产品的铸模、切削、磨光等工序。
或简写成“玻璃/环氧复合材料”
有时为了突出增强或基体材料，视强度的组成不同，简 称为“玻璃纤维复合材料”或“环氧树脂复合材料”。
碳纤维和金属基体构成的复合材料叫“金属基复合材料 ”或碳/金属基复合材料；
碳纤维和碳构成的复合材料叫“碳/碳复合材料”
2. 分类：
按增强体材料形态分类： (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 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 此外，用两种或两种以上纤维增强同一基体制成的复合 材料称为混杂复合材料 (Hybrid composite matetials)。
2. 金属基复合材料的主要性能
(1) 比强度和比模量高 由于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。
(2) 导热、导电性能
金属基复合材料中金属基体占有很高的体积分数， 因此仍保持金属所具有的良好导热和导电性。 (3) 热膨胀系数小，尺寸稳定性好 加入相当含量的增强物不仅大幅度提高材料的强度和 模量，也使其热膨胀系数明显下降，并可通过调整增强物 的含量获得不同的热膨胀系数，以满足各种工况要求。
(1) 比强度和比模量高
复合材料的突出优点是比强度和比模量（即强度、模
量与密度之比）高。比强度和比模量是度量材料承载
能力的一个指标，比强度愈高，同一零件的比重愈小 ；比模量愈高，零件的刚性愈大。如碳纤维增强的环 氧树脂复合材料的比强度比钢高七倍。这对于高速运 动的零件，要求自重轻的运输机械具有重大的意义。