纤维增强复合材料.ppt

复合材料本章内容学习目的参考书目9.1复合材料概述复合材料的定义《材料科学技术百科全书》：复合材料是由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料。它既保留原组成材料的重要特色，又通过复合效应获得原组分所不具备的性能。可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联，从而获得更优秀的性能，与一般材料的简单混合有本质区别。
复合材料的特点：

1）复合材料是由两种或两种以上不同性能的材料组元通过宏观或微观复合形成的一种新型材料，组元之间存在着明显的界面；

2）复合材料中各组元不但保持各自的固有特性，而且可最大限度发挥各种材料组元的特性，并赋予单一材料组元所不具备的优良特殊性能；

3）复合材料具有可设计性。可以根据使用条件要求进行设计和制造，以满足各种特殊用途，从而极大地提高工程结构的效能。基体和增强材料 MatrixandReinforcementSchematicillustrationofcompositeconstituents复合材料历史近现代：9.2复合材料的分类Classesofcomposites纤维增强复合材料种类
①玻璃纤维复合材料；
②碳纤维复合材料；
③有机纤维（芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、聚烯烃纤维等）复合材料；
④金属纤维（如钨丝、不锈钢丝等）复合材料；
⑤陶瓷纤维（如氧化铝纤维、碳化硅纤维等）复合材料。

混杂复合材料：
两种或两种以上增强体与同一基体制成的复合材料
可以看成是两种或多种单一纤维或颗粒复合材料的相互复合，即复合材料的“复合材料”。按基体材料分类

①聚合物基复合材料:以有机聚合物（热固性树脂、热塑性树脂及橡胶等）为基体；
②金属基复合材料：以金属（铝、镁、钛等）为基体；
③无机非金属基复合材料：以陶瓷材料（也包括玻璃和水泥）为基体。按材料作用分类

①结构复合材料：用于制造受力构件；
②功能复合材料：具备各种特殊性能（如阻尼、导电、导磁、摩擦、屏蔽等）。

同质复合材料（增强材料和基体材料属于同种物质，如碳/碳复合材料）
异质复合材料（复合材料多属此类）。复合材料系统组合各种材料的发展状况
玻璃钢和树脂基复合材料
非常成熟
广泛的应用
金属基复合材料
开发阶段
某些结构件的关键部位
陶瓷基复合材料及功能复合材料等
尚处于研究阶段
有不少科学技术问题有待解决
复合材料的设计－－从常规设计向仿生设计发展
仿照竹子从表皮到内层纤维由密排到疏松的特点，成功地制备出具有明显组织梯度与性能梯度的新型钢基耐磨梯度复合材料。
仿照鲍鱼壳的结构，西雅图华盛顿大学的研究人员利用由碳、铝和硼混合成陶瓷细带制成了10微米厚的薄层，由此得到的层状复合材料比其原材料坚固40％。
仿照骨骼的组织特点，人们制造了类似结构的风力发电机和直升飞机的旋翼，外层是刚度、强度高的碳纤维复合材料，中层是玻璃纤维增强复合材料、内层是硬泡沫塑料。9.3复合材料的基体材料9.3.1金属基体材料①金属基复合材料的使用要求
——金属基复合材料构件的使用性能要求是选择金属基体材料最重要的依据。
在航天、航空技术中高比强度和比模量以及尺寸稳定性是最重要的性能要求。
作为飞行器和卫星的构件宜选用密度小的轻金属合金—镁合金和铝合金作为基体，与高强度、高模量的石墨纤维、硼纤维等组成石墨/镁、石墨/铝、硼/铝复合材料。高性能发动机：要求复合材料不仅有高比强度和比模量，还要具有优良的耐高温性能，能在高温、氧化性气氛中正常工作。此时不宜选用一般的铝、镁合金，而应选择钛合金、镍合金以及金属间化合物作为基体材料。
如碳化硅/钛、钨丝/镍基超合金复合材料可用于喷气发动机叶片、转轴等重要零件。
在汽车发动机中要求其零件耐热、耐磨、导热、一定的高温强度等，同时又要求成本低廉，适合于批量生产，因此选用铝合金作基体材料与陶瓷颗粒、短纤维组成颗粒（短纤维）/铝基复合材料。
如碳化硅/铝复合材料、碳纤维或氧化铝纤维/铝复合材料可制作发动机活塞、缸套等零件。工业集成电路需要高导热、低膨胀的金属基复合材料作为散热元件和基板。
选用具有高导热率的银、铜、铝等金属为基体与高导热性、低热膨胀的超高模量石墨纤维、金刚石纤维、碳化硅颗粒复合成具有低热膨胀系数和高导热率、高比强度、高比模量等性能的金属基复合材料，可能成为解决高集成电子器件的关键材料。②金属基复合材料组成特点

连续纤维增强金属基复合材料，纤维是主要承载物体，纤维本身具有很高的强度和模量，而金属基体的强度和模量远远低于纤维。
连续纤维增强金属基复合材料中基体的主要作用应是以充分发挥增强纤维的性能为主，基体本身应与纤维有良好的相容性和塑性，而并不要求基体本身有很高的强度。如碳纤维增强铝基复合材料中纯铝或含有少量合金元素的铝合金作为基体比高强度铝合金要好得多，使用后者制成的复合