第二章 复合材料基本特性、应用及其研究现状.ppt

第二章复合材料基本特性、应用及其研究现状
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1、复合材料的结构和性能
复合材料的结构通常是一个相为连续相,成为基体;而另外一相是以独立的形态分布在整个连续相中的分散相,它显著增强材料的性能,故常称为增强体。
多数情况下,分散相较基体硬,刚度和强度较基体大。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。
在基体和增强体之间存在着界面。
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因此,复合材料是由两种以上组分以及它们之间的界面构成。
组分材料主要指增强体和基体,它们也被称为复合材料的增强相和基体相。增强相与基体相之间的界面区域因为其特殊的结构组成也被视作复合材料中的“相”,即界面相。
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增强相和基体相是根据它们组分的物理和化学性质和在最终复合材料中的形态来区分的。
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(reinforced phase or reinforcement)。
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;
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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(matrix phase)。
复合材料的各种形态示意于图中:
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复合材料及其增强相的各种形态
纤维状
颗粒状
层状
片状
填充状
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复合材料在制造前,基体材料的形状可以是薄片、粉末、块体或无定形的流体,它的状态可以是固态、气态、熔融态或半固—半液态。
基体材料在与增强相固结后,基体相在复合材料中就成为包裹增强相的连续体。因此,基体相也叫做连续相。
基体相具有支撑和保护增强相的作用,在复合材料承受外加载荷时,基体相主要以剪切变形的方式起向增强相分配和传递载荷的作用。
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在复合材料中,增强相和基体相之间还存在着明显的结合面。
位于增强相和基体相之间并使两相彼此相连的、化学成分和力学性质与相邻两相有明显区别、能够在相邻两相间起传递载荷作用的区域,称为复合材料的界面(interface)。
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复合材料中界面层的厚度通常在亚微米以下,但界面层的总面积在复合材料中很大,且复合材料的界面特征对复合材料的性能、破坏行为及应用效能有很大影响。
所以,人们以极大的注意力开展对复合材料界面的研究--------表面和界面工程(surface and interface engineering)。
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复合材料的性能取决于组分材料的种类、性能、含量和分布。主要包括:增强体的性能和它的表面物理、化学状态;基体的结构和性能;增强体的配置、分布和体积含量。
复合材料的性能还取决于复合材料的制造工艺条件、复合方法、零件几何形状和使用环境条件。
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