天津大学材料学院功能与复合材料 第一讲 绪论.ppt

功能与复合材料 刘恩佐 材料科学与工程学院金属材料系25-C806 2013.8 E-mail: ezliu@tju.edu.cn 课程内容及教学目的 教学内容：本课程系统讲述各种功能复合材料的基本概念、相关理论、应用技术、发展趋势以及功能与复合材料领域不断涌现出的各种新发现和新观点等。课程共分9部分讲解，内容分别是功能复合材料简介、磁功能、电功能、光功能、热功能、摩擦功能、阻尼功能、防弹功能、抗辐射功能等功能复合材料。 教学目的：通过本课程的学习，使学生对功能与复合材料的制备、功能评价、应用及研究现状有一定的了解和掌握。本课程的任务是激发学生对功能与复合材料的兴趣，扩展学生的知识面，为学生将来更加深入的学习研究做准备。 教材及参考书目 教材： 《功能复合材料》张佐光著；化学工业出版社，2004年。 参考书目： “Electronic Properties of Materials”Editor: Rolf E. Hummel, Spinger Verlag, 2003. 《新型功能复合材料制备新技术》童忠良主编；化学工业出版社，2010年。 考核办法 课堂表现（出勤、回答问题）20% 报告 40% 期末考试 40% 新材料研究领域，功能材料占85% 863，973，国家自然科学基金：70% 第一章 绪论 天然材料 冶金材料 合成材料 复合材料 结构材料：能承受外加载荷而保持其形状和结构稳定的材料，具有优 良的力学性能。 功能材料： 具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、化学、 生物医学功能， 特殊的物理、化学、生物学效应 用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。 特点： 微观；聚集态和形态；元件为最终产品；利用现代科学技术、多学科交叉的知识密集型产物；制备技术 一、基本概念 第一节 概述 发现新的物质，测试新物质的结构和性能 由已知的物质，通过新的制备工艺，改善其显微结构，改善材料的性能 由已知的物质进行复合，制备出具有优良性能的复合材料 基体；功能体 应用面宽； 研制周期短； 附加值高； 小批量，多品种； 适于特殊用途 功能复合材料 结构复合材料 材料研究三个方向： 二、功能复合材料 除力学性能以外还提供其他物理性能并包括部分化学和生物性能的复合材料 1. 组成： 2. 特点： 3. 分类： 树脂基、金属基、陶瓷基、碳基 磁功能 电功能 光功能 热功能 摩擦 阻尼 防弹 抗辐射 功能： 基体： 三、功能复合效应 不是复合材料的特定性能，但是可通过复合材料的性能而反映。 加和效应、平均效应、相补效应、相抵效应 结构复合材料 功能复合材料：电导率、热导率 基体、纤维共同弹性变形 基体塑性屈服、纤维弹性变形 基体塑性变形、纤维弹性变形或基体、纤维共同塑性变形 复合材料断裂 阶段1： 阶段2： 1. 线形效应： 弹性模量： 2. 非线性效应：乘积效应、系统效应、诱导效应及共振效应 乘积效应 耦合函数F: 四、功能复合材料结构与性能的关系 复合度（compositivity）： 复合材料中各组元所占的体积或质量分数。 联结型(connectivity) ： 在复合结构中，各组元在三维空间自身相互联结的方式。 对称性(symmetry)： 材料各组元内部结构及其在空间几何配置上的对称特征。 标度(scale)： 活性组分的线度大小。 周期性（periodieity）： 复合材料中组元几何分布的周期特征。 复合材料可靠性 制备技术 如何制备出单分散性良好且表面具有所需亲和性能的单一材料 如何将这种材料与基体材料进行均匀混合、分散均匀，使材料在基体中仍以单个粒子稳定地存在 原位复合技术；梯度复合技术等 材料特性知识的缺乏； 材料性能的分散性； 制备工艺的不稳定性； 试验方法的不完善； 统计数据不足； 对复合材料性能随时间变化的规律和知识掌握不够 五、存在的问题 一、界面效应 第二节 功能复合材料的界面 复合材料的界面是指基体与增强相之间化学成分有显著变化的、构成彼此结合的、能起载荷传递作用的微小区域。 传递效应 阻断效应 不连续效应 散射和吸收效应 诱导效应 二、复合材料界面作用机理 界面发挥作用的微观机理 1. 界面浸湿理论 机械黏附：机械铰合现象，树脂固化后，大分子物进入粉粒、纤维的孔隙和不平的凹陷之中形成机械铰链。 浸湿吸附：范德瓦耳斯力的作用，使两相间进行黏附。 用表面张力表征： 润湿的热力学定义：固体与液体接触后能使体系的吉布斯自