材料-15学习教程.pptx

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1、8.1 复合材料概述复合材料概述一、复合材料的概念一、复合材料的概念二、复合材料的分类二、复合材料的分类三、复合材料的复合机理三、复合材料的复合机理四、复合材料的复合方法四、复合材料的复合方法第1页/共22页一、复合材料的概念一、复合材料的概念由两种或更多种物理和化学性质不同由两种或更多种物理和化学性质不同的物质经人工制成的多相固体材料的物质经人工制成的多相固体材料多相体系多相体系两相两相 基体相基体相粘结粘结 增强相增强相提高强度或韧度提高强度或韧度组成组成金属、陶瓷、高聚物金属、陶瓷、高聚物复合材料的优越性复合材料的优越性 扬长避短扬长避短 可进行最优化的材料设计可进行最优化的材料设计 可

2、做出单一材料不具备的性能可做出单一材料不具备的性能第2页/共22页二、复合材料的分类二、复合材料的分类1、按基体类型分、按基体类型分树脂基树脂基、金属基、陶瓷基、金属基、陶瓷基2、按增强相形态分、按增强相形态分纤维增强纤维增强、颗粒增强、短切纤维增强、层叠增强、颗粒增强、短切纤维增强、层叠增强3、按增强纤维类型分、按增强纤维类型分无机纤维、有机纤维、金属纤维无机纤维、有机纤维、金属纤维4、综合分类及命名形式、综合分类及命名形式：增强相增强相/基体相基体相 如如 玻璃纤维玻璃纤维/环氧树脂、环氧树脂、C/Al第3页/共22页复合材料结构示意图复合材料结构示意图第4页/共22页三、复合材料的复合机

3、理三、复合材料的复合机理1、基体的作用、基体的作用2、增强纤维的作用、增强纤维的作用3、基体与增强相之间的结合力、基体与增强相之间的结合力第5页/共22页1、基体的作用、基体的作用（1）粘结）粘结（2）颗粒增强型颗粒增强型：基体作用主要是承载基体作用主要是承载颗粒增强机制颗粒增强机制：阻碍基体中位错运动或分子链运动：阻碍基体中位错运动或分子链运动影响强化因素影响强化因素m）、间距）、间距纤维增强型纤维增强型：承载主要是纤维承载主要是纤维基体作用基体作用：粘结、保护纤维，应力传递粘结、保护纤维，应力传递对基体对基体 润湿性润湿性在界面上有必要的结合力，在界面上有必要的结合力，要求：要求：将分离的

4、纤维粘结成整体；将分离的纤维粘结成整体；一定的塑性和韧度一定的塑性和韧度对裂纹起致偏和控制作用对裂纹起致偏和控制作用 保护纤维表面保护纤维表面第6页/共22页2、增强纤维的作用、增强纤维的作用作用作用承载承载纤维增强机制纤维增强机制 材料的尺寸效应材料的尺寸效应低缺陷低缺陷实际强度值接近理论值实际强度值接近理论值 纤维受到保护，纤维受到保护，不易受损不易受损 基体基体阻碍裂纹阻碍裂纹从一部分纤维向其它纤维扩展从一部分纤维向其它纤维扩展 纤维拔出纤维拔出过程须克服基体与纤维的粘结力过程须克服基体与纤维的粘结力影响因素影响因素性质（具有高键能、高性质（具有高键能、高E值的值的硬质材料硬质材料，如陶

5、瓷、金，如陶瓷、金属）、直径、长度、表面状态、体积含量、分布（属）、直径、长度、表面状态、体积含量、分布（各各向异性向异性：纵向性能高于横向）等：纵向性能高于横向）等第7页/共22页纤维复合材料裂纹扩展示意图纤维复合材料裂纹扩展示意图初始裂纹初始裂纹裂纹扩展受阻裂纹扩展受阻第8页/共22页3、基体与增强相之间的结合力、基体与增强相之间的结合力（1）结合力适当）结合力适当，能传递应力即可，能传递应力即可（2）表面粗糙）表面粗糙处理，增加结合力处理，增加结合力（3）相容匹配）相容匹配 基体与增强相的膨胀系数应匹配，基体与增强相的膨胀系数应匹配，不起化学反应不起化学反应第9页/共22页四、复合材料的

6、复合方法四、复合材料的复合方法1、纤维的制作、纤维的制作常用纤维常用纤维制作方法制作方法制作方法制作方法陶瓷（玻璃）陶瓷（玻璃）纤维纤维熔体抽丝法熔体抽丝法熔化成液体，极快速熔化成液体，极快速抽出细丝抽出细丝碳、石墨碳、石墨 纤维纤维热分解法热分解法预氧化预氧化碳化碳化石墨石墨化化硼（钨）硼（钨）纤维纤维气相沉积法气相沉积法2BCl3+3H22B+6HClBW丝丝难融金属丝难融金属丝拔丝法拔丝法多次拉拔多次拉拔第10页/共22页第11页/共22页2、成形方法、成形方法手糊成形手糊成形压制成形压制成形缠绕成形缠绕成形喷射成形喷射成形第12页/共22页8.2 复合材料性复合材料性能能比强度和比模量

7、很高比强度和比模量很高抗疲劳性能、断裂安全性好抗疲劳性能、断裂安全性好减振能力强减振能力强高温性能好高温性能好减摩性、耐蚀性、工艺性较好减摩性、耐蚀性、工艺性较好 各向异性，延伸率、冲击韧度较低各向异性，延伸率、冲击韧度较低第13页/共22页第14页/共22页三种材料的疲劳性能比较三种材料的疲劳性能比较第15页/共22页纤维复合材料裂纹扩展示意图纤维复合材料裂纹扩展示意图初始裂纹初始裂纹裂纹扩展受阻裂纹扩展受阻第16页/共22页8.3 常用复合材料常用复合材料玻璃纤维玻璃纤维/树脂复合材料（玻璃钢）树脂复合材料（玻璃钢）热塑性玻璃钢，热固性玻璃钢热塑性玻璃钢，热固性玻璃钢碳纤维复合材料碳纤维复合材料 碳纤维碳纤维/树脂复合材料、树脂复合材料、C/C复合材复合材料料硼纤维复合材料硼纤维复合材料 硼纤维硼纤维/树脂复合材料、硼纤维树脂复合材料、硼纤维/金属金属复合材料复合材料第17页/共22页蜂窝夹层结构示意图蜂窝夹层结构示意图第18页/共22页碳纤维复合材料与一般材料的比强度和比模量碳纤维复合材料与一般材料的比强度和比模量第19页/共22页第20页/共22页C/C复合材料在航天飞机上的应用复合材料在航天飞机上的应用第21页/共22页感谢您的观看！第22页/共22页