最新复合材料第一章复合材料的概念、分类及其发展历程幻灯片.ppt
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1、2主要参考资料主要参考资料1、现代复合材料现代复合材料-陈华辉陈华辉 邓海金邓海金 李李 明明 (中国物质出版社(中国物质出版社,1998)2、复合材料概论、复合材料概论-王荣国王荣国 武卫莉武卫莉 (哈尔滨工业大学出版社(哈尔滨工业大学出版社,1999)3、复合材料、复合材料-吴人洁(天津大学出版社吴人洁(天津大学出版社,2000)4、复合材料科学与工程、复合材料科学与工程-倪礼忠倪礼忠,陈麒陈麒(科学出版社科学出版社,2002)5、复合材料及其应用、复合材料及其应用尹洪峰尹洪峰,任耘(陕西科学技术出版社任耘(陕西科学技术出版社,2003)6、高性能复合材料学、高性能复合材料学-郝元恺郝元恺
2、,肖加余肖加余 (化学工业出版社化学工业出版社,2004)7、新材料概论、新材料概论- 谭毅谭毅, 李敬锋李敬锋(冶金工业出版社冶金工业出版社,2004) 8、先进复合材料、先进复合材料-鲁鲁 云云 朱世杰朱世杰 马鸣图马鸣图 (机械工业已出版社(机械工业已出版社,2004) 建议教材:建议教材:复合材料复合材料-周曦亚(化学工业出版社周曦亚(化学工业出版社,2005)9 复合材料是多功能的材料系统,它们可提供任何复合材料是多功能的材料系统,它们可提供任何单一材料所无法获得的特性;它们是由两种或多种单一材料所无法获得的特性;它们是由两种或多种成分成分不同不同,性质不同性质不同,有时,有时形状也
3、不同形状也不同的相容性材料,以的相容性材料,以结合而成的。结合而成的。10偏重于考虑偏重于考虑,诸如:,诸如: ()()复合材料是两种或多种材料复合材料是两种或多种材料在宏观尺度上在宏观尺度上组合而成的组合而成的一种有用的材料。一种有用的材料。 ()()复合材料就是两种或两种以上的不同化学性质或不同复合材料就是两种或两种以上的不同化学性质或不同组织相的物质,组织相的物质,以微观或宏观的形式以微观或宏观的形式组合而成的材料。组合而成的材料。 ()()复合材料是不同于合金的一种材料,在合金中,每一复合材料是不同于合金的一种材料,在合金中,每一种组分都保留着它们独立的特性,而构成复合材料时,仅取它种
4、组分都保留着它们独立的特性,而构成复合材料时,仅取它们的优点而避开其缺点,从而获得一种改善了的材料。们的优点而避开其缺点,从而获得一种改善了的材料。 11 FL. Matthews和和DRawlings认为,复合材料认为,复合材料是两个或两个以上是两个或两个以上,并应满足下面,并应满足下面三个条件:三个条件: (1)组元含量大于组元含量大于5; (2)复合材料的性能显著不同于各组元的性能,复合材料的性能显著不同于各组元的性能, (3)通过各种方法混合而成。通过各种方法混合而成。12 按这按这Matthews和和Rawlings给出的定义,钢铁及其合给出的定义,钢铁及其合金不应属于复合材料,如金
5、不应属于复合材料,如CoCrMoSi合金不属于合金不属于复合材料,因为这种合金经过复合材料,因为这种合金经过过程;而仅有过程;而仅有像像SiC颗粒强化的颗粒强化的Al合金这种混合而成的材料才属于复合合金这种混合而成的材料才属于复合材料。因此有人认为可将复合材料划分为材料。因此有人认为可将复合材料划分为广义复合材料广义复合材料和和狭义复合材料狭义复合材料。13从广义上讲,复合材料是由从广义上讲,复合材料是由两种或两种以上不同两种或两种以上不同的组分的组分组合而成的材料。但在现代材料学界中,复合材料专指组合而成的材料。但在现代材料学界中,复合材料专指由由两种或两种以上不同两种或两种以上不同的组分的
6、组分所组成的材料。所组成的材料。复合材料可定义为:用经过选择的、含一定数量比的两种复合材料可定义为:用经过选择的、含一定数量比的两种或两种以上的组分(或称组元),通过人工复合、组成多相、或两种以上的组分(或称组元),通过人工复合、组成多相、三维结合且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的材料。三维结合且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的材料。14上述复合材料的定义较易被普遍接受,它不仅明确指上述复合材料的定义较易被普遍接受,它不仅明确指出复合材料是出复合材料是“”和和“”材材料,而且还指明了复合材料的料,而且还指明了复合材料的及及(如简单混合物、化合物、合金)(如简单混合物、化合物、合金)。根
7、据上述复合材料的定义,复合材料应不包括根据上述复合材料的定义,复合材料应不包括自然形自然形成的具有某些复合材料形态的物质、化合物、单相合金和成的具有某些复合材料形态的物质、化合物、单相合金和多相合金。多相合金。15以下面五点概括了以下面五点概括了:1、复合材料的、复合材料的组分和相对含量组分和相对含量是由是由人工选择和设计人工选择和设计的;的;2、复合材料是以、复合材料是以人工制造人工制造而非天然形成的(区别于具有而非天然形成的(区别于具有某些复合材料形态特征的天然物质);某些复合材料形态特征的天然物质);163、组成复合材料的某些组分在复合后仍然、组成复合材料的某些组分在复合后仍然保持其固有
8、保持其固有的物理和化学性质的物理和化学性质(区别于化合物和合金);(区别于化合物和合金);4、复合材料的、复合材料的性能性能取决于取决于各组成相性能的协同各组成相性能的协同。复合。复合材料具有新的、独特的和可用的性能,这种性能是单个材料具有新的、独特的和可用的性能,这种性能是单个组分材料性能所不及或不同的;组分材料性能所不及或不同的;5、复合材料是各组分之间、复合材料是各组分之间被明显界面区分被明显界面区分的多相材料。的多相材料。17吴人洁教授吴人洁教授“在复合材料的未来发展在复合材料的未来发展”一文中指出:复一文中指出:复合材料将由合材料将由宏观复合形式宏观复合形式向向微观微观(细观细观)复
9、合形式复合形式发展。发展。微观微观复合材料复合材料包括:均质材料在加工过程中内部析出的增强相和包括:均质材料在加工过程中内部析出的增强相和剩余的基体相构成的剩余的基体相构成的原位复合材料原位复合材料或或纤维增强复合材料纤维增强复合材料,也,也包括用纳米级增强体的复合材料以及刚强棒状分子增强的分包括用纳米级增强体的复合材料以及刚强棒状分子增强的分子复合材料等。子复合材料等。 综上所述,复合材料定义所阐述的主要有两点,即综上所述,复合材料定义所阐述的主要有两点,即和和。18:由两种以上:由两种以上在物理和化学上在物理和化学上不同的物质组不同的物质组合起来而得到的一种合起来而得到的一种多相固体材料多
10、相固体材料。 中关于复合材料的定义如下:中关于复合材料的定义如下: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料通过复合工艺通过复合工艺组合而成的新型材料。它既保留原组成材料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。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,从而获得更优越的性能,与一般材料的简便混合有本质区别。而获得更优越的性能,与一般材料的简便混合有本质区别。19中关于复合
11、材料的定义为:中关于复合材料的定义为:复合材料是根据应用的需要进行设计,把两种以上的有机复合材料是根据应用的需要进行设计,把两种以上的有机聚合物材料,或无机非金属材料,或金属材料组合在一起,聚合物材料,或无机非金属材料,或金属材料组合在一起,使之使之互补性能优势互补性能优势,从而制成的一类新型材料。一般由基,从而制成的一类新型材料。一般由基体组元与增强材料或功能体组元所组成,因此亦属于多相体组元与增强材料或功能体组元所组成,因此亦属于多相材料范畴。材料范畴。20根据根据中关于复合材料的定义可以看出中关于复合材料的定义可以看出,复复合材料具有两个鲜明的特点合材料具有两个鲜明的特点:、复合材料不仅
12、能保持原组分的部分优点,而且产生原组、复合材料不仅能保持原组分的部分优点,而且产生原组分所不具备的分所不具备的。、复合材料具有、复合材料具有。由于各种原材料都具有各自的。由于各种原材料都具有各自的优点和缺点,所以在组合时可能出现如下图所示的结果。优点和缺点,所以在组合时可能出现如下图所示的结果。21材料的优缺点组合示意图材料的优缺点组合示意图22因此复合材料必须通过对因此复合材料必须通过对原材料的选择原材料的选择,各组分分各组分分布的设计布的设计和和工艺条件的保证工艺条件的保证等,以使原组分材料的优点等,以使原组分材料的优点互相补充,同时利用复合材料的互相补充,同时利用复合材料的使之出现新的使
13、之出现新的性能,最大限度地发挥优势。性能,最大限度地发挥优势。23 综上所述,复合材料应具有以下三个特点:综上所述,复合材料应具有以下三个特点: (1)复合材料是由两种或两种以上不同性能的材料组元复合材料是由两种或两种以上不同性能的材料组元通通过宏观或微观复合过宏观或微观复合形成的一种新型材料,组元之间存在着形成的一种新型材料,组元之间存在着明明显的界面显的界面。(2)复合材料中各组元不但复合材料中各组元不但保持各自的固有特性保持各自的固有特性而且可而且可最最大限度发挥各种材料组元的特性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,并赋予单一材料组元所不具备的优良持殊性能。具备的优良持
14、殊性能。24(3)复合材料具有复合材料具有。 复合材料的结构通常是一个相为连续相,称为复合材料的结构通常是一个相为连续相,称为;而;而另一相是以独立的形态分布在整个连续相中的分散相,与连另一相是以独立的形态分布在整个连续相中的分散相,与连续相相比,这种分散相的性能优越,会使材料的性能显著增续相相比,这种分散相的性能优越,会使材料的性能显著增强,故常称为强,故常称为 (也称为增强材料、增强相等也称为增强材料、增强相等)。在大多数情况下,分散相较基体在大多数情况下,分散相较基体硬硬,强度和刚度强度和刚度较基体较基体大。分散相可以是纤维及其编织物,也可以是颗粒状或弥散大。分散相可以是纤维及其编织物,
15、也可以是颗粒状或弥散的填料。在基体与增强体之间存在着界面。的填料。在基体与增强体之间存在着界面。25 通过对各种定义、解释加以总结,复合材料应包括:通过对各种定义、解释加以总结,复合材料应包括: 组元是人们根据材料设计的基本原则组元是人们根据材料设计的基本原则有意识地选择,至有意识地选择,至少包括两种少包括两种物理和力学性能不同的物理和力学性能不同的独立组元独立组元,其中一组元的,其中一组元的体积分数一般不低于体积分数一般不低于20,第二组元通常为纤维、晶须或颗,第二组元通常为纤维、晶须或颗粒;粒; 复合材料是复合材料是人工制造人工制造的,而非天然形成的。的,而非天然形成的。 复合材料的性质取
16、决于组元性质的优化组合,它应复合材料的性质取决于组元性质的优化组合,它应优于优于独立组元的性质独立组元的性质,特别是强度、刚度、韧性和高温性能。,特别是强度、刚度、韧性和高温性能。26 复合材料在世界各国还没有统一的名称和复合材料在世界各国还没有统一的名称和命名方法,比较共同的趋势是根据命名方法,比较共同的趋势是根据来命名,通常有以下三种情况:来命名,通常有以下三种情况:2、复合材料的命名、复合材料的命名27(1)强调基体时强调基体时以基体材料的名称为主。如树脂基复合以基体材料的名称为主。如树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等。材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等。(2)强调增强
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- 最新 复合材料 第一章 概念 分类 及其 发展 历程 幻灯片
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