复合材料概论重点.doc

第一章 总论 尖端科学技术对材料要求：减轻重量、提高强度、降低成本 玻璃钢（GFRP）玻璃纤维增强树脂基复合材料 基体材料：UP(不饱和聚酯)、EP（环氧树脂）、PF（酚醛树脂） 主要缺点：模量小，温度低 复合材料定义：由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料 复合目的：通过复合产生单一材料所不具有的新性能 CM组成：基体（连续相）；界面相；增强材料（分散相）纤维、颗粒状、片状 命名原则：增强材料+基体材料+复合材料 分类 按性能高低，通用、先进 按增强材料形态， 连续纤维、短纤维、粒状或碎片状、编织 材料作用，结构（作为承力结构，主要使用其力学性能的复合材料） 功能（除力学性能外还提供其它物理性能的复合材料） 基体材料 聚合物基复合材料（热固性树脂、热塑性树脂、橡胶） 金属基复合材料（铝基、钛基、镁基、铁基） 无机非金属基复合材料（陶瓷、玻璃、水泥） 碳基复合材料 CM优点 1叠加效应，最佳结构设计—增强体与基体性能的叠加互补—新的独特的多种性能材料 （最大特点）2 性能具有可设计性 改变材料的组分、结构、工艺方法、工艺参数等调节材料的性能 3 材料与构件制造的一致性 ——意义：减少零件数目，避免接头过多 ，降低应力集中；减轻质量，减少制造工序和加工量，降低成本 一次成型：根据构件形状设计模具，再根据铺层设计铺设增强体，使基体材料与增强体组合、固结后获得复合材料构件的制造过程。 二次加工：构件的连接；机械切削加工及坯件的进一步塑性变形 CM不足：（1）增强体和基体可供选择的范围有限; （2）工艺比较复杂，质量重复性不能完全保证; （3）成本较高 PMC（聚合物基）优点 比强度、比模量大 （纤维增强树脂基复合材料 耐疲劳性能好 ———————— (基体强韧性降低裂纹扩展速度 (纤维对裂纹阻隔作用，使裂纹尖端变纯或改变方向 减振性能好 原因：1自振频率高，不容易出现因共振而快速脆断的现象; 2 振动阻尼性强-非均质多相体系-纤维与基体界面-反射、吸收振动能量-振动很快衰减 过载安全性好纤维复合材料中，有大量独立纤维。当过载少量纤维断裂时，载荷会迅速重新分配，构件不会在瞬间完全失去承载能力而断裂 具有多种功能性耐烧蚀、摩擦、电绝缘、耐腐性等 很好的加工工艺性 多种生产成型方法：手糊、模压、缠绕、注射、拉挤、喷射、真空袋压法、离心浇铸、层压成型等 FRP：纤维增强热固性树脂复合材料 ——结构材料 FRTP：纤维增强热塑性树脂复合材料 ——功能材料 树脂基复合材料主要缺点：耐热性、老化、变质、传热性、尺寸稳定性较差 金属基MMC 定义：以金属及其合金为基体，与一种或几种金属或非金属增强相人工结合成的复合材料 增强材料无机非金属——陶瓷、碳、石墨、硼纤维 金属丝——W、Mo、Al、不锈钢 性能 高比强度、高比模量 在纤维增强金属基复合材料中，MMC的比强度、比模量明显优于金属材料 导热、导电性能好可使局部的高温热源和集中电荷很好扩散消除 热膨胀系数小，尺寸稳定性好 使用α小的材料不会因温度差造成变形 良好的高温性能 对温度变化和热冲击的敏感性低 耐磨性 陶瓷增强材料耐磨、硬度高、性能稳定 良好的疲劳性能和断裂韧性 不吸潮、不老化、气密性好 陶瓷基复合材料及主要性能（CMC） 制备CMC的主要目的，提高陶瓷的韧性 三种复合材料性能比较 使用温度 CMC MMC PMC 耐自然老化性能 CMC MMC PMC 导热性能 MMC CMC PMC 耐化学腐蚀性 CMC、PMC较好；MMC较差 成本 CMCMMCPMC 生产工艺 CMCMMCPMC 第二章 复合材料的基体材料 2．1金属材料 金属基复合材料组成特点 按增强材料不同分为连续增强型和非连续增强型 连续增强型 增强材料（长纤维）主要作用：承载组分 金属基体主要作用：粘接纤维、传递应力 基体选择原则：基体和纤维是否很好相容，能否最大限度发挥增强纤维的性能、作用 非连续增强型： 金属基体主要作用：主要承载组分，影响复合材料性能 基体选择原则：高强度基体 基体及合金元素选择原则：选择有利于基体与增强材料之间具有良好的润湿性、粘着力强，有利于界面均匀，同时又有利于形成一个适合的稳定界面的合金元素 控制界面反应的