开云 开云体育官网开云 开云体育官网开云 开云体育官网挤,热压罐成型等常规方法的研究外,也研究一些新型的加工方法,如树脂传递法RTM的充模过程,包括其模拟计算等目前主要集中在以轻金属如铝,镁,钛等为基体的复合材料研究,少量研究致力于铜,铁,铅基体的复合材料增强的形式

　　1第八章第八章复合材料基本特性、应用及其研究现状211、、复合材料的结构和性能复合材料的结构和性能复合材料的结构通常是一个相为连续相，成为基体基体；而另外一相是以独立的形态分布在整个连续相中的分散相，它显著增强材料的性能，故常称为增强体增强体。。多数情况下，分散相分散相较基体硬硬，刚度和强度刚度和强度较基体大。分散相可以是纤维及其编织物，也可以是颗粒状或弥散的填料。在基体和增强体之间存在着界面界面。3因此，复合材料是由两种以上组分以及它们之间的界面构成。组分材料主要指增强体和基体，它们也被称为复合材料的增强相和基体相。增强相与基体相之间的界面区域界面区域因为其特殊的结构组成也被视作复合材料中的“相”，即界面相。4增强相和基体相是根据它们组分的物理和化学性质和在最终复合材料中的形态来区分的。其中一个组分是细丝（连续的或短切的）、薄片或颗粒状，具有较高的强度、模量、硬度和脆性，在复合材料承受外加载荷时是主要承载相，称为增强相或增强体增强相或增强体（reinforcedphaseorreinforcement）。增强相或增强体在复合材料中呈分散形式，被基体相隔开云体育 kaiyun.com 官网入口离包围，因此也称作分散相分散相；5复合材料中的另一个组分是包围增强相并相对较软和韧的贯连材料，称为基体相基体相（matrixphase）。复合材料的各种形态示意于图中：6复合材料及其增强相的各种形态纤维状颗粒状层状片状填充状7复合材料在制造前，基体材料的基体材料的形状形状可以是薄片、粉末、块体或无定形的流体，它的状态状态可以是固态、气态、熔融态或半固—半液态。基体材料在与增强相固结后，基体相在复合材料中就成为包裹增强相的连续体。因此，基体相也叫做连续相连续相。基体相具有支撑和保护支撑和保护增强相的作用，在复合材料承受外加载荷时，基体相主要以剪切变形的方式剪切变形的方式起向增强相分配开云体育 kaiyun.com 官网入口和传递载荷分配和传递载荷的作用。8在复合材料中，增强相和基体相之间增强相和基体相之间还存在着明显的结合面。位于增强相和基体相之间并使两相彼此相连的、化学成分和力学性质与相邻两相有明显区别、能够在相邻两相间起传递载荷作用的区域，称为复合材料的界面复合材料的界面（interface）。9复合材料中界面层的厚度通常在亚微米以下，但界面层的总面积界面层的总面积在复合材料中很大，且复合材料的界面特征对复合材料的性能、破坏行为及应用效能有很大影响。所以，人们以极大的注意力开展对复合材料界复合材料界面的研究面的研究--------表面和界面工程表面和界面工程（surfaceandinterfaceengineering）。10复合材料的性能复合材料的性能取决于组分材料的种类、性能、含量和分布。主要包括：增强体的性能和它的表面物理、化学状态；基体的结构和性能；增强体的配臵、分布和体积含量。复合材料的性能还取决于复合材料的制造工艺条件、复合方法、零件几何形状和使用环境条件。11复合材料既能保留原组分材料的主要特色，并通过复合效应获得组分材料所不具备的性能，还可以通过材料设计材料设计使各组分的性能相互补充并彼此关联，从而获得新的性能。复合材料设计：复合材料设计：选择复合材料的组分、增强体分布和复合材料制造工艺、使其具有使用所要求的性能过程。12复合材料设计复合材料设计可分为三个层次：单层材料单层材料设计、铺铺层层设计、结构结构设计。单层材料设计单层材料设计包括正确选择增强材料、基体材料及共配比，该层次决定单层板的性能；铺层设计铺层设计包括对铺层材料的铺层方案做出合理钱财安的安排，该层次决定层合板的性能；结构设计结构设计则最后确定产品结构的形状和尺寸。上述三个设计层次互为前提、互相影响、互相依赖。13因此，复合材料及其结构的设计打破了材料研究和结构研究的传统界限。设计人员必须把材料性材料性能能和结构性能结构性能统一考虑，换言之，材料设计材料设计和结构结构设计设计必须同时进行，并将它们统一在同一个设计方案中。14复合材料是由多相材料复合而成，它的共同的共同的特点特点主要有三个：(１)综合发挥各种组成材料的优点，使一种材料具有多种性能，具有天然材料所没有的性能。例如，玻璃纤维增强环氧基复合材料，既具有类似钢材的强度，又具有塑料的介电性能和耐腐蚀性能。15(2)可按对材料性能的需要对材料性能的需要进行材料的设计和制造。如，针对方向性材料强度的设计，针对某种介质耐腐蚀性能的设计等。(3)可制成所需的任意形状的产品，可避免多次加工工序。例如，可避免金属产品的铸模、切削、磨光等工序。16影响复合材料性能的因素影响复合材料性能的因素主要取决于增强材料增强材料的性能、含量及分布状况，基体材料基体材料的性能、含量，以及它们之间的界面结合情况，作为产品还与成型工艺和结构设计有关。因此，不论对哪一类复合材料，就是同一类复合材料的性能也不是一个定值，而只能给出其主要性能。17一般材料的简单混合与复合材料的两点本质区别两点本质区别：（１）复合材料不仅保留了原组成材料的特点，而且通过各组分的相互补充和关联相互补充和关联可以获得原组分所没有的新的优越性能；18（２）复合材料的可设计性（２）复合材料的可设计性如结构复合材料不仅可根据材料在使用中受力的要求进行组元选材设计组元选材设计，更重要的是还可进行复合结构设计复合结构设计，即增强体的比例、分布、排列和取向等的设计。对于结构复合材料来说，是由能承受载荷的增强体组元增强体组元与能连接增强体又起传递力作用的基体组元基体组元构成。由不同的增强体和不同的基体即可组成名目繁多的结构复合材料。1922、复合材料的特性、复合材料的特性复合材料是由多种组分的材料组成，许多性能优于单一组分的材料。例如，纤维增强的树脂基复合材料，具有质量轻质量轻、强度高强度高、可设计性好可设计性好、耐化学腐蚀耐化学腐蚀、介电性能好介电性能好、耐烧蚀及容易成型加工容易成型加工等优点。20（１）轻质高强，比强度和比刚度高（１）轻质高强，比强度和比刚度高Ａ、增强剂或者基体是比重小的物质，或两者的比重都不高，且都不是完全致密的；Ｂ、增强剂多是强度很高的纤维。比强度比强度（指强度与密度的比值）和比弹性模比弹性模量量是各类材料中最高的。21例如，普通碳钢普通碳钢的密度为7.8g/cm3。玻璃纤维玻璃纤维增强树脂基 增强树脂基复合材料的密度为1.5~2.0 g/cm 3 ，只有 普通碳钢的1/4—1/5，比铝合金还要轻1/３左右， 而机械强度 机械强度却能超过普通碳钢的水平。 22 若按比强度 比强度计算，玻璃纤维增强的树脂 玻璃纤维增强的树脂基复合材 料不仅超过碳钢 碳钢，而且可超过某些特殊合金纲 合金纲。 碳纤维 碳纤维复合材料、有机纤维 有机纤维复合材料具有比玻璃 玻璃 纤维 纤维复合材料更低的密度和更高的强度，因此具有更 高的比强度。 23 (2) (2) 复合材料可以根据不同的用途要求 根据不同的用途要求，灵活地进 行产品设计，具有很好的可设计性。 对于结构件 结构件来说，可以根据受力情况 受力情况合理布臵 增强材料，达到节约材料、减轻质量的目的。 24 对于有耐腐蚀性能 耐腐蚀性能要求的产品，设计时可以 选用耐腐蚀性能好的基体树脂 基体树脂和增强材料 增强材料； 对于其他一些性能要求，如介电性能、耐热性 能等，都可以方便地通过选择合适的原材料 选择合适的原材料来满足 要求。 复合材料良好的可设计性还可以最大限度地克 服其弹性模量 弹性模量、层间剪切强度 层间剪切强度低等缺点。 25 (3) (3) 复合材料具有优良的电性能，通过选择不同的树脂 选择不同的树脂 基体 基体、增强材料 增强材料和辅助材料 辅助材料，可以将其制成绝缘材料或 导电材料。例如，玻璃纤维增强的树脂基复合材料具有 优良的电绝缘性能 电绝缘性能，并且在高频下仍能保持良好的介电 介电 性能 性能，因此可作为高性能电机、电器的绝缘材料； 26 玻璃纤维增强的树脂基复合材料还具有良好的 良好的 透波性能 透波性能，被广泛地用于制造机载、舰载和地面雷 达罩。 复合材料通过原材料的选择 原材料的选择和适当的成型工艺 适当的成型工艺 可以制得导电复合材料 导电复合材料。这是一种功能复合材料， 在冶金、化工和电池制造等工业领域具有广泛的应 用前景。 27 (4) (4)耐腐蚀性能好 耐腐蚀性能好 聚合物基复合材料具有优异的耐酸性能 耐酸性能、耐 海水性能、也能耐碱 耐碱、盐盐和有机溶剂 有机溶剂。因此．它是 一种优良的耐腐蚀材料，用其制造的化工管道、贮 罐、塔器等具有较长的使用寿命、极低的维修费用。 28 (5) (5)热性能良好 热性能良好 玻璃纤维增强的聚合物基复合材料具有较低的 较低的 导热系数 导热系数，是一种优良的绝热材料。 选择适当的基体材料和增强材料可以制成耐烧 耐烧 蚀材料 蚀材料和热防护材料 热防护材料，能有效地保护火箭、导弹和 宇宙飞行器在2000℃以上承受用温、高速气流的冲 刷作用。 29 (6) (6)工艺性能优良 工艺性能优良 纤维增强的聚合物基复合材料具有优良 优良 的工艺性能 的工艺性能，能满足各种类型制品的制造需 要，特别适合于大型制品、形状复杂、数量 少制品的制造， 30 (7) (7)弹性模量 弹性模量 金属基和陶瓷基复合材料能够在较高的温度 下长期使用，但是聚合物基复合材料的弹性模量 弹性模量 很低 很低。因此，制成的制品容易变形。 用碳纤维等高模量纤维作为增强材料 碳纤维等高模量纤维作为增强材料可以提 高复合材料的弹性模量，另外，通过结构设计 结构设计也 可以克服其弹性模量差的缺点。 31 比模量 比模量系指在温度为23±2℃和相对湿度为 50±5％的条件下测量的杨氏模量(单位:N.m -2 )除以 比重(单位:N.m -3 )。 杨氏模量 杨氏模量就是指表达物体在变形时所受的应力 与应变关系的比例常数。 32 在弹性范围内大多数材料服从虎克定律，即 变形与受力成正比。 纵向应力与纵向应变的比例常数就是材料的 弹性模量 弹性模量E，也叫杨氏模量 杨氏模量。 横向应变与纵向应变之比值称为泊松比 泊松比µ，也 叫横向变性系数 横向变性系数，它是反映材料横向变形的弹性 常数。 33 复合材料的突出优点是比强度 比强度和比模量 比模量（即 强度、模量与密度之比）高。 比强度和比模量是度量材料承载能力 材料承载能力的一个 指标，比强度愈高，同一零件的比重愈小；比模 量愈高，零件的刚性愈大。 34 (8) (8)长期耐热性 长期耐热性 金属基和陶瓷基复合材料能在较高的温度下长 期使用，但是聚合物基复合材料不能在高温下长期 使用，即使耐高温的聚酰亚胺基复合材料，其长期 工作温度也只开云体育 kaiyun.com 官网入口能在300 ℃左右。 35 (9) (9)老化现象 老化现象 在白然条件下，由于紫外光、湿热、机械应 力、化学侵蚀的作用，会导致复合材料的性能变 复合材料的性能变 差差，即发生所谓的老化现象。 复合材料在使用过程中发牛老化现象的程度 与其组成、结构和所处的环境有关。 36 (10) (10) 抗疲劳性能好 抗疲劳性能好 首先，缺陷少的纤维的疲劳抗力很高；其次，基 体的塑性好，能消除或减小应力集中区的大小和数量。 (11) (11) 减振能力强 减振能力强 复合材料的比模量高，所以它的自振频率很高， 不容易发生共振而快速脆断；另外，复合材料是一种 非均质多相体系，在复合材料中振动衰减都很快。 37 与传统材料(如金属、木材、水泥等)相比，复合 材料是一种新型材料。它具有许多优良的性能，并 且其成本在逐渐地下降，成型工艺的机械化、白动 化程度也在不断地提高。团此，复合材料的应用领 域日益广泛。 33 38 氮化硅结构陶瓷被用作航天飞机的防热瓦 39 硼纤维金属基复合材料制成的火箭履轴的管道输送部件 40 美国B-2隐形轰炸机表面为具有良好吸波性能的碳纤维复合材料 41 由光导纤维构成的光缆 42 先进橡胶轮胎使汽车成为交通主宰 赛车上使用的特殊轮胎 43 人工合成的金刚石 44 高分子分离膜已被用来制造高效家庭净水器 45 人工肾脏 46 生物陶瓷人造关节 47 可调节的太阳镜 耐高温纤维制成的消防人员的服装 48 (1) (1) 在航空、航天方面的应用 在航空、航天方面的应用 由于复合材料的轻质高强 轻质高强持性，使其在航空