復(fù)合材料概述

1、復(fù)合材料概述第六章：復(fù)合材料第六章：復(fù)合材料復(fù)合材料概述復(fù)合材料的基本理論復(fù)合材料的基本理論金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容復(fù)合材料概述復(fù)合材料概述復(fù)合材料概述什么是復(fù)合材料？什么是復(fù)合材料？復(fù)合材料是由兩種或兩種以上物理、化學(xué)、復(fù)合材料是由兩種或兩種以上物理、化學(xué)、力學(xué)性能不同的物質(zhì)，經(jīng)人工組合而成的多力學(xué)性能不同的物質(zhì)，經(jīng)人工組合而成的多相固體材料。相固體材料。復(fù)合材料概述復(fù)合材料的種類復(fù)合材料的種類復(fù)合材料復(fù)合材料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料功能復(fù)合材料功能復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料樹(shù)脂基復(fù)合材料樹(shù)脂基復(fù)合

2、材料水泥基復(fù)合材料水泥基復(fù)合材料導(dǎo)電導(dǎo)磁復(fù)合材料導(dǎo)電導(dǎo)磁復(fù)合材料阻尼吸聲復(fù)合材料阻尼吸聲復(fù)合材料屏蔽功能復(fù)合材料屏蔽功能復(fù)合材料摩擦磨損復(fù)合材料摩擦磨損復(fù)合材料復(fù)合材料概述復(fù)合材料的性能特點(diǎn)復(fù)合材料的性能特點(diǎn)比強(qiáng)度和比彈性模量高比強(qiáng)度和比彈性模量高抗疲勞與斷裂安全性能好抗疲勞與斷裂安全性能好良好的減震性能良好的減震性能良好的高溫性能良好的高溫性能大量的增強(qiáng)纖維對(duì)裂紋的擴(kuò)展起到阻礙作用大量的增強(qiáng)纖維對(duì)裂紋的擴(kuò)展起到阻礙作用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有較高的自震頻率，不易產(chǎn)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有較高的自震頻率，不易產(chǎn)生共振現(xiàn)象，具有一定的減震作用生共振現(xiàn)象，具有一定的減震作用增強(qiáng)纖維的熔點(diǎn)都很高，并且在高溫

3、下仍具有較增強(qiáng)纖維的熔點(diǎn)都很高，并且在高溫下仍具有較高的強(qiáng)度高的強(qiáng)度復(fù)合材料概述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的纖維種類纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的纖維種類纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中主要的新型纖維與晶須有：纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中主要的新型纖維與晶須有：碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、氧化鋁碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維以及碳化硅晶須、氧化鋁晶須纖維以及碳化硅晶須、氧化鋁晶須等。等。這些纖維與晶須的主要特點(diǎn)是：這些纖維與晶須的主要特點(diǎn)是：密度低、強(qiáng)度高、彈性模量高、線膨脹系數(shù)小密度低、強(qiáng)度高、彈性模量高、線膨脹系數(shù)小等等特點(diǎn)。特點(diǎn)。復(fù)合材料概述復(fù)合材料的發(fā)展趨勢(shì)復(fù)合材料的發(fā)展趨勢(shì)1。由宏觀復(fù)合向微觀復(fù)合發(fā)展

4、。由宏觀復(fù)合向微觀復(fù)合發(fā)展微纖增強(qiáng)復(fù)合材料、納米復(fù)合材料、分子復(fù)合材料微纖增強(qiáng)復(fù)合材料、納米復(fù)合材料、分子復(fù)合材料2。向多元混雜復(fù)合和超混雜復(fù)合發(fā)展。向多元混雜復(fù)合和超混雜復(fù)合發(fā)展例如兩種纖維的復(fù)合應(yīng)用，兩種基體的復(fù)合應(yīng)用等例如兩種纖維的復(fù)合應(yīng)用，兩種基體的復(fù)合應(yīng)用等3。由結(jié)構(gòu)復(fù)合為主向結(jié)構(gòu)復(fù)合與功能。由結(jié)構(gòu)復(fù)合為主向結(jié)構(gòu)復(fù)合與功能 復(fù)合并重的方向發(fā)展復(fù)合并重的方向發(fā)展功能復(fù)合材料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用等功能復(fù)合材料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用等復(fù)合材料概述復(fù)合材料的發(fā)展趨勢(shì)復(fù)合材料的發(fā)展趨勢(shì)4。由被動(dòng)復(fù)合向主動(dòng)復(fù)合材料發(fā)展。由被動(dòng)復(fù)合向主動(dòng)復(fù)合材料發(fā)展所謂被動(dòng)就是指在外界作用下材料只能被動(dòng)承受某種所謂被動(dòng)就是指在外界

5、作用下材料只能被動(dòng)承受某種作用或作出某種反應(yīng)。主動(dòng)材料就是指具備能自診斷、作用或作出某種反應(yīng)。主動(dòng)材料就是指具備能自診斷、自適應(yīng)和自修補(bǔ)作用材料。自適應(yīng)和自修補(bǔ)作用材料。5。由常規(guī)設(shè)計(jì)向仿生設(shè)計(jì)方向發(fā)展。由常規(guī)設(shè)計(jì)向仿生設(shè)計(jì)方向發(fā)展仿生設(shè)計(jì)就是利用某種生物體的特征，設(shè)計(jì)材料。仿生設(shè)計(jì)就是利用某種生物體的特征，設(shè)計(jì)材料。仿生設(shè)計(jì)可以參照生物體的功能機(jī)制設(shè)計(jì)出新的仿生設(shè)計(jì)可以參照生物體的功能機(jī)制設(shè)計(jì)出新的功能材料。功能材料。復(fù)合材料概述復(fù)合材料的基本理論復(fù)合材料的基本理論復(fù)合原理復(fù)合原理1。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的復(fù)合原理。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的復(fù)合原理Fc=cAc = fAf mAm。條件是復(fù)合材料中基體

6、是連續(xù)的、均勻的，纖維的性質(zhì)和條件是復(fù)合材料中基體是連續(xù)的、均勻的，纖維的性質(zhì)和直徑都是均勻的，且平行連續(xù)排列，同時(shí)纖維與基體間的直徑都是均勻的，且平行連續(xù)排列，同時(shí)纖維與基體間的結(jié)合為理想結(jié)合，在界面上不產(chǎn)生滑移。結(jié)合為理想結(jié)合，在界面上不產(chǎn)生滑移。c = fVfmVm。Ec = EfVfEmVm。外載荷與纖維方向一致外載荷與纖維方向一致復(fù)合材料概述復(fù)合材料的基本理論復(fù)合材料的基本理論復(fù)合原理復(fù)合原理1。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的復(fù)合原理。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的復(fù)合原理c= f = m。c = fVfmVm。1/Ec = Vf/EfVm/Em。外載荷與纖維方向垂直外載荷與纖維方向垂直復(fù)合材料概述復(fù)合材料

7、的基本理論復(fù)合材料的基本理論復(fù)合原理復(fù)合原理2。顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的復(fù)合原理。顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的復(fù)合原理c = pVpmVm。Ec = EpVpEmVm。Ec = EpEm/(EpVmEmVp)。上限值上限值下限值下限值復(fù)合材料概述復(fù)合材料的基本理論復(fù)合材料的基本理論增強(qiáng)機(jī)理增強(qiáng)機(jī)理纖維增強(qiáng)纖維增強(qiáng)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是指由高強(qiáng)度、高彈性模量的脆性纖維纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是指由高強(qiáng)度、高彈性模量的脆性纖維作增強(qiáng)體與韌性基體或脆性基體經(jīng)一定工藝復(fù)合而成的多作增強(qiáng)體與韌性基體或脆性基體經(jīng)一定工藝復(fù)合而成的多相材料。相材料。提高基體在室溫下和高溫下的強(qiáng)度和彈性模量。提高基體在室溫下和高溫下的強(qiáng)度和彈性模量。設(shè)

8、計(jì)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的目標(biāo)：設(shè)計(jì)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的目標(biāo)：復(fù)合材料概述復(fù)合材料的基本理論復(fù)合材料的基本理論纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的機(jī)理：纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的機(jī)理：1。微細(xì)的增強(qiáng)纖維因直徑較小，產(chǎn)生裂紋的幾率降低。微細(xì)的增強(qiáng)纖維因直徑較小，產(chǎn)生裂紋的幾率降低。2。纖維在基體中，彼此隔離，纖維表面受到基體的保，。纖維在基體中，彼此隔離，纖維表面受到基體的保，護(hù)，不易受到損傷，不易在承載中產(chǎn)生裂紋，增大承載力。護(hù)，不易受到損傷，不易在承載中產(chǎn)生裂紋，增大承載力。3。纖維在基體中，即使有些裂紋會(huì)斷裂，但基體能阻止。纖維在基體中，即使有些裂紋會(huì)斷裂，但基體能阻止裂紋擴(kuò)展。裂紋擴(kuò)展。4。由于基體對(duì)纖維的粘

9、結(jié)作用以及基體與纖維之間的摩擦。由于基體對(duì)纖維的粘結(jié)作用以及基體與纖維之間的摩擦力，使得材料的強(qiáng)度大大提高。力，使得材料的強(qiáng)度大大提高。復(fù)合材料概述復(fù)合材料的基本理論復(fù)合材料的基本理論增強(qiáng)纖維起到強(qiáng)化基體作用必要條件：增強(qiáng)纖維起到強(qiáng)化基體作用必要條件：1。增強(qiáng)纖維的強(qiáng)度和彈性模量應(yīng)比基體材料的高。增強(qiáng)纖維的強(qiáng)度和彈性模量應(yīng)比基體材料的高。2?；w與纖維之間要有一定的粘結(jié)力，并具有一定的強(qiáng)度。基體與纖維之間要有一定的粘結(jié)力，并具有一定的強(qiáng)度。3。纖維應(yīng)有一定的含量、尺寸和分布。纖維應(yīng)有一定的含量、尺寸和分布。4。纖維與基體之間的線膨脹系數(shù)相匹配。纖維與基體之間的線膨脹系數(shù)相匹配。5。纖維與基體之

10、間有良好的相容性。纖維與基體之間有良好的相容性。復(fù)合材料概述復(fù)合材料的基本理論復(fù)合材料的基本理論增強(qiáng)機(jī)理增強(qiáng)機(jī)理顆粒增強(qiáng)顆粒增強(qiáng)顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料是指由高強(qiáng)度、高彈性模量的脆性顆粒顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料是指由高強(qiáng)度、高彈性模量的脆性顆粒作增強(qiáng)體與韌性基體或脆性基體經(jīng)一定工藝復(fù)合而成的多作增強(qiáng)體與韌性基體或脆性基體經(jīng)一定工藝復(fù)合而成的多相材料。相材料。納米微細(xì)硬顆粒彌散增強(qiáng)，微米顆粒增強(qiáng)。納米微細(xì)硬顆粒彌散增強(qiáng)，微米顆粒增強(qiáng)。顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的種類：顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的種類：復(fù)合材料概述復(fù)合材料的基本理論復(fù)合材料的基本理論彌散強(qiáng)化復(fù)合材料中彌散顆粒種類彌散強(qiáng)化復(fù)合材料中彌散顆粒種類金屬氧化物金屬氧化物碳化

11、物碳化物硼化物硼化物復(fù)合材料概述復(fù)合材料的基本理論復(fù)合材料的基本理論顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的機(jī)理：顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的機(jī)理：彌散分布在金屬或合金中基體中的硬顆?？梢杂行У刈柚箯浬⒎植荚诮饘倩蚝辖鹬谢w中的硬顆?？梢杂行У刈柚刮诲e(cuò)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生顯著的強(qiáng)化作用。這種復(fù)合強(qiáng)化機(jī)制類似位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生顯著的強(qiáng)化作用。這種復(fù)合強(qiáng)化機(jī)制類似與合金的析出強(qiáng)化機(jī)理，基體乃是承受載荷的主體。與合金的析出強(qiáng)化機(jī)理，基體乃是承受載荷的主體。不同的是，這些細(xì)小彌散的硬顆粒并非借助于相變產(chǎn)生的不同的是，這些細(xì)小彌散的硬顆粒并非借助于相變產(chǎn)生的硬顆粒，他們?cè)跍囟壬邥r(shí)仍保持其原有尺寸，因而，增硬顆粒，他們?cè)跍囟壬邥r(shí)仍保持其原有尺寸，

12、因而，增強(qiáng)效果可在高溫下持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，使復(fù)合材料的抗蠕變性強(qiáng)效果可在高溫下持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，使復(fù)合材料的抗蠕變性能明顯優(yōu)于金屬或合金基體。能明顯優(yōu)于金屬或合金基體。復(fù)合材料概述復(fù)合材料的基本理論復(fù)合材料的基本理論增韌機(jī)理增韌機(jī)理纖維增韌纖維增韌由于定向、取向或無(wú)序排布的纖維加入，使得由于定向、取向或無(wú)序排布的纖維加入，使得復(fù)合材料的韌性得到顯著提高。復(fù)合材料的韌性得到顯著提高。復(fù)合材料概述復(fù)合材料的基本理論復(fù)合材料的基本理論單向排布長(zhǎng)纖維增韌機(jī)理單向排布長(zhǎng)纖維增韌機(jī)理單向排布長(zhǎng)纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料具有各向單向排布長(zhǎng)纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料具有各向異性，沿纖維長(zhǎng)度方向的縱向性能大大高于橫異性，沿纖維

13、長(zhǎng)度方向的縱向性能大大高于橫向性能。若材料中產(chǎn)生的裂紋平面垂直于纖維向性能。若材料中產(chǎn)生的裂紋平面垂直于纖維時(shí)，當(dāng)裂紋擴(kuò)展遇到纖維時(shí)，裂紋運(yùn)動(dòng)受阻，時(shí)，當(dāng)裂紋擴(kuò)展遇到纖維時(shí)，裂紋運(yùn)動(dòng)受阻，欲使裂紋繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，必須提高外加應(yīng)力。應(yīng)力欲使裂紋繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，必須提高外加應(yīng)力。應(yīng)力繼續(xù)增大，纖維與基體解離，纖維從基體中拔繼續(xù)增大，纖維與基體解離，纖維從基體中拔出、斷裂或轉(zhuǎn)向，從而使復(fù)合材料的韌性得到出、斷裂或轉(zhuǎn)向，從而使復(fù)合材料的韌性得到提高。提高。復(fù)合材料概述復(fù)合材料的基本理論復(fù)合材料的基本理論多維多向排布長(zhǎng)纖維增韌多維多向排布長(zhǎng)纖維增韌克服了單向長(zhǎng)纖維只在一個(gè)方向上性能得到提克服了單向長(zhǎng)纖維只在一個(gè)方向

14、上性能得到提高的弱點(diǎn)。多向長(zhǎng)纖維可實(shí)現(xiàn)陶瓷等脆性材料高的弱點(diǎn)。多向長(zhǎng)纖維可實(shí)現(xiàn)陶瓷等脆性材料在二維、三維方向上的性能提高。這種多維多在二維、三維方向上的性能提高。這種多維多向的排列方式有：向的排列方式有：1。將纖維編織成纖維布；。將纖維編織成纖維布；2。纖維分層單向排布，層間纖維成一定角度。纖維分層單向排布，層間纖維成一定角度。多維長(zhǎng)纖維增韌的機(jī)理與單向一樣，主要是通多維長(zhǎng)纖維增韌的機(jī)理與單向一樣，主要是通過(guò)纖維的斷裂、拔出或轉(zhuǎn)向提高韌性。過(guò)纖維的斷裂、拔出或轉(zhuǎn)向提高韌性。復(fù)合材料概述復(fù)合材料的基本理論復(fù)合材料的基本理論短纖維增韌機(jī)理短纖維增韌機(jī)理短纖維增韌復(fù)合材料的制備工藝比長(zhǎng)纖維的簡(jiǎn)短纖維

15、增韌復(fù)合材料的制備工藝比長(zhǎng)纖維的簡(jiǎn)便。通常是將長(zhǎng)纖維剪斷，再與基體粉體材料便。通常是將長(zhǎng)纖維剪斷，再與基體粉體材料混合、熱壓制得。在熱壓時(shí)，短纖維沿壓力方混合、熱壓制得。在熱壓時(shí)，短纖維沿壓力方向擇優(yōu)取向，產(chǎn)生性能上的各向異性。當(dāng)短纖向擇優(yōu)取向，產(chǎn)生性能上的各向異性。當(dāng)短纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)適當(dāng)時(shí)，復(fù)合材料的斷裂功顯著維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)適當(dāng)時(shí)，復(fù)合材料的斷裂功顯著提高，從而使斷裂韌性得到提高。提高，從而使斷裂韌性得到提高。復(fù)合材料概述復(fù)合材料的基本理論復(fù)合材料的基本理論晶須增韌機(jī)理晶須增韌機(jī)理晶須的增韌機(jī)理與纖維增韌機(jī)理基本相同，即晶須的增韌機(jī)理與纖維增韌機(jī)理基本相同，即主要靠晶須拔出橋連與裂紋轉(zhuǎn)向機(jī)制對(duì)

16、韌性提主要靠晶須拔出橋連與裂紋轉(zhuǎn)向機(jī)制對(duì)韌性提高產(chǎn)生貢獻(xiàn)。研究結(jié)果表明，晶須與界面的強(qiáng)高產(chǎn)生貢獻(xiàn)。研究結(jié)果表明，晶須與界面的強(qiáng)度直接影響復(fù)合材料的韌性。界面強(qiáng)度過(guò)高，度直接影響復(fù)合材料的韌性。界面強(qiáng)度過(guò)高，晶須與基體同時(shí)斷裂，限制了晶須的拔出；而晶須與基體同時(shí)斷裂，限制了晶須的拔出；而結(jié)合強(qiáng)度過(guò)低，晶須拔出功減小。這兩種情況結(jié)合強(qiáng)度過(guò)低，晶須拔出功減小。這兩種情況都對(duì)韌性的提高不利。都對(duì)韌性的提高不利。復(fù)合材料概述復(fù)合材料的基本理論復(fù)合材料的基本理論增韌機(jī)理增韌機(jī)理顆粒增韌顆粒增韌增韌的機(jī)理主要包括相變?cè)鲰g、裂紋轉(zhuǎn)向增韌的機(jī)理主要包括相變?cè)鲰g、裂紋轉(zhuǎn)向增韌和分叉增韌。增韌和分叉增韌。復(fù)合材料概

17、述復(fù)合材料的基本理論復(fù)合材料的基本理論相變?cè)鲰g相變?cè)鲰g通過(guò)相變產(chǎn)生的體積膨脹，產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，從通過(guò)相變產(chǎn)生的體積膨脹，產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，從而抵消外加應(yīng)力，阻止裂紋的擴(kuò)展，達(dá)到增韌而抵消外加應(yīng)力，阻止裂紋的擴(kuò)展，達(dá)到增韌的目的。的目的。復(fù)合材料概述復(fù)合材料的基本理論復(fù)合材料的基本理論裂紋轉(zhuǎn)向與分叉增韌裂紋轉(zhuǎn)向與分叉增韌裂紋在陶瓷材料中不斷擴(kuò)展，裂紋前沿遇到裂紋在陶瓷材料中不斷擴(kuò)展，裂紋前沿遇到高強(qiáng)度的顆粒的阻礙，使擴(kuò)展方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)高強(qiáng)度的顆粒的阻礙，使擴(kuò)展方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)和分叉，從而減小了裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度，和分叉，從而減小了裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度，提高材料的韌性。由于裂紋轉(zhuǎn)向和分叉不受提高材料的韌性。由于

18、裂紋轉(zhuǎn)向和分叉不受溫度的限制，這種增韌機(jī)理適用于高溫結(jié)構(gòu)溫度的限制，這種增韌機(jī)理適用于高溫結(jié)構(gòu)陶瓷。陶瓷。復(fù)合材料概述復(fù)合材料的界面復(fù)合材料的界面金屬基復(fù)合材料的界面金屬基復(fù)合材料的界面什么是界面？什么是界面？界面就是復(fù)合材料中基體與增界面就是復(fù)合材料中基體與增強(qiáng)材料之間的結(jié)合面。這種結(jié)合面是基體和強(qiáng)材料之間的結(jié)合面。這種結(jié)合面是基體和增強(qiáng)材之間發(fā)生相互作用和相互擴(kuò)散而形成增強(qiáng)材之間發(fā)生相互作用和相互擴(kuò)散而形成的。的。復(fù)合材料概述復(fù)合材料的界面復(fù)合材料的界面纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料界面的類型纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料界面的類型I。纖維與基體互不反應(yīng)、互不溶解的界面。纖維與基體互不反應(yīng)、互不溶解的界面

19、。II。纖維與基體不反應(yīng)、但相互溶解的界面。纖維與基體不反應(yīng)、但相互溶解的界面。III。纖維與基體反應(yīng)形成界面反應(yīng)層。纖維與基體反應(yīng)形成界面反應(yīng)層。復(fù)合材料概述復(fù)合材料的界面復(fù)合材料的界面界面結(jié)合的類型界面結(jié)合的類型I。機(jī)械結(jié)合：。機(jī)械結(jié)合：借助增強(qiáng)纖維表面凹凸不平的形態(tài)而產(chǎn)生的借助增強(qiáng)纖維表面凹凸不平的形態(tài)而產(chǎn)生的機(jī)械鉸合和基體與纖維之間的摩擦阻力形成。機(jī)械鉸合和基體與纖維之間的摩擦阻力形成。II。溶解與侵潤(rùn)結(jié)合：。溶解與侵潤(rùn)結(jié)合：液態(tài)金屬對(duì)增強(qiáng)纖維的侵潤(rùn)，而液態(tài)金屬對(duì)增強(qiáng)纖維的侵潤(rùn)，而產(chǎn)生的作用力，作用范圍只有若干原子間距大小。產(chǎn)生的作用力，作用范圍只有若干原子間距大小。III。反應(yīng)結(jié)合：

20、。反應(yīng)結(jié)合：基體與纖維之間形成界面反應(yīng)層?；w與纖維之間形成界面反應(yīng)層。IV?；旌辖Y(jié)合：?；旌辖Y(jié)合：上述三種形式的混合結(jié)合方式。上述三種形式的混合結(jié)合方式。復(fù)合材料概述復(fù)合材料的界面復(fù)合材料的界面陶瓷基復(fù)合材料的界面陶瓷基復(fù)合材料的界面在陶瓷基復(fù)合材料中，增強(qiáng)材料與基體之間的在陶瓷基復(fù)合材料中，增強(qiáng)材料與基體之間的結(jié)合同樣以機(jī)械結(jié)合、溶解與侵潤(rùn)結(jié)合、反應(yīng)結(jié)合同樣以機(jī)械結(jié)合、溶解與侵潤(rùn)結(jié)合、反應(yīng)結(jié)合和混合結(jié)合的方式進(jìn)行。界面的特性對(duì)復(fù)結(jié)合和混合結(jié)合的方式進(jìn)行。界面的特性對(duì)復(fù)合材料的性能起到舉足輕重的作用合材料的性能起到舉足輕重的作用。復(fù)合材料概述復(fù)合材料的界面復(fù)合材料的界面怎樣通過(guò)控制界面特征對(duì)

21、材料性能產(chǎn)生作用？怎樣通過(guò)控制界面特征對(duì)材料性能產(chǎn)生作用？1。改變?cè)鰪?qiáng)材料表面性質(zhì)。改變?cè)鰪?qiáng)材料表面性質(zhì)。2。向基體內(nèi)添加特定的元素。向基體內(nèi)添加特定的元素。3。在增強(qiáng)材料的表面施加涂層。在增強(qiáng)材料的表面施加涂層。復(fù)合材料概述金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料概述概述金屬基復(fù)合材料除具有與樹(shù)脂基復(fù)合材料相同的高強(qiáng)度、高金屬基復(fù)合材料除具有與樹(shù)脂基復(fù)合材料相同的高強(qiáng)度、高彈性模量和線膨脹系數(shù)小以外，還具有工作溫度高、不易燃彈性模量和線膨脹系數(shù)小以外，還具有工作溫度高、不易燃燒、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。但這類材料存在密度燒、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。但這類材料存在密度高、制作成本高、工藝復(fù)雜、

22、增強(qiáng)材與基體間易發(fā)生化學(xué)反高、制作成本高、工藝復(fù)雜、增強(qiáng)材與基體間易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)等缺點(diǎn)。應(yīng)等缺點(diǎn)。金屬基復(fù)合材料包括長(zhǎng)纖維增強(qiáng)、短纖維或晶須增強(qiáng)、顆金屬基復(fù)合材料包括長(zhǎng)纖維增強(qiáng)、短纖維或晶須增強(qiáng)、顆粒增強(qiáng)以及原位復(fù)合增強(qiáng)等粒增強(qiáng)以及原位復(fù)合增強(qiáng)等。復(fù)合材料概述金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料長(zhǎng)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料長(zhǎng)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料1。硼。硼/鋁復(fù)合材料鋁復(fù)合材料硼纖維高溫強(qiáng)度高，硼纖維高溫強(qiáng)度高，1500度時(shí)蠕變速率低。但高溫氧化后度時(shí)蠕變速率低。但高溫氧化后強(qiáng)度降低，所以一般在硼纖維表面涂覆一層強(qiáng)度降低，所以一般在硼纖維表面涂覆一層SiC或或B4C，防，防止纖維表面氧化。止纖維表面氧化。

23、復(fù)合材料概述金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料長(zhǎng)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料長(zhǎng)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料2。石墨。石墨/鋁復(fù)合材料鋁復(fù)合材料這種材料具有導(dǎo)電性高、摩擦系數(shù)小和耐腐蝕等特點(diǎn)。利用這種材料具有導(dǎo)電性高、摩擦系數(shù)小和耐腐蝕等特點(diǎn)。利用石墨纖維表面沉積石墨纖維表面沉積Ti/Bi涂層技術(shù)，可改善石墨纖維與液態(tài)涂層技術(shù)，可改善石墨纖維與液態(tài)鋁的濕潤(rùn)性，有效控制鋁與纖維的表面反應(yīng)，提高復(fù)合材料鋁的濕潤(rùn)性，有效控制鋁與纖維的表面反應(yīng)，提高復(fù)合材料的性能。的性能。復(fù)合材料概述金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料長(zhǎng)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料長(zhǎng)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料3。石墨。石墨/鎂復(fù)合材料鎂復(fù)合材料這種材料密度低、線膨脹系數(shù)

24、為零，尺寸的穩(wěn)定性好，是這種材料密度低、線膨脹系數(shù)為零，尺寸的穩(wěn)定性好，是金屬基復(fù)合材料中具有最高比強(qiáng)度和比彈性模量的復(fù)合材金屬基復(fù)合材料中具有最高比強(qiáng)度和比彈性模量的復(fù)合材料?？稍谑w維表面沉積料?？稍谑w維表面沉積TiB2，提高石墨纖維的潤(rùn)濕性。，提高石墨纖維的潤(rùn)濕性。復(fù)合材料概述金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料長(zhǎng)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料長(zhǎng)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料3。碳化硅。碳化硅/鈦復(fù)合材料鈦復(fù)合材料碳化硅纖維比強(qiáng)度高、比模量高，高溫強(qiáng)度高，耐熱、耐碳化硅纖維比強(qiáng)度高、比模量高，高溫強(qiáng)度高，耐熱、耐氧化，與金屬的反應(yīng)小，潤(rùn)濕性好。這種復(fù)合材料的高溫氧化，與金屬的反應(yīng)小，潤(rùn)濕性好。這種復(fù)合材料

25、的高溫強(qiáng)度高，主要應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部件和渦輪葉片以及火箭強(qiáng)度高，主要應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部件和渦輪葉片以及火箭發(fā)動(dòng)機(jī)箱體材料。發(fā)動(dòng)機(jī)箱體材料。復(fù)合材料概述金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料長(zhǎng)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料長(zhǎng)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料5。氧化鋁。氧化鋁/鋁復(fù)合材料鋁復(fù)合材料氧化鋁纖維在氧化氣氛中穩(wěn)定，能在高溫下保持其強(qiáng)度、剛氧化鋁纖維在氧化氣氛中穩(wěn)定，能在高溫下保持其強(qiáng)度、剛度，且硬度高，耐磨性好。這種復(fù)合材料具有高強(qiáng)度和高剛度，且硬度高，耐磨性好。這種復(fù)合材料具有高強(qiáng)度和高剛度，可用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞和其他發(fā)動(dòng)機(jī)零件。度，可用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞和其他發(fā)動(dòng)機(jī)零件。復(fù)合材料概述金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料短

26、纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料短纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料1。氧化鋁。氧化鋁/鋁復(fù)合材料鋁復(fù)合材料2。碳化硅。碳化硅/鋁復(fù)合材料鋁復(fù)合材料3。氧化鋁。氧化鋁/鎳復(fù)合材料鎳復(fù)合材料復(fù)合材料概述金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料2。碳化鈦。碳化鈦/鈦復(fù)合材料鈦復(fù)合材料1。碳化硅。碳化硅/鋁復(fù)合材料鋁復(fù)合材料1。顆粒增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料。顆粒增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料TiB2/NiAl、 TiB2/TiAl復(fù)合材料概述金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料原位復(fù)合材料原位復(fù)合材料什么是原位復(fù)合材料？什么是原位復(fù)合材料？原位復(fù)合材料是采用定向凝固方法，使液態(tài)金屬和合金原位復(fù)合材料是采

27、用定向凝固方法，使液態(tài)金屬和合金在有規(guī)則的溫度梯度場(chǎng)中進(jìn)行冷卻凝固，金屬基體自身在有規(guī)則的溫度梯度場(chǎng)中進(jìn)行冷卻凝固，金屬基體自身析出晶須或顆粒而得到的復(fù)合材料。析出晶須或顆粒而得到的復(fù)合材料。復(fù)合材料概述陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料陶瓷材料的晶體缺陷陶瓷材料的晶體缺陷什么是陶瓷基復(fù)合材料？什么是陶瓷基復(fù)合材料？在陶瓷基體中添加碳纖維、氧化鋁纖維、碳化硅纖維、在陶瓷基體中添加碳纖維、氧化鋁纖維、碳化硅纖維、碳化硅晶須、氧化鋁晶須、碳化硅顆粒和碳化鈦顆粒，碳化硅晶須、氧化鋁晶須、碳化硅顆粒和碳化鈦顆粒，所形成的復(fù)合材料稱為陶瓷基復(fù)合材料。這些纖維的所形成的復(fù)合材料稱為陶瓷基復(fù)合材料。這些纖維的加入

28、可以大大提高陶瓷材料的強(qiáng)度和韌性。加入可以大大提高陶瓷材料的強(qiáng)度和韌性。復(fù)合材料概述陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料長(zhǎng)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料長(zhǎng)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料1。碳。碳/陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料這種復(fù)合材料具有很高的高溫強(qiáng)度、彈性模量和較高的韌這種復(fù)合材料具有很高的高溫強(qiáng)度、彈性模量和較高的韌性。碳纖維增強(qiáng)的氮化硅陶瓷可在性。碳纖維增強(qiáng)的氮化硅陶瓷可在1400度以上的高溫下度以上的高溫下長(zhǎng)期工作；碳纖維增強(qiáng)的石英陶瓷復(fù)合材料，沖擊韌性比長(zhǎng)期工作；碳纖維增強(qiáng)的石英陶瓷復(fù)合材料，沖擊韌性比燒結(jié)石英陶瓷高燒結(jié)石英陶瓷高40倍、抗彎強(qiáng)度大倍、抗彎強(qiáng)度大512倍。可承受倍。可承受12001500度

29、高溫氣流的沖擊。度高溫氣流的沖擊。復(fù)合材料概述陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料長(zhǎng)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料長(zhǎng)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料2。碳化硅。碳化硅/陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料碳化硅纖維可與多重陶瓷，如碳化硅陶瓷、氧化鋁陶瓷、碳化硅纖維可與多重陶瓷，如碳化硅陶瓷、氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷等復(fù)合。碳化硅纖維通常采用氧化鋯陶瓷等復(fù)合。碳化硅纖維通常采用CVD制備。利用制備。利用碳化硅纖維強(qiáng)化的碳化硅陶瓷，其斷裂韌性提高碳化硅纖維強(qiáng)化的碳化硅陶瓷，其斷裂韌性提高56倍，倍，抗彎強(qiáng)度提高抗彎強(qiáng)度提高50以上，且基體與纖維之間的結(jié)合性能以上，且基體與纖維之間的結(jié)合性能良好。良好。復(fù)合材料概述陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基

30、復(fù)合材料長(zhǎng)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料長(zhǎng)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料3。碳。碳/碳復(fù)合材料碳復(fù)合材料這種材料是將碳纖維用聚合物浸潤(rùn)，固化成型后，在無(wú)這種材料是將碳纖維用聚合物浸潤(rùn)，固化成型后，在無(wú)樣條件下，高溫裂解樹(shù)脂，得到碳樣條件下，高溫裂解樹(shù)脂，得到碳/碳復(fù)合材料。碳碳復(fù)合材料。碳/碳碳復(fù)合材料的強(qiáng)度和剛度都相當(dāng)好，能承受極高的溫度和復(fù)合材料的強(qiáng)度和剛度都相當(dāng)好，能承受極高的溫度和極高的加熱速度，高溫力學(xué)性能比低溫時(shí)還好，是目前極高的加熱速度，高溫力學(xué)性能比低溫時(shí)還好，是目前使用溫度最高的復(fù)合材料。使用溫度最高的復(fù)合材料。復(fù)合材料概述陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料短纖維及晶須增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料短纖維及晶

31、須增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料1。碳。碳/玻璃陶瓷基復(fù)合材料玻璃陶瓷基復(fù)合材料晶須：晶須：SiC、Si3N4、Al2O3晶須。晶須。2。晶須。晶須/陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料基體：基體：Si3N4、Al2O3、ZrO2、SiO2、莫來(lái)石等。、莫來(lái)石等。復(fù)合材料概述陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料顆粒增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料顆粒增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料1。氧化鋯。氧化鋯/陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料利用利用ZrO2相變?cè)鲰g原理，提高陶瓷的斷裂韌性。利用相變?cè)鲰g原理，提高陶瓷的斷裂韌性。利用ZrO2增韌的氧化增韌的氧化Al2O3陶瓷，其斷裂韌性可提高陶瓷，其斷裂韌性可提高1。4倍。倍。2。氧化釔。氧化釔/陶瓷基復(fù)合材料陶

32、瓷基復(fù)合材料復(fù)合材料概述分析與建模（材料設(shè)計(jì)）分析與建模（材料設(shè)計(jì)）1. 1. 引言引言2. 2. 材料設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容材料設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容3. 3. 材料設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)材料設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)復(fù)合材料概述1.1.引言引言隨著材料科學(xué)的飛速發(fā)展，新型材料不斷隨著材料科學(xué)的飛速發(fā)展，新型材料不斷涌現(xiàn)，與此同時(shí)，人類社會(huì)的整體科技水平也涌現(xiàn)，與此同時(shí)，人類社會(huì)的整體科技水平也在不斷的提高，因此對(duì)材料科學(xué)又提出了更高在不斷的提高，因此對(duì)材料科學(xué)又提出了更高的要求。的要求。傳統(tǒng)傳統(tǒng)“炒菜式炒菜式”的材料研制方法已不能滿的材料研制方法已不能滿足人們的要求。足人們的要求?！安牧显O(shè)計(jì)材料設(shè)計(jì)”應(yīng)運(yùn)而生。應(yīng)運(yùn)而生。復(fù)合

33、材料概述核心問(wèn)題核心問(wèn)題：用什么樣的配方，什么樣的用什么樣的配方，什么樣的合成加工條件，來(lái)獲取具有什么合成加工條件，來(lái)獲取具有什么樣的成分、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的材料。樣的成分、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的材料。復(fù)合材料概述“材料設(shè)計(jì)材料設(shè)計(jì)”構(gòu)想始于構(gòu)想始于5050年代，年代，8080年年代后實(shí)現(xiàn)代后實(shí)現(xiàn)“材料設(shè)計(jì)材料設(shè)計(jì)”的條件漸趨成的條件漸趨成熟。表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：熟。表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：1 1）基礎(chǔ)理論的形成和發(fā)展）基礎(chǔ)理論的形成和發(fā)展量子力學(xué)，統(tǒng)計(jì)力學(xué)，能帶理論，化學(xué)鍵理論等理論科學(xué)的發(fā)展使人們對(duì)材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的關(guān)系有了系統(tǒng)的了解；復(fù)合材料概述2 2）計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展）計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展計(jì)算機(jī)高速運(yùn)

34、算，模式識(shí)別，數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展，為材料設(shè)計(jì)與過(guò)程仿真的實(shí)施提供了手段；3 3）合成與加工新技術(shù)的涌現(xiàn)）合成與加工新技術(shù)的涌現(xiàn)各種新型材料合成加工技術(shù)為材料設(shè)計(jì)方案的實(shí)施提供了條件，同時(shí)材料智能加工又為合成加工的優(yōu)化開(kāi)辟了新方向。復(fù)合材料概述材料設(shè)計(jì)材料設(shè)計(jì)貫穿于材料貫穿于材料“四要素四要素”的各個(gè)方面，即的各個(gè)方面，即：2.2.材料設(shè)計(jì)的內(nèi)容材料設(shè)計(jì)的內(nèi)容u成分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)u性質(zhì)性能預(yù)測(cè)性質(zhì)性能預(yù)測(cè)u合成加工過(guò)程的控制與優(yōu)化合成加工過(guò)程的控制與優(yōu)化復(fù)合材料概述將性質(zhì)截然不同的材料在原子、分子水平上將性質(zhì)截然不同的材料在原子、分子水平上均勻混合，形成原子、分子層次的復(fù)合材料均勻混合，形成原子、分子層次的復(fù)合材料例如：例如：高分子聚乙烯和難熔重金屬鎢的高分子聚乙烯和難熔重金屬鎢的雜化材料雜化材料復(fù)合材料概述同傳統(tǒng)復(fù)合材料的區(qū)別：同傳統(tǒng)復(fù)合材料的區(qū)別：復(fù)合材料復(fù)合材料 不同的組成相復(fù)合不同的組成相