《材料科学基础》(第2版)第11章 复合材料.pptVIP

第 十 一 章 复 合 材 料 11.1复合材料概论 11.1.1复合材料的发展概况 11.1.2复合材料的命名和分类 11.2复合材料的增强体 11.2.1增强体的概念 11.2.2增强体的分类及原理 11.3金属基复合材料 11.3.1金属基复合材料的种类和性能 11.3.2金属基复合材料的制造工艺 11.4陶瓷基复合材料 11.4.1陶瓷基复合材料的种类 11.5聚合物基复合材料 11.5.1聚合物基复合材料的种类和性能特点 11.5.2几种常见的纤维增强体 11.1复合材料概论 11.1.1 复合材料的发展概况 20 世纪 60 年代以来，科学技术的发展，特别是尖端科学技术的突飞猛进，对材料的性能要求越来越高，在许多方面，传统的单相材料的性能已不能满足实际的需求。这就促进人们研究制备出由多相组成的复合材料，以提高材料的性能。把两种材料结合在一起，发挥各自的长处，又在一定程度上克服了它们固有的弱点，这统称为复合材料。 材料科学基础 第十一章 11.1.2 复合材料的命名和分类 复合材料的分类方法很多，常见的分类方法有以下几种。 按基体材料分类，复合材料包含如下几类。 1. 聚合物基复合材料 2. 金属基复合材料 3. 无机非金属基复合材料 按不同增强体形式分类，复合材料包含如下几类。 纤维增强复合材料 2. 颗粒增强复合材料 3. 片材增强复合材料 4. 叠层复合材料。 材料科学基础 第十一章 11.2复合材料的增强体 11.2.1增强体的概念 增强体是复合材料中能提高基体材料力学性能的组元物质，是复合材料的重要组成部分，它可以起着提高基体的强度、韧性、模量、耐热、耐磨等性能的作用。 作为复合材料的增强体应具有以下基本特性。 ① 增强体应具有能明显提高基体某种所需特性的性能 ② 增强体应具有良好的化学稳定性。 ③ 与基体有良好的润湿性 11.2.2增强体的分类及原理 1、纤维类增强体 在复合材料中，纤维增强的复合材料占有最重要的位置，以致在一般概念中讲复合材料实际上就是指纤维增强的复合材料。将强的刚硬的脆性纤维和塑性较好的基体复合在一起，可使材料具有很好的力学性能，如强度、刚度（特别是比刚度比强度），疲劳抗力等。纤维增强的复合材料中，纤维承受了绝大部分外载荷，而基体只是将力传给纤维，并保持一定的塑性和韧性。 材料科学基础 第十一章 2、连续长纤维增强的复合材料力学行为 1).荷载平行于纤维 等应变情况 材料科学基础 第十一章 2).载荷垂直于纤维 这是等应力情况 当载荷垂直于纤维时，用高弹性模量的纤维并不能有效地起到增强作用，是基体的弹性模量起主要作用，除非纤维体积分数很高，才产生较大的强化效果。 材料科学基础 第十一章 3、不连续纤维复合材料的力学性能 材料科学基础 第十一章 在不连续纤维中，临界纤维长度是一重要的力学参量，可看出： 1、当，最大纤维应力总是低于纤维的抗拉强度，纤维不会断裂。复合材料要发生破坏，除非是在纤维和基体的界面上或者是基体损坏。这种短纤维的强度潜力未充分发挥。 2、当，只有纤维中间部分的应力达到了纤维的抗拉强度（图2-7（c）），而纤维两端的承载能力没有充分发挥。 3、? 要使纤维增强的效果好，只有。 4、对给定的的纤维直径和纤维强度，尚可改变基体的抗剪强度来控制，可以加入一些偶联剂，使纤维与基体结合更牢固，，也就是增加了，从而减小了，而不必改变纤维的长度。 材料科学基础 第十一章 不连续纤维的强度总是低于连续纤维的值，但是只要，就能达到连续纤维强度水平的90%以上。 材料科学基础 第十一章 4、颗粒类增强体 近年来颗粒增强复合材料得到迅速发展，用于金属基、聚合物基和陶瓷基复合材料的增强颗粒主要是陶瓷颗粒，如 A1203 、 SiC 、 Si3N4、 TiC 、 B 、 C 、石墨和 CaCO3 。等。 A1203、 SiC 和Si3N4、等常用于金属基和陶瓷基复合材料，而石墨和 CaCO3 则常用于增强聚合物基复合材料。如A1203、SiC、 B4C 和石墨等颗粒已用于增强铝基、镁基复合材料，而 TiC、TiB2等颗粒已用于增强钛基复合材料。 材料科学基础 第十一章 11.3 金属基复合材料 11.3.1金属基复合材料的种类和性能 1. 按增强体类型分类 1）颗粒增强复合材料 2）层状复合材料 3）纤维增强复合材料 2、按基体类型分类 1）铝基复合材料 2）镍基复合材料 3）钛基复合材料 4）镁基复合材料 材料科学基础 第十一章 金属基复合材料的性能特征： 高比强度、比模量