12复合材料的性能.ppt

1.2 复合材料的性能 1.2.1 力学性能 1）比强度和比刚性 复合材料一直向着轻量、高强度、高刚性的方向发展。材料的比强度和比刚性分别是强度(?)和刚性(E)与比重(?)的比值（?/?, E/?）。它表示了单位重量的材料特性，常用来作为比较不同材料间性能的指标。 比强度=强度/比重 比强度量纲=（g/cm2）/(g/cm3)=cm 各种材料的比强度、比刚性的比较 各类材料的比强度与比刚性 材料的比强度随年代的变化 2）耐热性 在复合材料的发展中，另一个重要的目标是耐热性的提高。从高分子基复合材料向金属基复合材料的转移就是为了适应这一需求。即使是在高分子基复合材料领域，也由原来的环氧树脂向着高耐热性树脂或PEEK(Poly-ether-ether-keton)、PES(Poly-Ether-Sulphon)等耐热热塑性树脂发展。PMC（树脂基）为450K，MMC（铝基）为600K，CMC（碳基）为2300K。在复合材料领域，陶瓷基复合材料的极限耐热温度是很高的，这主要是由于陶瓷本身就具有高的耐热性。在进行复合化时，除保持其高耐热性、高刚性和一定程度的高强度之外，还应力争获得其它方面的优异性能。 各类材料的耐热温度 陶瓷与金属的断裂韧性 陶瓷与金属的晶体结构的比较 1.2.2 物理性能 力学性能（强度、韧性等）以外的性能 光、电、磁、热、辐射等 由基体与“功能体”（强化体，一种或多种）所构成 基体的作用：粘结、赋形、对性能的影响 物理性能可具有乘积（传递）效应 通过复合能够使材料达到物理性能的高优值 1.3 复合材料新的生长点与领域 1.3.1 未来复合材料发展的新领域 该领域的科学性 满足时代的需求 体现特色与优势 1）功能、多功能、机敏、智能复合材料 2）纳米复合材料 3）仿生复合材料 复合材料的可设计度大，更适合于发展功能材料。复合材料所具有的复合效应也为功能材料的研究与开发提供了广阔的途径。 （2）多功能复合材料 （3）机敏复合材料 （4）智能复合材料 是功能复合材料的高级形式 机敏复合材料 + 自决策能力 具有人工智能系统 可对外部信息详细分析并做出决策 指挥执行材料做出优化动作 传感部分与执行部分具有高的灵敏度、精确度和响应速度 是本世纪所追求的目标 2）纳米复合材料 3） 仿生复合材料 向天然材料学习 竹子：管式纤维、外密内疏、正反螺旋形排列 贝壳：无机质与有机质层状交替叠层，高强韧 骨骼：表面坚硬光滑，内部疏松的粘弹性体 树木：定向排列的纤维结构，长寿命的秘密 藤、蔓、稻草：天然的优质纤维材料 适应自然环境、优胜劣败、信息丰富、道理深奥 1.3.2 基础理论,设计与制备方法,开拓与创新 复合材料迅速且稳步发展的前提 深入研究基础问题 提高设计水平 创造新的制备方法 1）复合材料的基础理论问题 界面 界面的重要性 复合材料中特有且重要的问题 性能受界面组织结构的影响极大 研究内容 对界面结构进行仔细的考察 提高与完善表征方法 优化设计与界面改性 充分认识界面应力 功能材料的界面的功能传递行为 2）新的设计与制备方法 新的设计方法 计算与信息技术的高度发展 虚拟设计 计算机模拟 新的制备方法 新制备技术：树脂迁移膜塑法、含增强体的注射成形、电子束固化 新的复合技术： 原位复合 自蔓燃高温合成 梯度功能材料 应用举例 航空航天 电子信息 建筑 汽车 农业 生物材料 体育运动 航空航天 r-4直升机旋翼材料结构技术经历了几个阶段：40年代至50年代为金属木翼混合结构，50年代中期至60年代中期为金属结构，60年代中期至70年代中期为玻璃纤维结构，70年代中期以后发展成为新型复合材料结构。 速度为音速5倍的超音速和高超音速客机能容纳250位乘客，飞行速度约11100千米/小时。由于速度快，飞机外壳将发热到350摄氏度，用复杂的碳复合材料来代替原有的材料。预计2030年这种飞机可以投入使用。 (俄罗斯) 美国的无人驾驶飞机完全独立飞行，计算机自动控制。飞行高度可达20362米，在空中可停留几昼夜。采用了最现代化的超轻复合材料。机翼翼展61米，用环氧树脂的形成蜂窝结构的石墨纤维制造。 美国贝奇飞机制造公司制造出世界上第一架全复合材料密封飞机。它使用了耐热性能好的碳纤维层，中间夹有环氧化物。石墨和环氧化物的保护层包裹着一种蜂窝状材料。由2600个部件组成，部件少也降低了发生事故的概率。这种新型复合材料飞机具有重量轻、航速快等优越性。 印度研制成功高级轻型直升机，它采用合成材料，如玻璃纤维环氧树脂合成材料，芳族聚酰胺纤维环氧基树脂合成材料等。航速可达250千米/小时，飞机重量约4000千克，总寿命400