材料合成与制备_第四章-1

《材料合成与制备_第四章-1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料合成与制备_第四章-1（77页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、第四章复合材料的制备第四章复合材料的制备聊城大学聊城大学材料科学与工程学院材料科学与工程学院第四章复合材料的制备现代高科技的发展对材料提出了更高、更苛现代高科技的发展对材料提出了更高、更苛刻的要求。航空、航天和海洋开发领域的发展、刻的要求。航空、航天和海洋开发领域的发展、现代武器系统，要求材料质轻、高强、高韧、耐现代武器系统，要求材料质轻、高强、高韧、耐热、抗疲劳、抗氧化、抗腐蚀、吸波、隐身等特热、抗疲劳、抗氧化、抗腐蚀、吸波、隐身等特点。点。很明显，传统的单一材料无法满足以上综合很明显，传统的单一材料无法满足以上综合要求，不能满足现代科学技术发展的需要。要求，不能满足现代科学技术发展的需要。

2、一、复合材料出现的必然性一、复合材料出现的必然性二、复合材料的定义二、复合材料的定义（各教科书说法不同，意见基本一致，没有完全统一（各教科书说法不同，意见基本一致，没有完全统一的说法）的说法）广义的定义：广义的定义： 复合材料复合材料是指由是指由两种或两种两种或两种以上的不同材料，通以上的不同材料，通过一定的过一定的工艺工艺复合而成的，性能复合而成的，性能优于优于原原单一材料的单一材料的多多相固体材料相固体材料。注意：注意：所研究的所研究的复合材料与化合物材料复合材料与化合物材料、混合材料的区别。、混合材料的区别。v主要体现在：主要体现在：v多相体系多相体系和和复合效果复合效果是复合材料区别于

3、传统的是复合材料区别于传统的“混合材料混合材料”和和“化合材料化合材料”的两大特征的两大特征。v举例：举例：砂子与石子混合砂子与石子混合，合金或高分子聚合物合金或高分子聚合物v狭义定义：狭义定义：v（通常研究的内容：通常研究的内容：）用纤维用纤维、颗粒增强树脂、颗粒增强树脂、金属、无、金属、无机非金属材料所得的多相固体材料。机非金属材料所得的多相固体材料。v由此可以得出：由此可以得出：复合材料复合材料 = = 增强材料增强材料 基体材料基体材料例如：例如：v天然木材天然木材 - - 纤维素纤维纤维素纤维 + + 木质素木质素v钢筋混凝土钢筋混凝土- - 砂、石、钢筋砂、石、钢筋 + + 水泥水

4、泥v玻璃钢玻璃钢 - - 玻璃纤维玻璃纤维 + + 热固性树脂热固性树脂 四、复合材料发展史四、复合材料发展史l几乎所有的生物材料都是复合材料几乎所有的生物材料都是复合材料竹子、骨骼、贝壳等等竹子、骨骼、贝壳等等l古代人们用草梗和泥造墙，用稻草和古代人们用草梗和泥造墙，用稻草和泥做屋顶泥做屋顶 五、复合材料的命名与分类五、复合材料的命名与分类命名方法：命名方法：（1） 基体材料名称与增强体材料并用基体材料名称与增强体材料并用。这种命名方法这种命名方法常用来表示某一种具体的复合材料，习惯上把增强体材常用来表示某一种具体的复合材料，习惯上把增强体材料的名称放在前面，基体材料的名称放在后面，最后加料

5、的名称放在前面，基体材料的名称放在后面，最后加上上“复合材料复合材料”（2）强调增强体时强调增强体时以增强体材料的名称为主。如玻璃纤以增强体材料的名称为主。如玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、陶瓷颗粒增强维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、陶瓷颗粒增强复合材料等。复合材料等。 （3）强调基体时强调基体时以基体材料的名称为主。以基体材料的名称为主。如树脂基复合如树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等等。 复合材料分类：复合材料分类：p按增强材料形态分类按增强材料形态分类颗粒、纤维、层片颗粒、纤维、层片p按增强纤维种类分类按增强纤维种类分类长纤

6、维、短纤维、晶须长纤维、短纤维、晶须p按基体材料分类按基体材料分类金属基、树脂基、陶瓷基金属基、树脂基、陶瓷基p按材料作用分类按材料作用分类结构复合材料、功能复合材料结构复合材料、功能复合材料六、六、 复合材料的性能复合材料的性能共同的特点：共同的特点：p取长补短，协同作用取长补短，协同作用p性能的可设计性性能的可设计性p可制成所需的任意形状的产品，可制成所需的任意形状的产品，可避免多次加工工序可避免多次加工工序性能：取决于基体相、增强相种类及数量，其次是性能：取决于基体相、增强相种类及数量，其次是它们的结合界面、成型工艺等。它们的结合界面、成型工艺等。1 1、取决于增强相的性能、取决于增强相

7、的性能 . .比强度比刚度高比强度比刚度高 . .冲击韧性和断裂韧性高冲击韧性和断裂韧性高 . .耐疲劳性好耐疲劳性好 . .减震性减震性 . .热膨胀系数小热膨胀系数小七、七、 复合材料的性能比较复合材料的性能比较裂纹扩展示意图裂纹扩展示意图材料材料密度密度g/cmg/cm3 3抗拉强抗拉强度度10103 3MPaMPa弹性模弹性模量量10105 5MPaMPa比强度比强度10107 7cmcm比模比模量量10109 9cmcm钢钢7.81.032.10.130.27铝合金铝合金2.80.470.750.170.26钛合金钛合金4.50.961.140.210.25玻璃钢玻璃钢2.01.06

8、0.40.530.20碳纤维碳纤维/ /环氧环氧1.451.501.41.030.97有机纤维有机纤维/ /环环氧氧1.41.40.81.00.57硼纤维硼纤维/ /环氧环氧2.11.382.10.661.0硼纤维硼纤维/ /铝铝2.651.02.00.380.57各种材料的比强度和比模量各种材料的比强度和比模量、硬度、硬度 陶瓷基陶瓷基 金属基金属基 树脂基树脂基、耐热性、耐热性 树脂基树脂基: 60 : 60 250250 金属基金属基: 400 : 400 8 80000 陶瓷基陶瓷基: 1000 : 1000 15001500、耐自然老化、耐自然老化 陶瓷基陶瓷基 金属基金属基 树脂基

9、树脂基2 2、取决于基体相的性能、取决于基体相的性能、导热导电性、导热导电性 金属基金属基 陶瓷基陶瓷基 树脂基树脂基、耐蚀性、耐蚀性 陶瓷基和树脂基陶瓷基和树脂基 金属基金属基、工艺性及生产成本、工艺性及生产成本 陶瓷基陶瓷基 金属基金属基 树脂基树脂基 1 1、设计的三个层次：、设计的三个层次： 单层设计单层设计 - - 微观力学方法微观力学方法 层合体设计层合体设计 - - 宏观力学方法宏观力学方法 产品结构设计产品结构设计 - - 结构力学方法结构力学方法 八、复合材料设计八、复合材料设计层合体设计层合体设计2 2、特点：、特点： 性能可设计性强性能可设计性强 （可调因素多）（可调因素

10、多） 材料设计与结构设计相关联材料设计与结构设计相关联 性能预测性差性能预测性差 如如: : 加和法加和法 没有考虑界面结合的影响，预测性很差。没有考虑界面结合的影响，预测性很差。BBAAff九、复合材料的应用九、复合材料的应用战车战车导弹陶瓷刀具1 1、航空航天、武器方面的应用、航空航天、武器方面的应用波音波音787“梦幻客梦幻客机机”半成机身材半成机身材料为轻型复合材料为轻型复合材料，而波音料，而波音777型客机机身轻型型客机机身轻型复合材料比例仅复合材料比例仅为为12。由此，。由此，“梦幻客机梦幻客机”更更轻更省油。轻更省油。 2、信息电子、生物方面的应用信息电子、生物方面的应用l光导纤

11、维，电子设备的电路板，磁带磁盘，光导纤维，电子设备的电路板，磁带磁盘，机壳和屏蔽机壳和屏蔽l修复和更换脏器、人造骨修复和更换脏器、人造骨 铝木复合门窗铝木复合门窗汽车保险杠和底板、发动机汽车保险杠和底板、发动机罩等，甚至全复合材料汽车罩等，甚至全复合材料汽车3、人类生活方面的应用人类生活方面的应用跳高撑跳高撑杆杆4、节约能源、开发能源方面应用节约能源、开发能源方面应用复合地板复合地板玻璃钢管道玻璃钢管道5、环境方面应用、环境方面应用十、复合材料的发展趋势十、复合材料的发展趋势l发展功能、多功能、机敏、智能复合发展功能、多功能、机敏、智能复合材料材料 l发展纳米复合材料发展纳米复合材料l发展仿生