材料导论-复合材料.ppt

复合材料
李珍
材料科学与化学工程学院
2009-3-18
材料学导论
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1
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材料为什么复合？
无机非金属材料
高
分
子
材
料
金属材料
局限性:
金属基复合材料

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一、什么是复合材料？
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)，另一种材料为增强体(reinforcement)组合而成的材料。各种材料在性能上互相取长补短，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种不同的要求。
概述
复合材料船体
碳纤维密度：
拉伸强度：3～5GPa
拉伸模量：200～700GPa
芳纶密度：／cm3
拉伸模量：120～150GPa
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14
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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，它把改善性能的增强相材料固结成一体，并起传递应力的作用。
增强相起承受应力（结构复合材料）和显示功能(功能复合材料)的作用。
SiC颗粒
Al2O3片
Al2O3纤维
增强相三种类型
纤维增强高分子复合材料
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（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
（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
二、复合材料的命名
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（1）基体材料类型
无机非金属基复合材料
金属基复合材料(石墨纤维增强镁 )
聚合物基复合材料
（2）增强纤维类型
有机纤维复合材料
玻璃纤维复合材料
碳纤维复合材料
硼纤维复合材料
混杂纤维复合材料
（3）增强物外形
粒子复合材料
纤维复合材料
层状复合材料
三、复合材料分类
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（4）材料作用
结构复合材料
功能复合材料
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
导电导磁复合材料
阻尼吸声复合材料
屏蔽功能复合材料
摩擦磨损复合材料
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四、复合材料的发展历史
远古时代出现。例如：古代草混在泥土中，做壁体的房顶，草混土就是原始的纤维增强复合材料；公元前埃及的金字塔就使用了石灰、火山灰等作粘结剂，并以砂石混合作为混凝土材料，这是原始的粒子分散复合材料。
现代复合材料发展是近几十年的事：
树脂基复合材料（玻璃钢）70年历史，
金属基和无机非金属基复合材料的发展有30多年历史。
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国际：1932在美国诞生
1940～1945（二次大战期间）玻璃纤维增强聚
酯军用雷达罩、飞机油箱（美国）
1944玻璃钢夹层结构，制造飞机机身（美国）
1950直升飞机的螺旋浆（美国）
60年代“北极星A”导弹发动机壳体（美国）
1965年SMC压制汽车配件，浴盆（美国和日本）
60年代热塑性树脂复合材料得到发展，主要用于汽车制造业
树脂基高性能复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。
60年代以来，树脂基复合材料得到飞快发展，从原材料、成型工艺、机械设备、产品种类、检验及应用等形成了完整的工业体系。
发展途径： 美国 军工 → 民用为主
西欧各国：直接发展民用复合材料
（1）树脂基复合材料发展史
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20
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我国：玻璃钢始于1958年，最初是军工产品起家，也注意到民用品
1958，手糊工艺制造玻璃钢船，层压和卷制工艺研制了玻璃钢板、管和火箭筒；
1962，引进不饱和聚酯树脂生产线，研究飞机螺旋桨等；
1970，手糊夹层结构板制造了大型玻璃钢雷达罩；
1972，武汉工业大学、上海华东化工学院、哈尔滨建筑工筑学院三校设立复合材料专业，此后北京航空学院、西北工业大学、国防科技大学、哈尔滨工业大学等高等院校设立了复合材料专业。
1971年以前主要是军工产品、70年代以后开始转向民用。
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研制起步较晚，发展迅速。
60年代末期，美国首次成功将B/Al复合材料代替铝合金制作航天轨道飞行器中部壳体的衍架支柱以来而深受各国重视。
70年代末期用高强度、高模量的