第七章 复合材料.ppt

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1、2023/2/28材材料科学与工程导论料科学与工程导论材材料料导导论论基基础础2023/2/282023/2/28第七章第七章复合材料复合材料复合材料2023/2/282023/2/28内容简介：内容简介：复合材料的出现和发展是材料设计方面的一个复合材料的出现和发展是材料设计方面的一个突破，本章从基体材料和增强材料两方面讲述复合突破，本章从基体材料和增强材料两方面讲述复合材料。材料。本章重点：本章重点：7.1复合材料的定义和类别；复合材料的定义和类别；7.2基体材料和增强材料；基体材料和增强材料；7.3复合材料的应用情况。复合材料的应用情况。2023/2/282023/2/28概述概述 随着社

2、会的发展，人们对材料使用要求也越来越随着社会的发展，人们对材料使用要求也越来越高。任何一种单一材料有其若干突出的优点，但也存在高。任何一种单一材料有其若干突出的优点，但也存在一些明显的缺点，无法完全满足人们对材料性能的要求。一些明显的缺点，无法完全满足人们对材料性能的要求。经过长期的实践和研究，人们发现，采用复合的方式可经过长期的实践和研究，人们发现，采用复合的方式可制得新的材料。既保留了原有组分材料的优点，又克服制得新的材料。既保留了原有组分材料的优点，又克服或弥补了单一材料的缺点，并显示出一些新的性能，这或弥补了单一材料的缺点，并显示出一些新的性能，这就是复合材料。就是复合材料。采用材料复

3、合的方式是研究新材料的一种十分有效采用材料复合的方式是研究新材料的一种十分有效的途径，同时，复合材料有很强的可设计性，可根据材的途径，同时，复合材料有很强的可设计性，可根据材料使用要求进行材料性能设计，这也为人们挖掘材料的料使用要求进行材料性能设计，这也为人们挖掘材料的使用潜能提供了一种可能。使用潜能提供了一种可能。2023/2/282023/2/28第一节第一节 复合材料基础复合材料基础学习目标：学习目标：1.了解复合材料的发展情况；了解复合材料的发展情况；2.掌握复合材料的结构及种类；掌握复合材料的结构及种类；3.清楚常见的复合材料。清楚常见的复合材料。复合材料基础复合材料基础二、复合材料

4、的定义与命名二、复合材料的定义与命名 （一）复合材料的定义（一）复合材料的定义 复合材料（复合材料（composite materials）是指将二）是指将二种或二种以上的不同材料，用适当的方法复合而成的一种或二种以上的不同材料，用适当的方法复合而成的一种新材料。种新材料。复合材料由基体材料和增强材料（包括填料）组成。复合材料由基体材料和增强材料（包括填料）组成。增强材料是复合材料的主要承力组分；基体材料的作用增强材料是复合材料的主要承力组分；基体材料的作用是将增强材料（填料）粘合成一个整体，起到均衡应力是将增强材料（填料）粘合成一个整体，起到均衡应力和传递应力的作用，使增强材料（填料）的性能

5、得到充和传递应力的作用，使增强材料（填料）的性能得到充分发挥。分发挥。复合材料基础复合材料基础（二）复合材料的命名（二）复合材料的命名 复合材料可根据增强材料与基体材料的名称来命名。复合材料可根据增强材料与基体材料的名称来命名。将增强材料的名称放在前面，基体材料的名称放在后面，将增强材料的名称放在前面，基体材料的名称放在后面，再加上再加上“复合材料复合材料”。如：如：玻璃纤维和聚酯树脂构成的复合材料称为玻璃纤维和聚酯树脂构成的复合材料称为“玻璃玻璃纤维聚酯树脂复合材料纤维聚酯树脂复合材料”。为书写简便，也可仅写增强材料和基体材料的缩为书写简便，也可仅写增强材料和基体材料的缩写名称，中间加一斜线

6、隔开，后面再加写名称，中间加一斜线隔开，后面再加“复合材料复合材料”。如碳纤维环氧树脂复合材料，可写做如碳纤维环氧树脂复合材料，可写做“碳环氧复合材碳环氧复合材料料”。三、复合材料的分类三、复合材料的分类 （一）根据基体材料类型分类（一）根据基体材料类型分类 1、金属基复合材料；、金属基复合材料；2、聚合物基复合材料；、聚合物基复合材料；3、无、无机非金属基复合材料。机非金属基复合材料。（二）根据增强纤维类型分类（二）根据增强纤维类型分类 1、碳纤维复合材料；、碳纤维复合材料；2、玻璃纤维复合材料；、玻璃纤维复合材料；3、有、有机纤维复合材料；机纤维复合材料；4、硼纤维复合材料；、硼纤维复合材

7、料；5、混杂纤维、混杂纤维复合材料。复合材料。复合材料基础复合材料基础复合材料分类复合材料分类 （三）根据增强材料的外形分类（三）根据增强材料的外形分类 1、连续纤维增强复合材料；、连续纤维增强复合材料；2、纤维织物或片状材料增强的复合材料；、纤维织物或片状材料增强的复合材料；3、短纤维增强的复合材料；、短纤维增强的复合材料；4、粒状填料复合材料。、粒状填料复合材料。（四）根据基体材料与增强材料是否相同分类（四）根据基体材料与增强材料是否相同分类 1、同质复合的复合材料、同质复合的复合材料 2、异质复合的复合材料、异质复合的复合材料四、复合材料的增强机理四、复合材料的增强机理 复合材料的强度都

8、比基体材料强度要高，这因为增复合材料的强度都比基体材料强度要高，这因为增强材料是主要的承力组分。强材料是主要的承力组分。界面粘结强度是衡量复合材料中增强体与基体间界界面粘结强度是衡量复合材料中增强体与基体间界面结合状态的一个指标。界面粘结强度对复合材料整体面结合状态的一个指标。界面粘结强度对复合材料整体力学性能的影响很大，太强或太弱都是对复合材料强度力学性能的影响很大，太强或太弱都是对复合材料强度不利。不利。复合材料的界面实质上是纳米级以上厚度的界面层复合材料的界面实质上是纳米级以上厚度的界面层或称界面相。界面相是一种结构随增强材料而异，并与或称界面相。界面相是一种结构随增强材料而异，并与基体

9、有明显差别的新相。基体有明显差别的新相。复合材料基础复合材料基础2023/2/282023/2/28第二节第二节 复合材料的基体材料复合材料的基体材料学习学习 目标：目标：1.掌握基体材料的作用；掌握基体材料的作用；2.熟悉各种基体材料。熟悉各种基体材料。基体材料基体材料一、金属材料一、金属材料 选择基体金属时通常应考虑以下几方面：选择基体金属时通常应考虑以下几方面：（一）金属基复合材料的使用要求（一）金属基复合材料的使用要求 金属基复合材料构金属基复合材料构(零零)件的使用性能要求是选择金件的使用性能要求是选择金属基体材料最重要的依据。属基体材料最重要的依据。（二）金属基复合材料组成特点（二

10、）金属基复合材料组成特点 由于增强物的性质和增强机理的不同，针对不同的增强由于增强物的性质和增强机理的不同，针对不同的增强体系，要充分分析和考虑增强物的特点来正确选择基体体系，要充分分析和考虑增强物的特点来正确选择基体合金。合金。（三）基体金属与增强物的相容性（三）基体金属与增强物的相容性 金属基复合材料需要在高温下成型，金属基复合材金属基复合材料需要在高温下成型，金属基复合材料制备过程中金属基体与增强物在高温复合过程中，纤料制备过程中金属基体与增强物在高温复合过程中，纤维与金属之间很容易发生化学反应，在界面形成反应层。维与金属之间很容易发生化学反应，在界面形成反应层。二、陶瓷材料二、陶瓷材料

11、 常用的陶瓷基体主要包括：氧化物陶瓷、非氧化物陶常用的陶瓷基体主要包括：氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷等。瓷等。（一）氧化物陶瓷（一）氧化物陶瓷 作为基体材料使用的氧化物陶瓷主要有作为基体材料使用的氧化物陶瓷主要有A12O3，rO2，BeO，Y2O3，莫来石等。，莫来石等。（二）非氧化物陶瓷（二）非氧化物陶瓷 非氧化物陶瓷是指不含氧的氮化物、碳化物、硼化非氧化物陶瓷是指不含氧的氮化物、碳化物、硼化物和硅化物陶瓷。它们的特点是耐火性和耐磨性好，硬物和硅化物陶瓷。它们的特点是耐火性和耐磨性好，硬度高，但脆性也很大。度高，但脆性也很大。基体材料基体材料三、聚合物材料三、聚合物材料 聚合物复合材料是以合成树

12、脂为主的基体材料。聚合物复合材料是以合成树脂为主的基体材料。合成树脂是基体材料的主要组分，它对复合材料的合成树脂是基体材料的主要组分，它对复合材料的性能、成型工艺及产品的价格等都有直接的影响。用作性能、成型工艺及产品的价格等都有直接的影响。用作复合材料的合成树脂首先要具有较高的复合材料的合成树脂首先要具有较高的力学性能、介电力学性能、介电性能、耐热性能和耐老化性能，并有良好的工艺性能。性能、耐热性能和耐老化性能，并有良好的工艺性能。应用于复合材料的热固性树脂主要有应用于复合材料的热固性树脂主要有不饱和聚酯不饱和聚酯、环氧环氧和和酚醛树脂酚醛树脂。基体材料基体材料聚合物材料聚合物材料 不饱和聚酯

13、树脂不饱和聚酯树脂品种多，适应性广，它的特点是工品种多，适应性广，它的特点是工艺性好、粘度低，可在室温下固化，固化过程中没有低艺性好、粘度低，可在室温下固化，固化过程中没有低分子副产物。分子副产物。环氧树脂环氧树脂与增强材料的粘结力强，机械强度高，介与增强材料的粘结力强，机械强度高，介电性能优良，耐化学腐蚀性好。电性能优良，耐化学腐蚀性好。酚醛树脂酚醛树脂是最早用于复合材料的热固性树脂。它的是最早用于复合材料的热固性树脂。它的特点是耐热性好，能耐瞬时超高温，电性能良好，耐腐特点是耐热性好，能耐瞬时超高温，电性能良好，耐腐蚀性好，原料来源充足，价格低廉。蚀性好，原料来源充足，价格低廉。聚合物选用

14、考虑因素聚合物选用考虑因素 通常，复合材料选用聚合物要考虑如下因素：通常，复合材料选用聚合物要考虑如下因素：1、产品性能、产品性能 产品使用性能是选择基体配方的重要依据。使用性产品使用性能是选择基体配方的重要依据。使用性能即产品的各项设计性能指标。能即产品的各项设计性能指标。2、对纤维应有良好的浸润性和粘附力、对纤维应有良好的浸润性和粘附力 对于浸润性来说，一方面与纤维表面状态有密切关对于浸润性来说，一方面与纤维表面状态有密切关系；另一方面与基体配方也有密切关系。系；另一方面与基体配方也有密切关系。3、具有良好的工艺性、具有良好的工艺性 在成型中要求胶液的粘度低而稳定，使用寿命适在成型中要求胶

15、液的粘度低而稳定，使用寿命适当，成型和固化温度不能太高，毒性低，刺激性小，配当，成型和固化温度不能太高，毒性低，刺激性小，配方中不能含有难挥发的溶剂等。方中不能含有难挥发的溶剂等。4、来源方便，价格低廉、来源方便，价格低廉2023/2/282023/2/28第三节第三节 复合材料的增强材料复合材料的增强材料学习学习 目标：目标：1.掌握增强材料的作用及增强原理；掌握增强材料的作用及增强原理；2.了解各种增强材料的特点。了解各种增强材料的特点。增强材料增强材料 增强材料增强材料 在复合材料中，能提高基体材料机械强度、弹性模在复合材料中，能提高基体材料机械强度、弹性模量等力学性能的材料。量等力学性

16、能的材料。从物理形态来看有纤维状增强材料、片状增强材料、从物理形态来看有纤维状增强材料、片状增强材料、颗粒状增强材料。颗粒状增强材料。纤维状增强材料是作用最明显、应用最广泛的一类纤维状增强材料是作用最明显、应用最广泛的一类增强材料，例如增强材料，例如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等等。等等。一、玻璃纤维及其制品一、玻璃纤维及其制品 （一）玻璃纤维的分类（一）玻璃纤维的分类 1、以玻璃原料成分分类、以玻璃原料成分分类 一般以不同的含碱量来区分：一般以不同的含碱量来区分：无碱玻璃纤维无碱玻璃纤维(通称通称E玻璃玻璃)中碱玻璃纤维中碱玻璃纤维 特种玻璃纤维特种玻璃纤维 增强材料

17、增强材料玻璃纤维玻璃纤维 2、以单丝直径分类、以单丝直径分类 粗纤维：直径粗纤维：直径30 m；初级纤维：直径为初级纤维：直径为20m30m；中级纤维：直径为中级纤维：直径为lO m20 m；高级纤维：直径为高级纤维：直径为3 mlO m。3、以纤维外观分类、以纤维外观分类 玻璃纤维可分为连续纤维、短切纤维、空心玻璃玻璃纤维可分为连续纤维、短切纤维、空心玻璃纤维、玻璃粉及磨细纤维等。纤维、玻璃粉及磨细纤维等。4、以纤维特性分类、以纤维特性分类 高强玻璃纤维、高模量玻璃纤维、耐高温玻璃纤高强玻璃纤维、高模量玻璃纤维、耐高温玻璃纤维、耐碱玻璃纤维、耐酸玻璃纤维、普通玻璃纤维维、耐碱玻璃纤维、耐酸玻

18、璃纤维、普通玻璃纤维(指指无碱及中碱玻璃纤维无碱及中碱玻璃纤维)。图图71 坩埚法拉丝示意图坩埚法拉丝示意图生产工艺由制球和拉丝两部分生产工艺由制球和拉丝两部分1加料孔加料孔 2铂针铂针 3坩埚坩埚 4电极板电极板 5玻璃板玻璃板 6漏板漏板7玻璃纤维单丝玻璃纤维单丝 8集束轮集束轮 9玻璃纤维原纱玻璃纤维原纱 10拉丝卷拉丝卷筒筒（二）玻璃纤维的生产工艺（二）玻璃纤维的生产工艺 目前生产玻璃纤维应用最广泛的方法有坩埚法拉丝目前生产玻璃纤维应用最广泛的方法有坩埚法拉丝和池窑漏板法拉丝两种。和池窑漏板法拉丝两种。1、坩埚法拉丝工艺、坩埚法拉丝工艺玻璃纤维玻璃纤维 2、池窑漏板法拉丝工艺、池窑漏板

19、法拉丝工艺 池窑拉丝是连续玻璃纤维生产池窑拉丝是连续玻璃纤维生产的一种新的工艺方法。池窑拉丝是的一种新的工艺方法。池窑拉丝是将玻璃配合料投入熔窑熔化后直接将玻璃配合料投入熔窑熔化后直接拉制成各种支数的连续玻璃纤维。拉制成各种支数的连续玻璃纤维。玻璃纤维玻璃纤维图图72 处理剂对聚酯玻璃钢海水浸泡后强度的影响处理剂对聚酯玻璃钢海水浸泡后强度的影响1沃兰处理沃兰处理 2A-151处理处理 3A-172处理处理 4未处理未处理（三）玻璃纤维及其制品的表面处理（三）玻璃纤维及其制品的表面处理 1、表面处理的意义、表面处理的意义 表面处理就是在玻璃纤维表面涂覆一种叫做表面处表面处理就是在玻璃纤维表面涂覆

20、一种叫做表面处理剂的特殊物质，使玻璃纤维与合成树脂牢固地粘结在理剂的特殊物质，使玻璃纤维与合成树脂牢固地粘结在一起，以达到提高玻璃钢性能的目的。一起，以达到提高玻璃钢性能的目的。玻璃纤维玻璃纤维玻璃纤维表面处理玻璃纤维表面处理 2、界面理论、界面理论 玻璃树脂界面是相当重要的，界面的作用是相当玻璃树脂界面是相当重要的，界面的作用是相当复杂的。为了解释界面的作用，曾先后提出了偶联理论、复杂的。为了解释界面的作用，曾先后提出了偶联理论、化学处理膜理论、物理吸附理论等化学处理膜理论、物理吸附理论等 3、玻璃纤维表面处理剂的种类、玻璃纤维表面处理剂的种类 玻璃纤维表面处理剂的种类繁多，归纳起来可分为玻

21、璃纤维表面处理剂的种类繁多，归纳起来可分为有机铬、有机硅和钛酸酯三大类。有机铬、有机硅和钛酸酯三大类。4、玻璃纤维表面处理方法、玻璃纤维表面处理方法 玻璃纤维及其织物的表面处理主要采用三种方法：玻璃纤维及其织物的表面处理主要采用三种方法：后处理法、前处理法和迁移法。后处理法、前处理法和迁移法。二、碳纤维二、碳纤维 碳纤维是有机纤维在惰性气氛中经高温碳化而成的碳纤维是有机纤维在惰性气氛中经高温碳化而成的纤维状碳化合物。纤维状碳化合物。（一）碳纤维的分类与制造（一）碳纤维的分类与制造 1、碳纤维的分类、碳纤维的分类（1）根据碳纤维的性能分类）根据碳纤维的性能分类 1)高性能碳纤维高性能碳纤维 主要

22、有高强度碳纤维主要有高强度碳纤维(HS)、超高强度碳纤维、超高强度碳纤维(VHS)、高模量碳纤维高模量碳纤维(HM)和中模量碳纤维和中模量碳纤维(MM)等。等。2)低性能碳纤维低性能碳纤维 主要有耐火纤维、碳质纤维、石墨纤维等。主要有耐火纤维、碳质纤维、石墨纤维等。增强材料增强材料碳纤维碳纤维 （2）根据原丝类型分类）根据原丝类型分类 1)聚丙烯腈基碳纤维；聚丙烯腈基碳纤维；2)粘胶基碳纤维；粘胶基碳纤维；3)沥沥青基碳纤维；青基碳纤维；4)木质素纤维基碳纤维；木质素纤维基碳纤维；5)其它有机纤其它有机纤维基维基(各种天然纤维各种天然纤维)碳纤维。碳纤维。（3）根据碳纤维的功能分类）根据碳纤维

23、的功能分类 1）受力结构用碳纤维；）受力结构用碳纤维；2)耐焰碳纤维；耐焰碳纤维；3)活性活性碳纤维碳纤维(吸附活性吸附活性)；4)导电用碳纤维；导电用碳纤维；5)润滑用碳润滑用碳纤维；纤维；6)耐磨用碳纤维。耐磨用碳纤维。（4）根据纤维的外观分类）根据纤维的外观分类 1）短纤维；）短纤维；2)长纤维；长纤维；3)二二(双双)向织物；向织物；4)三向织物；）多向织物三向织物；）多向织物 2、碳纤维的制造、碳纤维的制造 碳纤维是一种以碳为主要成分的纤维状材料。碳纤维是一种以碳为主要成分的纤维状材料。制造的方法可分为两种类型：即气相法和有机纤维碳制造的方法可分为两种类型：即气相法和有机纤维碳化法。

24、化法。有机纤维碳化法有机纤维碳化法是先将有机纤维经过稳定化处理变是先将有机纤维经过稳定化处理变成耐焰纤维，然后再在惰性气氛中，于高温下进行焙烧成耐焰纤维，然后再在惰性气氛中，于高温下进行焙烧碳化，使有机纤维失去部分碳和其它非碳原子，形成以碳化，使有机纤维失去部分碳和其它非碳原子，形成以碳为主要成分的纤维状物。此法可制造连续长纤维。碳为主要成分的纤维状物。此法可制造连续长纤维。气相法气相法是在惰性气氛中将小分子有机物是在惰性气氛中将小分子有机物(如烃或芳烃如烃或芳烃等等)在高温下沉积成纤维。它只能制造晶须或短纤维，在高温下沉积成纤维。它只能制造晶须或短纤维，不能制造连续长丝。不能制造连续长丝。碳

25、纤维碳纤维 3、碳纤维的表面处理、碳纤维的表面处理 碳纤维表面处理的目的是提高碳纤维增强复合材料碳纤维表面处理的目的是提高碳纤维增强复合材料中碳纤维与基体的结合强度。中碳纤维与基体的结合强度。碳纤维表面处理的方法主要有碳纤维表面处理的方法主要有:（1）表面清洁法；）表面清洁法；（2）气相氧化法；（）气相氧化法；（3）液相氧化法；（）液相氧化法；（4）表面涂）表面涂层法。层法。各种方法达到上述目的的途径是：各种方法达到上述目的的途径是：清除表面杂质；清除表面杂质；在纤维表面形成微孔或刻蚀沟槽，从类石墨层面改性成在纤维表面形成微孔或刻蚀沟槽，从类石墨层面改性成碳状结构以增加表面能；引进具有极性或反

26、应性官能团碳状结构以增加表面能；引进具有极性或反应性官能团以及形成能与树脂起作用的中间层。以及形成能与树脂起作用的中间层。碳纤维碳纤维 三、芳纶纤维三、芳纶纤维 芳纶纤维是芳香族聚酰胺类纤维的通称，国外商品芳纶纤维是芳香族聚酰胺类纤维的通称，国外商品牌号叫凯芙拉牌号叫凯芙拉(Kevlar)纤维，我国命名为芳纶纤维。纤维，我国命名为芳纶纤维。芳纶纤维是一种高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、芳纶纤维是一种高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、低密度的新型有机纤维。低密度的新型有机纤维。芳纶纤维的制造芳纶纤维的制造 芳纶纤维的制造过程一般分为两个阶段：第一阶段芳纶纤维的制造过程一般分为两个阶段：第一阶段由对

27、苯二胺与对苯二甲酸酰氯缩聚成对苯撑对苯二甲酰由对苯二胺与对苯二甲酸酰氯缩聚成对苯撑对苯二甲酰胺的聚合体胺的聚合体(PPTA)；第二阶段是将聚合体溶解在溶剂；第二阶段是将聚合体溶解在溶剂中再进行纺丝。中再进行纺丝。增强材料增强材料2023/2/282023/2/28第四节第四节 常用复合材料常用复合材料学习学习 目标：目标：1.熟悉常见的复合材料；熟悉常见的复合材料；2.了解常见各种复合材料的特点和使用性了解常见各种复合材料的特点和使用性能。能。常用复合材料常用复合材料一、聚合物基复合材料一、聚合物基复合材料（一）聚合物基复合材料分类（一）聚合物基复合材料分类、按增强纤维的种类可分为：有玻璃纤维

28、增强、碳纤维、按增强纤维的种类可分为：有玻璃纤维增强、碳纤维增强、芳纶纤维增强、硼纤维增强及其它纤维增强聚合增强、芳纶纤维增强、硼纤维增强及其它纤维增强聚合物基复合材料；物基复合材料；、按基体材料的性能可分为：通用型、耐化学介质腐蚀、按基体材料的性能可分为：通用型、耐化学介质腐蚀型、耐高温型、阻燃型聚合物基复合材料等；型、耐高温型、阻燃型聚合物基复合材料等；、按复合材料的成型固化方式可分为：室温常压固化、按复合材料的成型固化方式可分为：室温常压固化、高温加压固化成型聚合物基合复材料等；高温加压固化成型聚合物基合复材料等；、按聚合物基体的结构形式可分为：热固性、热塑性聚、按聚合物基体的结构形式可

29、分为：热固性、热塑性聚合物基复合材料。合物基复合材料。（二）聚合物基复合材料的制造技术（二）聚合物基复合材料的制造技术 聚合物基复合材料制品已经有几十种成型方法，但聚合物基复合材料制品已经有几十种成型方法，但是它们之间存在着共性。是它们之间存在着共性。1、手糊法、手糊法 这种方法用手工工具将布或纤维毡浸上树脂胶液，这种方法用手工工具将布或纤维毡浸上树脂胶液，铺糊在敞开模具上，经固化和脱模即可获得制品。铺糊在敞开模具上，经固化和脱模即可获得制品。2、喷射法、喷射法 该工艺是利用高压空气将树脂系统和短切纤维从喷该工艺是利用高压空气将树脂系统和短切纤维从喷枪上不同喷嘴同时喷出并沉积在模具上，用手辊压

30、实浸枪上不同喷嘴同时喷出并沉积在模具上，用手辊压实浸渍纤维层，然后室温固化成型得到制品。渍纤维层，然后室温固化成型得到制品。常用复合材料常用复合材料聚合物基复合材料聚合物基复合材料 3、树脂传递、树脂传递(树脂压注树脂压注)模压法模压法 它是先在闭合模腔中铺放经缝制好的增强材料它是先在闭合模腔中铺放经缝制好的增强材料(布或布或是纤维毡是纤维毡)，再将树脂液用泵压注到模腔内，依靠树脂，再将树脂液用泵压注到模腔内，依靠树脂的液压浸渍纤维材料，固化后脱模便得到制品。的液压浸渍纤维材料，固化后脱模便得到制品。4、缠绕成型法、缠绕成型法 将连续纤维或布带浸渍树脂后，缠绕到一定形状的将连续纤维或布带浸渍树

31、脂后，缠绕到一定形状的芯模上，达到一定厚度后，通过固化脱模得到制品。芯模上，达到一定厚度后，通过固化脱模得到制品。5、离心成型法、离心成型法 此方法先将短切纤维毡铺在中空芯模的内壁上，使此方法先将短切纤维毡铺在中空芯模的内壁上，使芯模快速旋转，同时向纤维层均匀喷洒树脂液，由于离芯模快速旋转，同时向纤维层均匀喷洒树脂液，由于离心力迫使纤维紧贴在芯模内壁，同时迫使树脂浸润纤维，心力迫使纤维紧贴在芯模内壁，同时迫使树脂浸润纤维，向芯模内送入热风加速制品固化。向芯模内送入热风加速制品固化。（三）聚合物基复合材料的基本性能（三）聚合物基复合材料的基本性能 1比强度、比模量大比强度、比模量大 2耐疲劳性能

32、好耐疲劳性能好 3减震性好减震性好 4过载时安全性好过载时安全性好 5性能可设计性性能可设计性 6有很好的加工工艺性有很好的加工工艺性聚合物基复合材料聚合物基复合材料（四）聚合物基复合材料的应用（四）聚合物基复合材料的应用 聚合物基复合材料作为一种新型的工程材料，它具聚合物基复合材料作为一种新型的工程材料，它具有比较突出的优良性能以及材料性能的可设计性：有比较突出的优良性能以及材料性能的可设计性：1、在航天和航空方面的应用、在航天和航空方面的应用 航天和航空工程对材料的首要要求是比强度、比航天和航空工程对材料的首要要求是比强度、比模量和耐烧蚀性能。模量和耐烧蚀性能。2、在交通运输方面的应用、在

33、交通运输方面的应用 由于聚合物基复合材料比强度、比刚度高，同时由于聚合物基复合材料比强度、比刚度高，同时又具有隔音、隔热、减振、阻燃等性能，因此，非常适又具有隔音、隔热、减振、阻燃等性能，因此，非常适宜在车辆上使用。宜在车辆上使用。聚合物基复合材料聚合物基复合材料 3、在石油化工方面的应用、在石油化工方面的应用 聚合物基复合材料的耐酸、耐碱和耐其它介质腐聚合物基复合材料的耐酸、耐碱和耐其它介质腐蚀等特点使其在石油化工设备和化学防腐工程上获得广蚀等特点使其在石油化工设备和化学防腐工程上获得广泛的应用。泛的应用。4、在建筑工程方面的应用、在建筑工程方面的应用 聚合物基复合材料具有透光、隔热、隔音、

34、耐腐聚合物基复合材料具有透光、隔热、隔音、耐腐蚀等性能，因而在建筑工程上得到广泛应用蚀等性能，因而在建筑工程上得到广泛应用。5、在电气和机械方面的应用、在电气和机械方面的应用 聚合物基复合材料具有优异的介电性能、耐蚀、聚合物基复合材料具有优异的介电性能、耐蚀、耐磨、隔音、隔热性能，使其在电工器材制造方面得到耐磨、隔音、隔热性能，使其在电工器材制造方面得到了广泛应用。了广泛应用。聚合物基复合材料聚合物基复合材料二、金属基复合材料二、金属基复合材料 金属基复合材料与聚合物基复合材料相比，具有工作温金属基复合材料与聚合物基复合材料相比，具有工作温度高、横向机械性能好、层间剪切强度高、耐磨损、导度高、

35、横向机械性能好、层间剪切强度高、耐磨损、导电和导热、不吸湿、不老化、尺寸稳定、可采用金属的电和导热、不吸湿、不老化、尺寸稳定、可采用金属的加工方法等优点。加工方法等优点。（一）金属基复合材料的类型（一）金属基复合材料的类型 、按用途可分为：结构用金属基复合材料和功能用金、按用途可分为：结构用金属基复合材料和功能用金属基复合材料属基复合材料 、按增强材料的种类可分为：连续纤维增强金属基复、按增强材料的种类可分为：连续纤维增强金属基复合材料、非连续增强体增强金属基复合材料和不同金属合材料、非连续增强体增强金属基复合材料和不同金属板的积层复合金属基复合材料板的积层复合金属基复合材料常用复合材料常用复

36、合材料金属基复合材料金属基复合材料（二）金属基复合材料的制造技术（二）金属基复合材料的制造技术 1、直接涂覆法、直接涂覆法 直接涂覆法用于制造长纤维复合材料，将基体直接直接涂覆法用于制造长纤维复合材料，将基体直接涂于纤维上而得，一般只能制造半成品涂于纤维上而得，一般只能制造半成品复合丝或无复合丝或无纬带。纬带。2、液态法、液态法 液态法是基体在液态下制造金属基复合材料的所有液态法是基体在液态下制造金属基复合材料的所有方法的总称。方法的总称。3、固态法、固态法 固态法是指基体金属处于固态下来制造金属基复合材料固态法是指基体金属处于固态下来制造金属基复合材料的方法。的方法。（三）金属基复合材料的基

37、本性能（三）金属基复合材料的基本性能 金属基复合材料的性能取决于所选用金属或合金基金属基复合材料的性能取决于所选用金属或合金基体和增强物的特性、含量、分布等体和增强物的特性、含量、分布等综合归纳金属基复合材料有以下性能特点综合归纳金属基复合材料有以下性能特点：1、高比强度、高比模量、高比强度、高比模量 2、导热、导电性能、导热、导电性能 3、热膨胀系数小、尺寸稳定性好、热膨胀系数小、尺寸稳定性好 4、良好的高温性能、良好的高温性能 5耐磨性好耐磨性好 6、良好的疲劳性能和断裂韧性、良好的疲劳性能和断裂韧性 7、不吸潮、不老化、气密性好、不吸潮、不老化、气密性好金属基复合材料金属基复合材料三、陶

38、瓷基复合材料三、陶瓷基复合材料陶瓷材料具有耐高温、抗氧化、耐磨、耐腐蚀等特性，但陶瓷材料具有耐高温、抗氧化、耐磨、耐腐蚀等特性，但都很脆，不能承受剧烈的机械冲击和热冲击。制成复合都很脆，不能承受剧烈的机械冲击和热冲击。制成复合材料的主要目的是提高韧性，同时强度和模量也有一定材料的主要目的是提高韧性，同时强度和模量也有一定程度的增加。程度的增加。（一）陶瓷基复合材料的成型工艺（一）陶瓷基复合材料的成型工艺 纤维增强陶瓷基复合材料的制造通常包括将纤维加入基纤维增强陶瓷基复合材料的制造通常包括将纤维加入基体和复合及基体的固结两个过程，制造高性能陶瓷复合体和复合及基体的固结两个过程，制造高性能陶瓷复合

39、材料最广泛使用的方法是材料最广泛使用的方法是热压法热压法。常用复合材料常用复合材料陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料 1、纤维的加入和定向、纤维的加入和定向 在制造复合材料时必须控制纤维的体积含量、方向在制造复合材料时必须控制纤维的体积含量、方向和分布。和分布。2、热压、热压 粉末的粒度分布、温度和压力等工艺参数对用热压粉末的粒度分布、温度和压力等工艺参数对用热压法制造的复合材料的性能起着关键作用，因为它们决定法制造的复合材料的性能起着关键作用，因为它们决定着纤维的损伤、基体的孔隙率以及纤维着纤维的损伤、基体的孔隙率以及纤维基体的结合强基体的结合强度。度。（二）陶瓷基复合材料的基本性能及影（二）陶瓷

40、基复合材料的基本性能及影响因素响因素 陶瓷基复合材料在保持陶瓷材料强度高、陶瓷基复合材料在保持陶瓷材料强度高、硬度大、耐高温、抗氧化、耐磨损、耐腐蚀、硬度大、耐高温、抗氧化、耐磨损、耐腐蚀、热膨胀系数和比重小等优点的同时，还具备韧热膨胀系数和比重小等优点的同时，还具备韧性大这一显著优点，弥补了陶瓷材料脆性大这性大这一显著优点，弥补了陶瓷材料脆性大这一突出弱点。一突出弱点。陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料（三）陶瓷基复合材料的应用（三）陶瓷基复合材料的应用 陶瓷基复合材料具有高的比强度和比模量，韧性好，在陶瓷基复合材料具有高的比强度和比模量，韧性好，在要求质量轻的空间及高速切削方面的应用很有前景。要

41、求质量轻的空间及高速切削方面的应用很有前景。在军事上和空间应用上陶瓷基复合材料可作导弹的雷达在军事上和空间应用上陶瓷基复合材料可作导弹的雷达罩，重返空间飞行器的天线窗，装甲、发动机零部件，罩，重返空间飞行器的天线窗，装甲、发动机零部件，换热器，气轮机零部件，专用燃烧炉内衬，轴承和喷嘴换热器，气轮机零部件，专用燃烧炉内衬，轴承和喷嘴等。等。陶瓷基复合材料耐蚀性优异，生物相容性好，可用作生物陶瓷基复合材料耐蚀性优异，生物相容性好，可用作生物体材料。体材料。陶瓷基复合材料可作切削刀具。陶瓷基复合材料可作切削刀具。陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料复习思考题复习思考题1、复合材料如何命名？并举出一些实例。、复合材料如何命名？并举出一些实例。2、复合材料聚合物基体选用原则有哪些？、复合材料聚合物基体选用原则有哪些？3、碳纤维表面处理的目的是什么？有哪几种方法？、碳纤维表面处理的目的是什么？有哪几种方法？4、聚合物基复合材料的基本性能有哪些？并举例说明其、聚合物基复合材料的基本性能有哪些？并举例说明其应用。应用。5、金属基复合材料的特性有哪些？、金属基复合材料的特性有哪些？