复合材料PPT课件.pptx

1一、复合材料的概念国际标准化组织对复合材料的定义是：“由两种以上在物理和化学上不同的物质结合起来而得到的一种多相固体材料”。有些钢和陶瓷材料也可以看作是复合材料，但现代复合材料的概念主要是指经人工特意复合而成的材料，而不包括天然复合材料及钢和陶瓷材料这一类多相体系。第1页/共51页

2复合材料可以由金属材料、高分子材料和陶瓷材料中任两种或几种制备而成。复合材料的性能比组成材料的性能优越得多，改善或克服了组成材料的弱点；能够按零件的结构和受力情况进行最佳设计，创造单一材料不具备的双重或多重功能。复合材料有着极其广泛的应用，作为材料学科的一个专门学科只有几十年的时间。第2页/共51页

3汽车挡泥板：单独使用玻璃太脆，单独使用聚合物材料则强度低而且刚度满足不了要求。复合成玻璃纤维增强树脂得到了高强度、高韧性的新材料，而且质量小。自动控温开关：由温度膨胀系数不同的黄铜片和铁片复合成双金属片。温度变化时双金属片弯曲，接通或断开电触点。复合材料应用举例第3页/共51页

4二、复合材料的组成复合材料是多相体系，通常分成两个基本组成相：连续相：称为基体相，主要起粘接和固定作用。分散相：称为增强相，主要起承受载荷作用。此外，基体相和增强相之间的界面特性对复合材料的性能也有很大影响。第4页/共51页

5三、复合材料的分类第5页/共51页

6纤维增强相是具有强结合键材料或硬质材料（陶瓷、玻璃等），内部含微裂纹，易断裂，因而脆性大。将其制成细纤维可降低裂纹长度和出现裂纹的几率，使脆性降低，极大地发挥增强相的强度。??四、复合材料的复合原则（一）纤维增强复合材料复合原则1.纤维增强复合材料的强化机制第6页/共51页

7高分子基复合材料中纤维增强相有效阻止基体分子链的运动。金属基复合材料中纤维增强相有效阻止位错运动而强化基体。钨纤维铜基复合材料中的裂纹在铜中扩展受阻碳纤维环氧树脂复合材料断裂时纤维断口电子扫描照片第7页/共51页

8（1）纤维增强相是主要承载体，应有高的强度和弹性模量，且高于基体材料。（2）基体相起粘接剂作用，应对纤维相有润湿性，基体相应有一定塑性和韧性。（3）纤维增强相和基体相两者之间结合强度应适当：结合力过小，受载时容易沿纤维和基体间产生裂纹；结合力过高，会使复合材料失去韧性而发生危险的脆性断裂。2.纤维增强复合材料的复合原则第8页/共51页

9（4）基体与增强相热膨胀系数不能相差过大。（5）纤维相必须有合理的含量、尺寸和分布。（6）两者间不能发生有害的化学反应。第9页/共51页

103.常用增强材料（纤维—晶须）由熔融的玻璃经拉丝而成，可制成连续纤维和短纤维。由于其制取方便，价格便宜，是应用最多的增强纤维。具有不吸水、不燃烧、尺寸稳定、隔热、吸声、绝缘、能透过电磁波等特性，有良好的耐腐蚀性，除氢氟酸、浓碱、浓磷酸外，对其它溶剂有良好的化学稳定性。其缺点是脆性大，耐磨性差。（1）玻璃纤维第10页/共51页

11将有机纤维（如聚丙烯腈纤维、沥青纤维、棉纤维等）在惰性气氛中经高温碳化而制成的纤维。经石墨化处理的碳纤维又称为石墨纤维。（2）碳（石墨）纤维第11页/共51页

12碳纤维的比强度和比模量高，在无氧条件下2500℃弹性模量也不降低。碳纤维的耐热性、耐寒性好，热膨胀系数小，热导率高，导电性好。（石墨纤维的耐热性、导电性比碳纤维高，而且还有自润滑性。）碳纤维化学稳定性高，能耐浓盐酸、硫酸、磷酸、苯、丙酮等介质浸蚀。其缺点是脆性大，易氧化，与基体结合力差。第12页/共51页

13（3）硼纤维：用三氯化硼和氢气混合气在高温下将硼沉积到钨丝上制得的一种复合纤维。具有高强度、高弹性模量、高耐热性，在无氧条件下、1000℃弹性模量也不降低，还具有良好的抗氧化性和耐腐蚀性。其缺点是直径较粗，伸长率低，生产工艺复杂，成本高。（4）芳纶纤维：最大特点是比强度和比模量高，韧性好，具有优良的抗疲劳性、耐腐蚀性、绝缘性和加工性，且价格便宜。第13页/共51页

14（5）碳化硅纤维：以钨丝或碳纤维作纤芯，通过气相沉积法而制得；或用聚碳硅烷纺纱，烧结制得。（6）石棉纤维：是天然多晶质无机矿物纤维，主要有温石棉、青石棉和铁石棉，以温石棉用量最大。突出优点是具有优良的高温强度，主要用于增强金属和陶瓷。石棉具有耐酸、耐热、保温、不导电等特性。石棉应用的主要问题是粉尘大、对人体有害。第14页/共51页

15（7）氧化铝纤维：用有机物烧成法制成。它与金属基复合的材料可用常规金属加工方法制备。（8）晶须：直径为几个微米的单晶体，具有很高的强度。常用的有碳化硅、氧化铝、氮化硅等，但由于价格昂贵，使用受到限制。（9）其它纤维增强材料：棉、麻等天然纤维和尼龙、涤纶等合成纤维及其织物都可作为增强材料，但性能较差，只能用于一般要求的复合材料。第15页/共51页

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