复合材料第一章 绪论幻灯片.ppt

课程基本内容 总论（4） 增强体（4） 聚合物基复合材料（6） 金属基复合材料（6） 陶瓷基复合材料（6） 碳基复合材料（4） 复合材料课程涉及三大问题 为什么要复合？ 咋样复合？ 复合后会如何？ 课程学习要求 掌握重要概念 熟知复合原理 了解制备方法 清楚复合原因 了解复合效果 1.2 复合材料组成 基体 增强体 界面（相） 复合材料基体及作用 复合材料的基体是复合材料中的连续相。 起到将增强体黏结成整体，并赋予复合材料一定形状； 传递外界作用力； 保护增强体免受外界环境侵蚀的作用。 基体分类 聚合物基体 金属基体 陶瓷基体 增强体分类 颗粒增强体：脆性颗粒、延性颗粒 纤维增强体：连续纤维、短切纤维 晶须增强体：陶瓷晶须、金属晶须、有机晶须 片材增强体：金属片材、有机片材 界面相（interphase） 复合材料中增强体与基体接触构成的界面，是一层具有一定厚度（纳米以上）、结构随基体和增强体而异的、与基体和增强体有明显差别的新相—界面相。复合材料之所以能够通过协同效应表现出原有组分所没有的独特性能与界面有着非常直接的关系。界面具有不同于基体和增强体的结构和性能，同时又具有一定的厚度，为此经常将其视为复合材料中的一种新相—界面相。 界面相的作用 传递作用 界面能传递力，即将外力传递给增强物，起到基体和增强体之间的桥梁作用。 阻断作用 结合适当的界面有阻止裂纹扩展、中断材料破坏、减缓应力集中的作用。 保护作用 界面相可以保护增强体免受环境的侵蚀、防止基体与增强体之间的化学反应，以免损伤增强体。 1.5 复合材料增强原理 颗粒增强原理-位错绕过理论 连续纤维增强原理-混合法则(层板理论） 短切纤维增强原理-剪滞模型 颗粒增强原理-位错绕过理论 短纤维增强原理-剪滞模型 混合法则 * * * 延性颗粒增强体 （Ductile Particle Reinforcement） 主要为金属颗粒，加入到陶瓷基体和玻璃陶瓷基体中增强其韧性 如Al2O3中加入Al，WC中加入Co等。 金属颗粒的加入使材料的韧性显著提高，但高温力学性能会有所下降。 * Chapter 9 Composites 9.6 复合材料的成型工艺 9.6.1 聚合物基复合材料的成型工艺 ——聚合物基复合材料的性能在纤维与树脂体系确定后，主要决定于成型工艺。 成型工艺包括两方面 成型，即将预浸料按产品的要求，铺置成一定的形状，一般就是产品的形状， 固化，即使已铺置成一定形状的叠层预浸料，在温度、时间和压力等因素影响下使形状固定下来，并能达到预计的性能要求。 * Chapter 9 Composites 目前在生产中采用的成型工艺方法有： 手糊成型—显法铺层 真空袋压法成型 压力袋成型 树脂注射和树脂传递成型 喷射成型 真空辅助树脂注射成型 夹层结构成型 模压成型 * Chapter 9 Composites 注射成型 挤出成型 纤维缠绕成型 拉挤成型 连续板材成型 层压或卷制成型 热塑性片状模塑料热冲压成型 离心浇铸成型 * Chapter 9 Composites 挤出成型示意图1-转动机构；2-止推轴承；3-料斗；4-冷却系统；5-加热器；6-螺杆；7-机筒；8-滤板；9-机头孔型 * 9.6.2 金属基复合材料的成型技术 工艺研究主要内容： 金属基体与增强材料的结合和结合方式； 金属基体/增强材料界面和界面产物在工艺过程中的形成及控制； 增强材料在金属基体中的分布； 防止连续纤维在制备工艺过程中的损伤； 优化工艺参数，提高复合材料的性能和稳定性，降低成本。 * Chapter 9 Composites 根据各种方法的基本特点把金属基复合材料的制备工艺分为四大类： ① 固态法； ② 液态法； ③ 喷射与喷涂沉积法； ④ 原位复合法。 * Chapter 9 Composites 常用的金属基复合材料制备工艺 * Chapter 9 Composites 雾化金属液滴与颗粒共沉积示意图 * Chapter 9 Composites 9.6.3 陶瓷基复合材料的制备工艺 1．纤维增强陶瓷基复合材料的制备 1）泥浆烧铸法 这种方法是在陶瓷泥浆中把纤维分散，然后浇铸在石膏模型中。这种方法比较古老，不受制品形状的限制，但对提高产品性能的效果不显著，成本低，工艺简单，适合于短纤维增强陶瓷基复合材料的制作。 * Chapter 9 Composites 2） 热压烧结法 将长纤维切短（＜3mm），然后分散并与基体粉未混合，再进行热压烧结。这种短纤维增强体在与基体粉末混合时取向是无序的，但在冷压成型及热压烧结过程中，短纤维在基体压实与致密化过程中沿压力方向转动，导致在最终制得的复合材料中短纤维沿加压面择优取向