1、第第 1章 绪论章 绪论2014-9-26复合材料原理复合材料原理主要内容材料的发展与人类文明进步1复合材料定义、种类、发展2复合材料特点与性能3本课程研究的范围4学习本课程的意义和要求5主要内容1. 什么是复合材料？2. 复合材料特点？一、材料的发展与人类文明一、材料的发展与人类文明现代文明生物技术信息技术能源技术材料科学与工程材料是现代文明的基石材料 、能源、信息和生物技术是现代科技四大支柱，将人类物质文明推向新阶段。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。一、材料的发展与人类文明一、材料的发展与人类文明材料是文明的标杆 石器时代 青铜时代 铁器时代信息时代一、材料的发展与
2、人类文明一、材料的发展与人类文明材料是文明的标杆一、材料的发展与人类文明一、材料的发展与人类文明材料是文明的标杆一、材料的发展与人类文明一、材料的发展与人类文明材料的发展复合材料是金属、陶瓷、高分子等均质材料发展的必然结果。一、材料的发展与人类文明一、材料的发展与人类文明材料的分类按化学组成（或基本组成）分类：1. 金属材料2. 无机非金属材料3. 高分子材料（聚合物）4. 复合材料一、材料的发展与人类文明一、材料的发展与人类文明材料的分类金属材料是由金属元素组成的材料。分为由一种金属元素组成的单质（纯金属）；由两种或以上金属元素或金属与非金属元素构成的合金。合金分为固溶体和金属间化合物 。金
3、属材料一、材料的发展与人类文明一、材料的发展与人类文明材料的分类无机非金属材料无机非金属材料是由硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐、磷酸盐、锗酸盐等原料和（或）氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物、卤化物等原料经一定的工艺制备而成的材料。是除金属材料、高分子材料以外所有材料的总称。与广义的陶瓷材料含义等同。无机非金属材料种类繁多，用途各异，目前还没有统一完善的分类方法。 一般分为传统的（普通的）和新型的（先进的）无机非金属材料两大类。 一、材料的发展与人类文明一、材料的发展与人类文明材料的分类 -无机非金属材料一、材料的发展与人类文明一、材料的发展与人类文明材料的分类有机高分子材料（高聚物） 高
4、聚物是由一种或几种简单低分子化合物聚合成的分子量很大的化合物。高聚物的种类繁多，性能各异，分类方法多样。按 来源 分为天然高分子材料和合成高分子材料；按 性能和用途 分为橡胶、纤维、塑料和胶粘剂等。 一、材料的发展与人类文明一、材料的发展与人类文明材料的分类复合材料 复合材料是由两种或两种以上化学性质或组织结构不同的材料组合而成。 是多相材料，主要包括基体相和增强相。 基体相是连续相材料，作用是把改善性能的增强相材料固结成一体，并传递应力；增强相起承受应力（结构复合材料）和显示功能（功能复合材料）的作用。复合材料既保持原材料的重要特色，又通过复合效应使各组分的性能互相补充，获得原组分不具备的许
5、多优良性能。 二、复合材料的定义、分类、发展二、复合材料的定义、分类、发展材料的分类 -复合材料碳纤维复合材料二、复合材料的定义、二、复合材料的定义、 分分 类、发展类、发展材料的分类 -复合材料二、复合材料的定义、二、复合材料的定义、 分分 类、发展类、发展材料的分类 -复合材料复合材料 -隐形飞机上的特殊材料复合材料产品在化工、石油、建筑、体育、国防、航空航天工业包括神州系列载人飞船等高端技术领域发挥重要作用二、复合材料的定义、二、复合材料的定义、 分分 类、发展类、发展材料的分类 -复合材料F-22军 用 飞 机二、复合材料的定义、二、复合材料的定义、 分分 类、发展类、发展材料的分类
6、-复合材料二、复合材料的定义、分类、发展二、复合材料的定义、分类、发展复合材料的定义复合材料由两种或两种以上不同性质的单一材料，通过不同复合方法得到的宏观多相材料。 是多相材料，主要包括基体相和增强相。 基体相是连续相材料，作用是把改善性能的增强相材料固结成一体，并传递应力；增强相起承受应力（结构复合材料）和显示功能（功能复合材料）的作用。复合材料既保持原材料的重要特色，又通过复合效应使各组分的性能互相补充，获得原组分不具备的许多优良性能。 区别于混合材料的特征是 多相结构，存在复合效应 。二、复合材料的定义、分类、发展二、复合材料的定义、分类、发展复合材料的组成l 复合材料主要由 基体和增强
7、体 （对功能材料称功能体）组成l 基体：连接增强体、传递载荷、分散载荷l 增强体：结构结构复合材料中主要起承受载荷的作用。l 功能体：赋予复合材料一定的物理、化学功能。二、复合材料的定义、二、复合材料的定义、 分分 类、发展类、发展复合材料分类（ 1）基体种类树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料。（ 2）增强材料形状：颗粒、晶须、纤维、织物类型 : 无机和有机材料（ 3）用途结构复合材料、功能复合材料。二、复合材料的定义、二、复合材料的定义、 分分 类、发展类、发展复合材料分类树脂基 基体材料 金属基陶瓷基 粒子状增强剂 纤维状层状聚脂树脂 飞机、汽车、 树脂基 ( 玻璃钢 ) 玻璃
8、纤维 船舶、建筑结构 金属复合 金属基 耐热纤维 航空、航天复合方式 基体陶瓷 Al2O3、 SiO2、 SiC、 陶瓷基 增强纤维 C、 SiC、 航空航天功能 功能体 换能、导电、导磁复合 基 体 屏蔽 吸波材料增强纤维 隐形飞机二、复合材料的定义、二、复合材料的定义、 分分 类、发展类、发展复合材料分类树脂基复合材料热固性树脂基复合材料环氧树脂复合材料酚醛树脂复合材料不饱和聚酯基复合材料双马来酰亚胺基复合材料脲醛基复合材料聚氨酯基复合材料热固型聚酰亚胺基复合材料三聚氰胺基复合材料有机硅基复合材料热塑性树脂基复合材料聚苯硫醚基复合材料聚醚酮复合材料聚砜基复合材料热塑性聚酰亚胺基复合材料聚醚
9、酰亚胺基复合材料聚甲醛基复合材料聚丙烯基复合材料聚四氟乙烯基复合材料聚碳酸酯基复合材料聚苯并咪唑基复合材料聚喹恶啉基复合材料二、复合材料的定义、二、复合材料的定义、 分分 类、发展类、发展树脂基复合材料特点l 聚合物基体及其复合材料性能特点 （ 1）密度低（ 2）耐腐蚀（ 3）易氧化，老化（ 4）耐热性较差，易降解和氧化（ 5）易燃（ 6）摩擦系数低（ 7）低的导热性和高的热膨胀性（ 8）电绝缘性好，静电积累（ 9）可整体着色（ 10）力学性能随分子结构变化二、复合材料的定义、二、复合材料的定义、 分分 类、发展类、发展复合材料分类基体材料的性能分类 名称 拉伸强度 杨氏模量 抗弯强度聚合物聚
10、丙烯 3341 MPa 1.2-1.4 GPa 41.455.1 MPa尼龙 66 81.3 MPa 3.13.2 GPa 98107.8 MPaABS 16.662MPa 0.72.8 GPa 24.893 MPa聚碳酸酯 65.7 MPa 2.22.4 GPa 96103.9 MPa金属08碳素钢 325 MPa 210 GPa铸铁 HT15-33 150 MPa 150160 GPa 330 MPa工业铝 L4 140 MPa 69 GPa陶瓷Al2O399.9% 300 MPa 370 GPa碳化钛 258 MPa 450 GPa烧结 SiC 300 MPa 410 GPa二、复合材料
11、的定义、二、复合材料的定义、 分分 类、发展类、发展复合材料分类 增强体增强体性能参数生产厂家 商品名及牌号 直径 m 密度 g/cm3 抗拉强度 MPa 弹性模量 GPaE玻璃纤维 915 2.6 3232 72日本东丽 T 300 碳纤维 7 1.76 3 500 230日本东丽 T一 1000 碳纤维 5 1.82 7060 294日本东丽 M60J 碳纤维 5 1 94 3820 5883M公司 Nextel 480 A12O3纤维 10-12 3.05 2275 224日本碳 (株 ) Nicalon SiC 纤维 1015 2.55 2450-2940 167-176美 AVCO
12、SCS-6SiC 纤维 140 3 4000 400法 SNPE B4C 涂复钨芯硼纤维 140 2.5 3700 400美 Kevlar49 芳纶纤维 12 1.44 1760 62(原 )苏联 APMOC 芳纶纤维 1.43 5000 150W丝 13 19.4 4020 407钢丝 13 7.74 4120 193- SiC晶须 0.11 3.85 70000 6000美杜邦公司 A12O3 晶须 20 3.95 379二、复合材料的定义、二、复合材料的定义、 分分 类、发展类、发展增强体l 玻璃纤维 直径 5-20m 主要用在对使用性能要求不高的场合。 优点：强度较高 （可达 2GPa） ，相对密度小 （ 2.4-2.7g/cm3） ，化学稳定性高，耐热性好； 缺点：脆性大，耐磨性差，纤维表面光滑不易与其它物质结合。 用途：可制成长纤维和短纤维，或织成布和毡。二、复合材料的定义、二、复合材料的定义、 分分 类、发展类、发展增强体玻璃纤维纱 玻璃纤维短切纱二、复合材料的定义、二、复合材料的定义、 分分 类、发展类、发展增强体玻璃纤维布玻璃纤维毡玻璃纤维带
