《材料化学》第8章复合材料.pptx

第8章复合材料;;知识要点;;【引例】;这一新技术的实现，使材料器件的研制一气呵成，不但大大节省了单晶材料，更重要的是使半导体集成电路达到高速化、高密度化，也提高了可靠性，同时为微电子工业中的三维集成电路的设想提供了实施的可能性。

这类半导体薄膜复合材料，特别是硅薄膜复合材料已开始用于低功耗、低噪声的大规模集成电路中，以减小误差，提高电路的抗辐射能力。在三维电路研制中，着眼于把传感器、移位寄存器、存储器等在空间叠加起来，以便完成更复杂的功能。

;;§8.1复合材料的概述;在复合材料中，连续的一相称为基体相；分散的、被基体相包容的一相称为分散相或增强相。增强相与基体相之间的界面称为界面相，复合材料的各个相在界面附近可以物理的分开。即复合材料是由基体相、增强相和界面相组成的多相材料，复合材料的结构示意图见图8-2。;图8-2复合材料的结构示意图;此外还有专指某些范围的名称，如通用复合材料、现代复合材料等。

通用复合材料指普通玻璃纤维、合成或天然纤维增强树脂复合材料，大多用于要求不高而用量较大的场合。

现代复合材料比通用复合材料有更高的性能，包括聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、玻璃基复合材料、碳基复合材料，及具有其他性能的结构复合材料和功能复合材料。结构复合材料大多用于承力结构材料，由承受载荷的增强体及联接增强体、传递力作用的基体构成。;1.复合材料的分类;（4）按增强纤维类型分类

①碳纤维复合材料；②玻璃纤维复合材料；

③有机纤维复合材料；④陶瓷纤维复合材料；

⑤金属纤维复合材料

（5）按用途分类：

航空材料、耐烧蚀材料、电工材料、建筑材料、包装材料等。

（6）按物理性质分类：

绝缘材料、磁性材料、透光材料、半导体材料、导电材料、耐高温材料。;3.复合材料的命名;有时为突出增强相和基体相，根据强调的组分不同，可简称为“金属基复合材料”或“环氧树脂基复合材料”。碳纤维与金属基体构成的复合材???称为“金属基复合材料”，也写作“碳/金属复合材料”。碳纤维和碳构成的复合材料称为“碳/碳复合材料”。

近些年来，出现了以陶瓷材料为基体，以颗粒、晶须和纤维为分散相的复合材料，由于陶瓷具有较好的力学性能，将第二相材料加入陶瓷基体，可以增加韧性，但对陶瓷基复合材料通常仍称为“××增强陶瓷基复合材料”。;4.复合材料的特点;③复合优越性

复合材料是由各组分材料经过复合工艺形成的，不是几种材料的简单混合，而是按复合效应形成新的性能，这种复合效应是复合材料仅有的。

④性能分散性

复合材料组分在制备过程中存在物理和化学变化，过程非常复杂，因此构件的性能对工艺方法、工艺参数、工艺过程等依赖性较大，同时由于在成型过程中很难准确地控制工艺参数，所以一般来说复合材料构件的性能分散性比较大。

;§8.2复合材料的基体;8.2.1金属基体材料;金属基体的选择对复合材料的性能起决定性作用，金属基体的密度、强度、塑性、导热等均将影响复合材料的比强度、比刚度、耐高温、导热、导电等性能。因此在设计和制备复合材料时，需充分了解和考虑金属基体的化学、物理特性及与增强物的相容性等。;可以作为金属基复合材料的金属材料、合金材料非常多，比较常见的包括铝及铝合金、镁合金、铁合金、镍合金等。在选择基体时需作多方面考虑。

(1)金属基复合材料的使用要求

这是选择金属基体材料最重要的依据，不同应用领域和工况条件对复合材料构件的性能要求有很大的差异。在航天、航空技术中高比强度、比模量、尺寸稳定性是最重要的性能要求，作为飞行器和卫星构件宜选用密度小的轻金属合金-镁合金和铝合金作为基体，与高强度、高模量的石墨纤维、硼纤维等组成石墨/镁、石墨/铝、硼/铝复合材料，用于航天飞行器、卫星的结构件。

;工业集成电路需要高导热、低膨胀的金属基复合材料作为散热元件和基板。选用具有高热导率的银、铜、铝等金属为基体与高导热、低热膨胀的超高模量石墨纤维、金刚石纤维、碳化硅颗粒复合成的金属基复合材料，可成为高集成电子器件的关键材料。;(2)金属基复合材料的组成特点

增强相的性质和增强机理也将影响基体材料的选择，对于连续纤维增强金属基复合材料，纤维是主要的承载物体，纤维本身具有很高的强度和模量，如高强度碳纤维最高强度已达到