工建材料学_第7章-先进复合材料-1.ppt

三、制备关键技术问题 避免发生不利的化学反应（特别是金属基复合材料） 改善增强材料与基体的润湿性 使增强材料按所需方向均匀地分布于基体中 第七章 先进复合材料 三大材料： 金属 无机非金属 有机高分子 复合材料： --由两种或两种以上化学性质或组织结构不同的材料组合而成的材料 1、先进复合材料概述 2、先进复合材料设计的基本原则 3、先进复合材料的制备技术 4、金属基复合材料及其制备 5、纳米复合材料及其制备 6、案例 7、先进复合材料发展方向 第一节 先进复合材料概述 一、复合材料的定义 复合材料是由两种或两种以上化学性质或组织结构不同的材料组合而成。复合材料是多相材料，包括基体相和增强相。 基体相——连续相，把改善性能的增强相固结成一体，并起传递应力的作用。 增强相——分散相，起承受应力（结构复合材料）和显示功能（功能复合材料）的作用。 纤维增强高分子复合材料 二、复合材料的分类 按基体分 聚合物基、陶瓷基、金属基。 按增强体分 按性能分 纤维增强、颗粒增强、晶须 增强、层状复合材料等。 结构复合材料、功能复合材料。 SiC颗粒 Al2O3片 Al2O3纤维 增强相三种类型 三、复合材料的结构 a) 单向纤维增强复合材料 b) 颗粒增强复合材料 c) 层状复合材料 d) 蜂窝夹心复合材料 e) 编织复合材料 f) 功能梯度复合材料 四、复合材料的性能特点 （1）比强度和比模量高：其中纤维增强复合材料最高。 （2）抗疲劳性能好：碳纤维增强材料疲劳强度可达屈服强度的70~80%，因纤维对疲劳裂纹扩展有阻碍作用。 （3）减振性能良好：复合材料中的大量界面对振动有反射吸收作用，不易产生共振。 （4）高温性能好。 四、复合材料的性能复合原则 在复合材料中，已知各组分材料的力学性能、物理性能的情况下，复合材料的力学性能和物理性能主要取决于组成复合材料的材料组分的体积百分比 纤维增强复合材料的弹性模量与纤维体积分量的关系 第二节 先进复合材料及性能特点 颗粒增强复合材料是将颗粒高度弥散地分布在基体中，使其发挥弥散强化作用（阻碍导致塑形变形的位错运动（金属基体）和分子链运动（聚合物基体））。 颗粒增强复合材料是各向同性的。 一、颗粒增强复合材料 颗粒增强SiC陶瓷基复合材料 颗粒增强铝基泡沫复合材料 碳黑增强橡胶 聚合物基颗粒增强复合材料如酚醛树脂中掺入木粉的电木、碳酸钙粒子改性热塑性塑料的钙塑材料。 陶瓷基颗粒增强复合材料如氧化锆增韧陶瓷等。 金属基颗粒增强复合材料又称金属陶瓷，是由钛、镍、钴、铬等金属与碳化物、氮化物、氧化物、硼化物等组成的非均质材料。 碳化物金属陶瓷作为工具材料已被广泛应用，称作硬质合金。硬质合金通常以Co、Ni作为粘结剂，WC、TiC等作为强化相。 硬质合金组织(Co+WC) 硬质合金铣刀 硬质合金主要有钨钴(YG)和钨钴钛(YT)两类。牌号中，YG后的数字为含Co量，YT后的数字为碳化钛含量。 硬质合金硬度极高，且热硬性、耐磨性好，一般做成刀片，镶在刀体上使用。 硬质合金模具 硬质合金轴承刀具 层状复合材料是指在基体中含有多重层片状高强高模量增强物的复合材料。 这种材料是各向异性的(层内两维同性)。如碳化硼片增强钛、胶合板等。 层状陶瓷复合材料断口形貌 三明治复合 二、层状复合材料 双金属、表面涂层等也是层状复合材料。 结构层状材料根据材质不同，分别用于飞机制造、运输及包装等。 有TiN涂层的高尔夫球头 层状复合 铝合金蜂窝夹层板 在纤维增强复合材料中，纤维是材料主要承载组分，其增强效果取决于纤维的特征、纤维与基体间的结合强度、纤维的体积分数、尺寸和分布。 纤维增强复合材料是指以各种金属和非金属作为基体，以各种纤维作为增强材料的复合材料。 纤维增强复合材料的力学性能是各向异性的。 纤维无规排列时，能获得基本各向同性的复合材料，纤维采用三维编织可获得各方向力学性能均优的材料。 三、纤维增强复合材料 纤维的种类和性能 （1）玻璃纤维：用量大、价格便宜。 （2）碳纤维：化学性能与碳相似。 （3）硼纤维：耐高温、强度、弹性模量高。 （4）金属纤维：成丝容易，弹性模量高。 （5）陶瓷纤维：用于高温、高强复合材料。 （6）聚乙烯纤维：韧性好、密度低。 （7）晶须：高强度，分为金属晶须和陶瓷晶须。 纤维增强常用于聚合物基复合材料。 通常指碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维增强增强高分子材料。 这类复合材料的性能较环氧树脂基体有大幅度提高，比强度也高很多。 a、纤维增强聚合物基复合材料 碳纤维增强聚合物基复合材料（CFRP）。 美国B-2隐形轰炸机表面为具有良好吸波性能的碳纤维符合材料 金属的熔点高，故高强度纤维增强后的金属基复合材料（MMC）可以使用在较高温的工作环境之下。 常用的基体金属材料有