第一章_复合材料绪论

1、复合材料的发展史复合材料的发展史复合材料的分类与定义复合材料的分类与定义复合材料的特性复合材料的特性复合材料的应用复合材料的应用复合材料研究存在的问题复合材料研究存在的问题使用纯天然材料的初级阶段 人类单纯利用火制造材料的阶段 利用物理与化学原理合成材料的阶段 材料的复合化阶段 材料的智能化阶段 在人类文明的进程中，材料大致经历了以下五个发展阶段。 材料的复合化是材料的发展的必然趋势之一材料的复合化是材料的发展的必然趋势之一. .远古时代: 用稻草掺入黏土做土坯。草茎增强土坯作墙体材料.古代:人们用钢铁层压法制成刀剑越王剑年年材料比强度方面的发展变化材料比强度方面的发展变化木材木材石头石头青铜

2、青铜 钢钢铸铁铸铁 铝铝 钛钛 复合材料复合材料 尼龙纤维尼龙纤维 碳纤维碳纤维强 度强 度 / /密度（密度（ 1 01 06 6）近代的复合材料: 以1942年制出的玻璃纤维强化塑料为起点。随后为了提高纤维的弹性率，开发了硼纤维、碳纤维、耐热氧化铝纤维等。Nice MyCar全电动微型车 车身由玻璃纤维强化塑料制成。 我国的发展情况我国的发展情况复合材料的定义：复合材料的定义： 国际标准化组织（ISO）将复合材料定义为是：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。 F.L.Matthews 和 R.D.Rawlings 认为复合材料是两个或两个以上组元或相组成的混合

3、物，并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。 在“材料科学技术百科全书”和“材料大辞典”中将复合材料定义如下： 复合材料是由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料。它与一般材料的简单混合有本质区别，既保留原组成材料的重要特色，又通过复合效应获得原组分所不具备的性能。可以通过材料设计使原组分的性能相互补充并彼此关联，从而获得更优越的性能。复合材料的定义：复合材料的定义：复合材料定义所阐述的主要有两点，即组成规律和性能特征。 尽管定义的细节有所不同，但其要点是共同的。 含两种以上

4、不同的化学相。 具有每个组分所不具备的优良性能。（问题：骨骼，竹子，木材是否属于复合材料的范畴呢？） 至于天然材料的骨骼、竹子、木材等是否应属于复合材料的范畴，尚有不同的看法。但一般认为它们应属于具有复合材料形态的天然材料。这样，复合材料的含义就还应该包括：人工制造、成分由人们有意识的选择；具有重复的几何形状等。问题讨论 普通复合材料： 普通玻璃、合成或天然纤维增强普通聚合物复合材料，如玻璃钢、钢筋混凝土等。 先进复合材料： 高性能增强剂（碳、硼、Kevlar、氧化铝、SiC纤维及晶须等）增强高温聚合物、金属、陶瓷和碳（石墨）等复合材料。结构复合材料结构复合材料：用作承力和次承力结构。要求具有

5、质量轻、高强度、高刚度、耐高温以及其它性能。功能复合材料（单一）功能复合材料（单一）：电、热、声、摩擦、阻尼等。包括机敏和智能复合材料。混杂复合材料混杂复合材料：两种或两种以上增强体构成的复合材料。通过产生混杂效应改善性能和降低成本。结构结构 / / 功能一体化复合材料（多功能）功能一体化复合材料（多功能）：在保持材料基本力学性能的前提下，具有特定功能特性，如光、电、磁、摩擦、阻尼等。 （歼（歼-20-20）根据第二相（增强体）形态分。 颗粒增强复合材料颗粒状分散相复合材料 纤维状分散相复合材料 短纤维 连续纤维强化复合材料 分散强化复合材料 片晶增强复合材料 复合材料单向纤维强化复合材料 非

6、编织纤维层 2维, 3维编织纤维层晶须 随机排列 随机排列 定向排列定向排列不连续纤维强化复合材料 与传统材料相比,复合材料具有以下特性:复合材料的性能可设计性材料与构件制造的一致性优异的物理化学性能u高比强度、高比模量（刚度） 比强度、比模量：材料的拉伸强度或弹性模量与其密度之比。 比强度 = 拉伸强度/密度 MPa /（g/cm3）, 比模量 = 弹性模量/密度 GPa /（g/cm3）。u良好的高温性能u良好的尺寸稳定性u良好的化学稳定性u良好的抗疲劳、蠕变、 冲击和断裂韧性u良好的功能性能优异的物理化学性能各种材料的比强度和比模量各种材料的比强度和比模量材料价格高劳动强度大抗挤压和抗分

7、层能力差 力学性能受温度/湿度影响不易检查对铝会产生电化学腐蚀固化时间长复合材料的缺点:2 2、取决于基体相的性能、取决于基体相的性能 复合材料飞机结构l20世纪40年代,玻璃纤维增强树脂基复合材料(整流罩)玻璃纤维的比模量不足限制了其应用.l1960年日本和英国研制出碳纤维,几乎同时美国研制出硼纤维使复合材料应用于飞机结构成为可能.l70-80年代,各种规格的碳纤维出现,和高韧性的环氧树脂出现.l70年代民用飞机开始用复合材料做调整片,口盖等. 美国的ACEE计划.从舵面过渡到尾翼.l80-90年代,美国NASA的ACM计划.重点发展设计制造一体化 l目前研究低成本的复合材料设计与制造技术大

8、量的仿真技术设计，制造，生产一体化仿真实现异地设计异地制造80-90年代实现了复合材料向主承力结构应用的过渡l（ 50% ），的出现（复合材料的应用超过80%）l美国第五代战机F-35复合材料使用超过20%，中国J-20仅8%左右，这是什么原因呢？ 先进树脂基复合材料是民用飞机的主要复合材料先进树脂基复合材料是民用飞机的主要复合材料.复合材料在民用飞机的应用出现的几个特征复合材料在民用飞机的应用出现的几个特征:小型小型/简单次承力结构简单次承力结构 大型复杂主要承力结构大型复杂主要承力结构 单一构件单一构件 多功能结构一体化多功能结构一体化普通复合材料普通复合材料 先进复合材料先进复合材料单一复合材料单一复合材料 混合复合材料混合复合材料 在各种型号的在各种型号的民用飞机上民用飞机上( (如波音如波音737737767767、空中客车、空中客车等等) )复合材料也有较复合材料也有较多的使用，主要用作多的使用，主要用作雷达罩、发动机罩、雷达罩、发动机罩、副翼、襟翼、垂直尾副翼、襟翼、垂直尾翼和水平尾翼的舵面、翼和水平尾翼的舵面、翼根整流罩、以及内翼根整流罩、以及内部的通风管道、行李部的通风管道、