《复合材料与纳米技术》课件.ppt

复合材料与纳米技术欢迎来到《复合材料与纳米技术》课程！本课程将带领您深入探索复合材料和纳米技术领域的奥妙，从基础知识到前沿应用，为您的学习和研究奠定坚实基础。

课程目标与学习要求课程目标1.掌握复合材料与纳米技术的理论基础和关键概念。2.了解复合材料和纳米材料的分类、性能、制备和应用。3.学习相关实验技术，培养科研能力。学习要求1.预习课本内容，认真听讲，积极思考。2.完成作业，参与课堂讨论，积极提问。3.独立或小组完成实验，撰写实验报告。

教材与参考资料介绍11.《复合材料学》（第五版），李德群主编，化学工业出版社22.《纳米材料科学》（第三版），何曼君等编著，科学出版社33.《纳米材料与纳米技术》（第二版），陈志明等编著，高等教育出版社

复合材料的基本概念复合材料由两种或多种不同材料组合而成，以获得单一材料无法达成的优异性能。基体材料为复合材料提供连续性，并作为增强材料的载体。增强材料提高复合材料的强度、刚度、韧性等性能。

复合材料的发展历史1古代早在古代，人们就已使用复合材料，例如草泥、砖瓦等。219世纪塑料、橡胶等合成材料的出现，推动了复合材料的发展。320世纪玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料等新型复合材料问世，应用领域不断拓展。421世纪纳米技术与复合材料相结合，推动了高性能复合材料的研制和应用。

复合材料的分类方法按基体材料分类聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等。按增强材料分类纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料、层状复合材料等。按结构分类片状复合材料、板状复合材料、管状复合材料等。

基体材料的类型与特点聚合物基体1.质量轻，强度高。2.成型性好，易于加工。3.耐腐蚀性能优异。4.韧性好，抗冲击性能强。5.价格相对低廉。金属基体1.强度高，刚度大。2.抗高温性能好。3.导电导热性能优异。4.价格较贵，加工难度较高。陶瓷基体1.耐高温性能极佳。2.耐腐蚀性能优异。3.硬度高，耐磨损。4.脆性大，易碎。

增强材料的种类纤维增强玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等。颗粒增强陶瓷颗粒、金属颗粒、碳纳米管等。层状增强石墨烯、碳纳米片等二维材料。

纤维增强材料详解玻璃纤维价格低廉，强度高，耐腐蚀性好，广泛应用于建筑、汽车等领域。碳纤维强度高，刚度大，耐高温性能优异，应用于航空航天、体育器材等领域。芳纶纤维耐高温性能好，抗冲击性能强，应用于防弹衣、防火服等领域。

颗粒增强材料详解陶瓷颗粒提高复合材料的硬度、耐磨性和耐高温性。1金属颗粒增强复合材料的强度、导电性和导热性。2碳纳米管提高复合材料的强度、韧性和导电性。3

层状复合材料结构1基体层提供连续性，承载增强层。2增强层增强复合材料的性能。3界面层连接基体层和增强层，传递应力。

复合材料的界面特性1界面强度决定增强材料与基体之间的结合力。2界面相容性影响增强材料在基体中的分散程度和界面结合力。3界面化学界面反应和界面相的形成，影响复合材料的性能。

界面结合机理机械咬合化学键合范德华力静电作用

界面改性技术表面处理通过化学或物理方法改变增强材料的表面特性，提高界面结合力。界面偶联剂在增强材料和基体之间形成桥梁，增强界面结合力。纳米粒子改性利用纳米粒子改性界面，提高复合材料的性能。

复合材料的力学性能1强度拉伸强度、弯曲强度、剪切强度等。2模量弹性模量、剪切模量、泊松比等。3韧性断裂韧性、冲击韧性等。4疲劳性能循环载荷下的性能变化。

弹性模量计算方法弹性模量(E)=应力(σ)/应变(ε)通过对复合材料进行拉伸或弯曲测试，可以得到应力和应变数据，进而计算出弹性模量。

强度预测模型经典模型1.混合法则：将复合材料的强度视为增强材料和基体材料强度的加权平均值。微观模型1.纤维断裂模型：考虑纤维在基体中断裂的模式。有限元模型1.利用有限元方法模拟复合材料的力学行为，预测强度性能。

断裂行为分析1裂纹扩展裂纹在复合材料中扩展的路径和模式。2断裂韧性复合材料抵抗裂纹扩展的能力。3断裂机理纤维断裂、界面剥离、基体断裂等。

疲劳性能研究疲劳寿命复合材料在循环载荷下所能承受的循环次数。疲劳裂纹扩展循环载荷下裂纹扩展速率的研究。疲劳强度复合材料在循环载荷下所能承受的最大应力。

复合材料的制备工艺手糊成型手工操作，适合小批量生产，成本低。模压成型在模具中压制成型，生产效率高，产品尺寸精度高。拉挤成型连续生产，适合生产长尺寸、形状复杂的制品。缠绕成型利用纤维预浸料缠绕成型，生产效率高，适合生产管状、壳体等制品。

手糊成型法配料将树脂、固化剂、填料等混合在一起。铺层将纤维预浸料或纤维布铺设在模具上。固化在常温或加热条件下进行固化。

模压成型工艺模具准备使用金属模具或复合材料模具。1材料准备使用预浸料或粉末材料。2压制成型在模具中施加压力，