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第十三章 复合材料 第十三章 复合材料 推荐参考书目： 1. 刘雄亚编著，《复合材料新进展》，化学工业出版社， 2007 ； 2. 车剑飞等编，《复合材料及其工程应用》，机械工业出版社，2006 ； 3. 周曦亚编，《复合材料》，化学工业出版社， 2005 ； 4. 冯端著，《材料科学导论》，科学出版社，1999； 5. 江苏省精品课程《新材料概论》网址：/xclgl 引言：无处不在的复合材料 复合材料在航天领域中的应用 国家技术发明一等奖（2004年） “高性能炭/炭航空制动材料的制备技术” “耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合材料” 攻克航天飞机隔热瓦技术难关 复合材料在航空领域的应用 复合材料在化工领域中的应用 复合材料在日常生活中的应用 复合材料在体育用品中的应用 13.1 复合材料概述 13.1.1 复合材料的定义 由两种以上不同的原材料组成，使原材料的性能得到充分发挥，并通过复合化而得到单一材料所不具备的性能的材料。 复合材料三个必要条件 13.1 复合材料概述 13.1.2 性能特点 13.1 复合材料概述 13.1.3 复合材料的分类 13.1 复合材料概述 按基体类型分类 13.1 复合材料概述 按增强体几何形状分类 13.1 复合材料概述 纤维增强型分类 13.2 增强材料 在复合材料中，凡是能提高基体材料力学性能的物质均称为增强材料。 纤维在复合材料中起增强作用，是主要的承力组分，还能减少收缩，提高热变形温度和低温冲击强度。 复合材料的性能很大程度上取决于增强材料的性能、含量及处理方法。 13.2 增强材料 13.2.1 玻璃纤维 13.2 增强材料 质地柔软，可以织成玻璃布，玻璃带。 玻璃纤维增强复合材料的机械强度、物理性 能、电性能及化学性能与玻璃的成分，直径 细度有直接关系。 13.2 增强材料 13.2.2 硼纤维 航空航天领域中，为获得高比强度和高比弹性模量，开发新型增强纤维------硼纤维。 硼的熔点在2000℃以上，硬度仅次于金刚石。 13.2 增强材料 硼纤维在航空航天领域的应用效益 航天飞机的机身衍架用硼／铝复合材料管材制造，取得减重20～66％的效果。 航天飞机货仓间隔支柱，可减重44％。 美国PW公司在JT8D发动机上用硼／铝复合材料取代钛合金，可减重10％。 13.2 增强材料 13.2.3 无机类晶须 晶须：截面积小于5.2×10-4㎝2，长径比在10～1000单晶体。 晶体结构完整、内部缺陷较少，其强度和模量均接近完整晶体材料的理论值，是目前发现的固体的最强形式。 是长在银、铜等金属上的象霉菌一样的东西，可以从溶液、熔液、固体中生成并生长，也可以通过气相反应来制取。 13.2 增强材料 13.2.4 碳纤维 碳纤维特点： 将有机纤维烧结后得到的一种含碳量在90％以上的纤维。其质轻而强度高，具有良好的润滑及耐磨性能，其价格约为硼纤维的十分之一。 制备方法 原料纤维制造、纤维稳定处理和高温碳化及石墨化烧结等工艺过程。 复合材料的制备方法 13.3 聚合物基复合材料 纤维增强热固性塑料 纤维增强热塑性塑料 13.3 聚合物基复合材料 热塑性塑料由于线胀系数较大、尺寸稳定性较差、刚性、耐疲劳性和某些机械强度尚不能满足结构材料的要求，大多数只能用作通用材料。 20世纪50年代，出现玻纤增强尼龙。60年代大规模生产。（玻璃钢） 纤维增强塑料（GFRP）用作输油管道 13.4 金属基复合材料 铝基复合材料 镁基复合材料 13.4.1 铝基复合材料的性能和应用 纤维增强铝基复合材料具有比强度、比模量高，尺寸稳定性好等一系列优异性能 ，目前主要用于航天领域，作为航天飞机、人造卫星、空间站等的结构材料。 13.4 金属基复合材料 硼－铝复合材料 是实际应用最早的金属基复合材料，美国和原苏联的航天飞机中的机身框架及支柱和起落架拉杆等都用硼－铝复合材料制成。 13.4 金属基复合材料 碳化硅－铝复合材料主要用作飞机、导弹、发动机的高性能结构件 氧化铝纤维增强铝基复合材料最成功的应用是丰田公司用来制造柴油发动机的活塞 、如活塞镶圈。 13.4.2 镁基复合材料的性能和应用 镁基复合材料是同类金属基复合材料中比强度和比模量最高的一种，但由于价格昂贵目前只用于航空航天部门。 含硼纤维40～45％的硼－镁复合材料的拉伸强度为1100～1200MPa，弹性模量220GPa，断裂伸长0.5％，泊松比0.25。 13.5 ? 陶瓷基复合材料 陶瓷复合材料以其具有的高强度、高模量、