第6章 复合材料的制备

材料合成与制备 课件

材料合成与制备

李亚伟 赵雷 无机非金属材料系

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第6章 复合材料的制备Preparation of Composite Materials

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Composite Materials

6.1 复合材料的基本概念和性能定义复合材料是由两种或两种以上 单一材料构成的， 单一材料构成的，具有一些新性 能的材料 由两个或两个以上独立的物理 包含粘结材料(基体) 相，包含粘结材料(基体)和粒 料、纤维或片状材料所组成的一 种固体产物。 种固体产物。玻璃纤维增强高分子复合材料2012-3-29/23:13:07 3

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复合材料的应用行业 飞机制造 汽车制造 造船 化工 家具 电气工业 运动器材 实例 机翼，机身，起落架， 机翼，机身，起落架，垂直尾翼 车身，灯壳罩， 车身，灯壳罩，保险杠 船壳体，甲板， 船壳体，甲板，桅杆 管道，储油罐，压力容器 管道，储油罐， 椅子，桌子，梯子，台板，住房 椅子，桌子，梯子，台板， 仪器面盘，配电盘， 仪器面盘，配电盘，绝缘材料 钓鱼杆，高尔夫球杆，滑雪板， 钓鱼杆，高尔夫球杆，滑雪板，赛艇

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复合材料的基本结构模式基体和 两个组分构成： 复合材料由基体 增强剂两个组分构成 复合材料由基体和增强剂两个组分构成： 基体：构成复合材料的连续相； 基体：构成复合材料的连续相； 连续相 增强剂(增强相、增强体):复合材料中独立的形态 增强剂(增强相、增强体):复合材料中独立的形态 ): 分布在整个基体中的分散相，这种分散相的性能优越，会 分布在整个基体中的分散相，这种分散相的性能优越， 分散相 使材料的性能显著改善和增强。 使材料的性能显著改善和增强。 增强剂( 增强剂(相)一般较基体硬，强度、模量较基体大， 一般较基体硬，强度、模量较基体大， 或具有其它特性。可以是纤维状、颗粒状或弥散状。 或具有其它特性。可以是纤维状、颗粒状或弥散状。 增强剂(相)与基体之间存在着明显界面。 增强剂( 与基体之间存在着明显界面。2012-3-29/23:13:07 5

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a)层叠复合 a)层叠复合

复合材料结构示意图 b)连续纤维复合 c)细粒复合 b)连续纤维复合 c)细粒复合

d)短切纤维复合 d)短切纤维复合6

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复合材料的命名 复合材料的命名 复合材料可根据增强材料与基体材料的名称来命名。 复合材料可根据增强材料与基体材料的名称来命名。增强 材料的名称放在前面 基体材料的名称放在后面 的名称放在前面， 的名称放在后面， 材料的名称放在前面，基体材料的名称放在后面，再加上 复合材料” 玻璃纤维环氧树脂复合材料” “复合材料”。如“玻璃纤维环氧树脂复合材料”

碳/环氧复合材料 碳/金属复合材料 碳/碳复合材料

为书写简便，也可仅写增强 材料和基体材料的缩写名称， 中间加一斜线隔开，后面再 加“复合材料”。如玻璃纤 维和环氧树脂构成的复合材 料，也可写做“玻璃/环氧 复合材料”。以及左面例7

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国外还常用英文编号来表示， 英文编号来表示 国外还常用英文编号来表示，如MMC (Metal Matrix Composite)表示金属基复合材 ) 料，FRP(Fiber Reinforced Plastics)表示纤维 ( ) 增强塑料，而玻璃纤维/环氧则表示为 增强塑料，而玻璃纤维 环氧则表示为GF/Epoxy, 环氧则表示为 或G/Ep(G-Ep)

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复合材料分类

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材料的优缺点组合示意图2012-3-29/23:13:07 10

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因此复合材料必须通过对原材料的选择， 因此复合材料必须通过对原材料的选择， 原材料的选择 各组分分布的设计和工艺条件的保证等 各组分分布的设计和工艺条件的保证等，以使 原组分材料的优点互相补充，同时利用复合材 原组分材料的优点互相补充， 料的复合效应使之出现新的性能，最大限度地 料的复合效应使之出现新的性能， 复合效应使之出现新的性能 发挥优势。 发挥优势。

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复合材料应具有以下三个特点： 复合材料应具有以下三个特点： (1)复合材料是由两种或两种以上不同性能的材料组元通 复合材料是由两种或两种以上不同性能的材料组元通 复合材料是由两种或两种以上不同性能的材料组元 过宏观或微观复合形成的一种新型材料，组元之间存在着明 过宏观或微观复合形成的一种新型材料，组元之间存在着明 形成的一种新型材料 显的界面。 显的界面。 (2)复合材料中各组元不但保持各自的固有特性而且可最 复合材料中各组元不但保持各自的固有特性而且可最 复合材料中各组元不但保持各自的固有特性而且可 大限度发挥各种材料组元的特性， 大限度发挥各种材料组元的特性，并赋予单一材料组元所不 具备的优良持殊性能。 具备的优良持殊性能。 (3) 复合材料具有可设计性 可设计性。 复合材料具有可设计性。12

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通过对各种定义、解释加以总结，复合材料应包括： 通过对各种定义、解释加以总结，复合材料应包括： 组元是人们根据材料设计的基本原则有意识地选择， 组元是人们根据材料设计的基本原则有意识地选择，至 有意识地选择 独立组元， 少包括两种物理或化学性能不同的独立组元 少包括两种物理或化学性能不同的独立组元，其中一组元的 体积分数一般不低于20%,第二组元通常为纤维、 体积分数一般不低于 %,第二组元通常为纤维、晶

须或颗 %,第二组元通常为纤维 粒； 人工制造的 而非天然形成的。 复合材料是人工制造 复合材料是人工制造的，而非天然形成的。 复合材料的性质取决于组元性质的优化组合，它应优于 复合材料的性质取决于组元性质的优化组合，它应优于 独立组元的性质，特别是强度、刚度、韧性和高温性能。 独立组元的性质，特别是强度、刚度、韧性和高温性能。 的性质2012-3-29/23:13:07 13

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复合材料的基本性能(优点) 复合材料的基本性能(优点)高比强度、高比模量(刚度): 1. 高比强度、高比模量(刚度): 强度/ 比强度 = 强度/密度 MPa /(g/cm3), 比模量 = 模量/密度 GPa /(g/cm3) 模量/

钨基合金箭头 集束箭弹小箭2012-3-29/23:13:07

铁基合金尾翼

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复合材料的基本性能(优点) 复合材料的基本性能(优点)

2、良好的高温性能： 良好的高温性能：目前已经达到的水平： 目前已经达到的水平： 聚合物基复合材料的最高耐温上限为350 °C; 聚合物基复合材料的最高耐温上限为350 金属基复合材料按不同的基体性能， 金属基复合材料按不同的基体性能， 其使用温度在350 范围内变动； 其使用温度在350 → 1100 °C范围内变动； 陶瓷基复合材料的使用温度可达1400° 陶瓷基复合材料的使用温度可达1400°C; 1400 碳/碳复合材料的使用温度最高可达2800°C。 碳复合材料的使用温度最高可达2800° 28002012-3-29/23:13:07 15

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复合材料的基本性能(优点) 复 …… 此处隐藏：1992字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……