最新复合材料的组成与结构教学讲义ppt.ppt

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1、复合材料的组成与结构3-5 复合材料的组成与结构(compositionandstructureofcomposites)3-5-1复合材料定义及分类(definitionandclassificationofcomposites)1.定义(P225页)(1)种类不同，性质差异很大的几种材料及其界面相（层）所组成（组成上）(2)多相固体材料（结构）(3)经设计复合而成（制备上）(4)通过复合效应获得原组份材料所不具备的性能，或产生性能协同作用，与简单混合有本质的区别（性能上）简言之：复合材料由连续基体相(matrixpha

2、se)和分散增强相(dispersephase)及界面相(interfacephase)所构成Section15.8---15.12复合材料系统组合分散相连续相金属材料无机非金属材料有机高分子材料金属材料金属纤维(丝)纤维金属基复合材料钢丝/水泥复合材料增强橡胶金属晶须晶须/金属基复合材料晶须/陶瓷基复合材料金属片材金属/塑料板无机非金属材料陶瓷纤维纤维/金属基复合材料纤维/陶瓷基复合材料晶须晶须/金属基复合材料晶须/陶基复合材料颗粒弥散强化合金材料粒子填充塑料玻璃纤维纤维/村脂基复合材料粒子碳纤维碳纤维/金属基复合材料纤

3、维/陶基复合材料纤维/树脂基复合材料炭黑颗粒/橡胶颗粒/树脂基复合材料有机高分子材料有机纤维纤维/树脂基复合材料塑料金属/塑料橡胶（2）复合材料的特性(character)一般特性：a.可设计性b.构件复合与成型一次性完成，整体性好c.性能分散性大，性能对工艺工程及工艺参数甚至一些偶然性因素都十分敏感，难以精确控制结构和性能d.复合效应（多种复合效应）(principleofcombinedaction)一般性能特点：a.比强度、比模量大b.破坏安全性高c.耐疲劳性好d.阻尼减震性好e.耐烧蚀性能好2.PMC的组成(1)基

4、体热固性基体(thermosettingmatrix)：i)熔体或溶液粘度低，易于浸渍与浸润，成型工艺性好ii)交联固化成网状结构，尺寸稳定性、耐热性好，但性脆iii)制备过程伴有复杂化学反应热塑性基体(thermoplasticmatrix)：i)溶体或溶液粘度大，浸渍与浸润困难，需较高温度和压力下成型，工艺性差ii)线性分子结构，抗蠕变和尺寸稳定性差，但韧性好iii)制备过程中伴有聚集态结构转变及取向、结晶等物理现象)(2)增强体主要有碳纤、玻纤维、芳纶纤维、硼纤维等树脂基体与增强体相容性、浸润性较差，多经过表面处理与

5、表面改性，浸润剂、偶联剂、涂复层的使用，使其组成复杂化。3.MMC(1)基体：Al、Mg、Ti、Ni等轻金属及其它们的合金（比强度、比模量高）(2)增强体：强度、模量和熔点远高于金属基体的金属或非金属材料。主要有：硼纤维、碳纤维、SiC纤维、Al2O3纤维钨丝、钢丝、不锈钢丝陶瓷颗粒、晶须等特点：保持金属材料特性外，与金属基体相比具有高强、高模、高韧性、高抗冲、尺寸稳定性好、抗疲劳性能好等特点，可沿用大部分金属成型加工方法，适合于用作中、高温结构材料。4.CMC(1)基体：氧化铝、氮化硅、碳化硅、玻璃等特种陶瓷陶瓷本身：高

6、模量、耐高温、耐化学腐蚀、耐磨、抗氧化等陶瓷致命缺点：性脆、抗热震性（抗热冲击性）差，抗震性差且对裂纹、气孔和混杂物等细微缺陷敏感，易突然失效(2)增强材料：碳纤维、硼纤维、α-Al2O3纤维、氧化铝-硼酸盐纤维钨丝、铌丝、不锈钢丝、SiC晶须、SiN4晶须、ZrO颗粒等，复合的目的不是提高模量与强度，而是对陶瓷基体增韧CMC仍以烧结成型为主，由于基体与增强体都具有高模量、高耐温特点，残余应力很大，导致微裂纹，因此，两相的CTE必须匹配,CMC适合于作高温结构材料，被称为“材料的梦想”。5.C/C复合材料化学组成单一，C

7、元素，但C的形态与结构十分复杂(1)基体碳：i)CVD碳；ii)树脂碳；iii)沥青碳(2)增强体：高性能碳纤维及其织物(3)性能特点：保持碳材料（石墨）的特性，如：密度低、低蠕变、高导热、低CTE、高抗热震性、高耐温、耐烧蚀等的同时，还具有高强、高模、抗疲劳、力学性能随温度升高而升高的特点缺点：高温下易氧化，材料多孔而疏松高温结构材料和耐烧蚀材料，近年发展很快。6.无机胶凝复合材料基体气硬性胶凝材料：只能在空气中不能在水中硬化。如石灰、石膏、镁质胶凝材料等水硬性胶凝材料：既能在空气中，又能在水中硬化（常称为水泥）。如：硅

8、酸盐水泥、锂酸盐水泥、硫酸铝水泥、磷酸盐水泥等。水泥的凝结硬化过程是一个复杂的物理和化学过程，硬化后的水泥是由晶体、凝胶体、未水化颗粒、游离水、气孔等组成的多相不均质结构体，这一结构特征——→材料抗拉强度低，冲击韧性差（性脆），易突然失效，不能作结构材料。增强纤维：金属纤维、无机纤维、合成纤维、植物纤维