第一章-复合材料概述

复合材料学前言40学时参考教材：1《复合材料概论》王荣国等编著哈尔滨工业大学出版社课外读物1.《复合材料》主编：吴人洁,天津大学出版社2.其它复合材料教科书3.相关文献资料查阅目录复合材料的发展概况；复合材料的定义和分类；复合材料的性能特点第一章绪论目录金属材料；聚合物材料；陶瓷材料；无机胶凝材料。第二章复合材料的基体材料目录玻璃纤维及其制品；碳纤维；芳纶纤维（有机纤维）；其它纤维。第三章复合材料的增强材料目录第四章复合材料的界面概述复合材料的界面增强材料的表面处理目录聚合物基复合材料的种类和性能；聚合物基复合材料结构设计；聚合物基复合材料成型加工技术；聚合物基复合材料的应用。第五章聚合物基复合材料目录金属基复合材料的种类和基本性能；铝基复合材料；镍基复合材料；钛基复合材料；石墨纤维增强金属基复合材料。第六章金属基复合材料目录陶瓷基复合材料的种类和基本性能；陶瓷基复合材料的成型加工技术；陶瓷基复合材料的应用。第七章陶瓷基复合材料目录碳/碳复合材料；混杂纤维复合材料第八章先进复合材料简介一种材料在某一方面的性能可能是优异的。很多材料的性能已经得到了充分的发展，继续提高只能是通过复合。单一材料追求高性能价格很高，复合可以降低成本。复合技术是获得高性能低成本材料的必由之路，发挥各自组元的性能优势获得良好的综合性能1.1复合材料的发展概况绪论塑料：低密度、易成型和连接；热稳定性差、力学性能一般陶瓷：低密度、热稳定性好、耐腐蚀、磨蚀、磨损性能好；脆；成型、加工难金属：良好热稳定性、高力学性能和韧性、好成型和连接性；高温持久性差；高密度；低模量。绪论绪论竹子、木材、龟壳和鲍鱼壳等自然界生成的天然复合材料天然复合材料混凝土、土墙：原始复合材料漆器：复合材料(胶为粘结剂，麻为增强体)不同尺度材料的复合木材：天然复合材料（纤维素纤维+聚多糖木质素）自然复合：广义地讲，天然材料均处于复合状态原始复合：性能不能充分发挥（第一阶段）提纯合成：挖掘材料潜能（第二阶段）人为复合：发挥联合优势（第三阶段）绪论复合材料的定义：复合材料是指两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。复合材料各个组分相之间不是简单的加和，而是在总体性能和结构上有着重要的改进。复合材料既可以保持原材料的某些特点，有能发挥组合后的新特性。复合材料应满足下面三个条件：（1）组元含量大于5%；（2）复合材料的性能显著不同于各组元的性能；（3）通过各种方法混合而成。基体成形和防护增强体承载界面传力复合材料三大要素及其作用增强体承载这就是现代复合材料的最大特点增强体承受90%以上的载荷基体材料成形和防护作用两个方面：传递载荷到增强体上保护增强体不受环境的有害影响界面传力载荷只能施加在基体上，只有通过界面才能传递到增强体上。所以界面是传递载荷的桥梁。界面性质与界面结合强度对复合材料性能影响很大。增强体与基体必然发生某种作用关系，以结合强度表现出来，所以复合原理重点是界面设计。界面结合力界面结合强度化学结合机械结合物理结合摩擦力，与摩擦系数及热膨胀失配引起的纤维径向压应力有关分子间力，与组成界面两相分子的体积及晶格间距差等有关反应结合力，与化学反应程度及所生成界面相的特性有关根据基体的种类分为：聚合物基复合材料(PMCPolymerMatrixComposite)金属基复合材料(MMCMetalMatrixComposite)陶瓷基复合材料(CMCCeramicMatrixComposite),碳碳复合材料(Carbon/Carbon)金属间化合物基复合材料(IMMCIntermetallicMatrixComposite)1.2复合材料分类根据增强体的形貌分类分为：颗粒增强复合材料晶须增强复合材料短纤维增强复合材料连续纤维增强复合材料混杂纤维增强复合材料三向编织复合材料根据界面可以分为：弹性界面弹性界面弹性界面塑性界面根据复合材料的性能用途分为：结构复合材料综合力学性能功能复合材料多种功能耦合结构功能复合材料结构功能一体1.3复合材料的基本性能1）综合各组成材料的优点2）可按需要进行设计和制造3）可制成所需形状产品，减少后加工1.3.1复合材料的性能特点•1聚合物基复合材料的特点•2金属基复合材料的性能特点•3陶瓷基复合材料的性能特点1.4复合材料结构设计基础•复合材料是非均质材料•复合材料不仅是材料，更确切地说是结构•复合材料力学性能的研究其实是结构力学的研究•研究分微观力学和宏观力学两部分微观力学主要研究纤维、基体组分性能与单层板性能之间的关系。宏观力学主要研究层合板的刚度与强度分析、温湿环境的影响等。三个结构层次•一次结构：有基体和增强体复合而成的单层材料其性能主要取决于组分材料的力学性能、相几何（各相材料的形状、分布、含量）和界面区的性能。•二次结构：有单层材料层合而成的层合体。其力学性能取决于单层材料的力学性能和铺层几何（各单层的厚度、铺设方向、铺层序列）•三次结构：工程结构或产品结构。其力学性能取决于层合体的力学性能和结构几何•这三个层次的设计互相影响，互为前提，互相依赖。•材料研究+结构研究•同时进行•材料设计+结构设计TheEndThanksforyourattention