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复合材料教案 Polymeric Composite Materials （讲稿） 殷立霞 冀州市职教中心 2012 年 8 月 第一讲 复合材料概论 一、材料的发展与人类社会的进步 材料是人类社会进步的物质基础和先导，是人类进步的里程碑。综观人 类发展和材料发展的历史，可以清楚地看到，每一种重要材料的发现和利用 都会把人类支配和改造自然的能力提高到一个新的水平，给社会生产力和人 类生活带来巨大的变化。材料的发展与人类进步和发展息息相关。一万年 前，人类使用石头作为日常生活工具，人类进入了旧石器时代，人类战争也 进入了冷兵器时代。 7000 年前人类在烧制陶器的同时创造了炼铜技术，青铜 制品广泛地得到应用，同时又促进了人类社会发展，人类进入了青铜器时 代。同时火药的发明又使人类战争进入了杀伤力更强的热兵器时代。 5000 年 前人类开始使用铁，随着炼铁技术的发展，人类又发明了炼钢技术。十九世 纪中期转炉、平炉炼钢的发展使得世界钢产量迅猛增加，大大促进了机械、 铁路交通的发展。随着二十世纪中期合金钢的大量使用，人类又进入钢铁时 代，钢铁在人类活动中起着举足轻重的作用。核材料的发现，又将人类引入 了可以毁灭自己的核军备竞赛，同时核材料的和平利用，又给人类带来了光 明。二十世纪中后期以来，高分子、陶瓷材料崛起以及复合材料的发展，又 给人类带来了新的材料和技术革命，楼房可以越盖越高、飞机越飞越快，同 时人类进入太空的梦想成为了现实。 当前 材料、能源 、 信息 是现代科技的三大支柱，它会将人类物质文明推 向新的阶段。 二十一世纪将是一个新材料时代。 二、 复合材料的提出 现代高科技的发展更紧密地依赖于新材料的发展；同时也对材料提出 了更高、更苛刻的要求。在现代高技术迅猛发展的今天，特别是航空、航天和 海洋开发领域的发展，使材料的使用环境更加恶劣，因而对材料提出了越来越苛 刻的要求。例如，航天飞机等空间飞行器在飞行过程中要受到大气阻力、地球引 力、太阳辐射力、空间热环境、太阳风、宇宙射线、宇宙尘埃、流星、磁矩等的 作用。飞行器发动机还要受到其热环境、内流形成的气动力、结构振动、机件高 速转动、液体晃动、振荡燃烧和 POGO振动等非正常破坏力的作用。同时由于飞 行范围（ M数、飞行高度）的扩大、发动机的推力、比推力及推 / 重比大大提 高，导致了发动机压力比、涵道比、进口温度、燃烧室温度、 TIT 、转子转速等 也日益提高。由此构成的力、热、化学和物理等效应的作用，最终都要集中到构 成飞行器和发动机结构的材料上去，因此对材料的质轻、高强、高韧、耐热、抗 1 疲劳、抗氧化及抗腐蚀等特性也日益提出了更加苛刻的要求。 又如现代武器系统的发展对新材料提出了如下要求： 1 、高比强、高比模； 2 、耐高温、抗氧化； 3 、防热、隔热； 4 、吸波、隐身； 5 、全天候； 6 、高抗破甲、抗穿甲性； 7 、减振、降噪，稳定、隐蔽、高精度和命中率； 8 、抗激光、抗定向武器； 9 、多功能； 10 、高可靠性和低成本。 很明显，传统的单一材料无法满足以上综合要求，当前作为单一的金 属、陶瓷、聚合物等材料虽然仍在不断日新月异地发展，但是以上这些材 料由于其各自固有的局限性而不能满足现代科学技术发展的需要。例如， 金属材料的强度、模量和高温性能等已几乎开发到了极限；陶瓷的脆性、 有机高分子材料的低模量、低熔点等固有的缺点极大地限制了其应用。这 些都促使人们研究开发并按预定性能设计新型材料。 复合材料，特别是先进复合材料就是为了满足以上高技术发展的需求 而开发