复合材料概论

复合材料概论王荣国武卫莉谷万里主编复习第一章总论固体常用复合材料，高精尖的为先进复合材料。复合材料的命名：玻璃纤维环氧树脂复合材料、玻璃/环氧树脂复合材料，玻璃纤维增强环氧树脂复合材料。常用的分类方法：按增强材料形态分类（连续纤维复合、短纤维复合、颗粒复合、编织复合）（）按基体材料分类（聚合物基、金属基、无机非金属基）按材料作用分类（结构复合材料、功能复合材料复合材料的共同特点：可综合发挥各组成材料的优点可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造（最大特点）聚合物基复合材料的主要性能：比强度、比模量大耐疲劳性能好减震性能好过载时安全性能好具有多种功能性良好的加工工艺性金属基复合材料的主要性能高比强度、比模量导热导电性能优良热膨胀系数小、尺寸稳定良好的高温性能耐磨性好良好的疲劳性能不吸潮、不老化、气密性好化学腐蚀性优良、热膨胀系数和相对密度较小；断裂韧性低，限制其为结构材料使用。复合材料力学性能取决于增强材料的性能、含量和分布，取决于基体材料的性能和含量第二章复合材料的基体材料（力热电的作用。金属间化合物等在连续纤维增强金属基复合材料中基体的主要作用是以充分发挥增强纤维的性能为主体本身应与纤维有良好的相容性和塑性，而并不要求基体本身有很高的强度。合材料具有决定性的影响。铁、镍等元素是促进碳石墨化的元素，用铁镍作为基体，碳（石墨）取。结构复合材料的基体大致可分为轻金属基体和耐热合金基体。7450耐热合金无机胶凝材料主要包括水泥、石膏、菱苦土和水玻璃等粉状填充料及抗水外加剂。陶瓷材料包括：硅酸盐材料、氧化物、碳化物、硼化物和氮化物等常用的陶瓷基体主要包括玻璃、玻璃陶瓷、氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷等玻璃在熔体后不经结晶而冷却成为坚硬的无机材料，非晶态结构是其特征之一。无机玻璃通过适当的热处理使其由非晶态转变为晶态——反玻璃化。复合材料基体作用：把纤维粘在一起；分配纤维间载荷；保护纤维不受环境影响。由于分子结构上的差别，使热塑性树脂在力学性能上有如下特点：具有明显的力学松弛击性能好。热固性树脂：不饱和聚酯树脂、环氧树脂（A、酚醛树脂、其他热固性树脂（硅热塑性树脂（可重复加热成型：聚酰胺（尼龙、聚碳酸酯、聚砜第三章复合材料的增强材料在复合材料中，凡是能提高基体材料力学性能的物质，均称为增强材料。纤维增强复合材料的性能在很大程度上取决于纤维的性能、含量、使用状态。玻璃纤维的分类：E玻纤A玻璃特种玻璃纤维mmmm纤维（纺织纤维4μm超细纤维以纤维外观分类：无捻粗纱、有捻细纱、短切纤维、空心玻璃纤维、玻璃粉、磨细纤维耐酸玻璃纤维、普通玻璃纤维（无碱及中碱玻璃纤维）玻璃结构近似有序！玻璃纤维的化学组成：二氧化硅、三氧化二硼、氧化钙、三氧化二铝（填空题）玻璃纤维的最大特点是拉伸强度高。增高。影响玻璃纤维强度的因素：直径越小拉伸强度越高；纤维长度越短拉伸强度越高；化学组成（含碱量越低拉伸强度越高高（纤维疲劳；玻璃纤维成型方法和成型条件对强度的影响（硬化速度越快强度越高）玻璃纤维的耐折性很差。性差，耐水性好；二者耐碱性接近。克重原纱长度纤维支数=纤维重量；定长法（国际统一单位TEX，1000m长原纱克重量。碳纤维是由有机纤维经固相反应转变而成的纤维状聚合物碳，是一种非金属材料。（除硝酸以外，几乎对所有药品均稳定。在航空航天，军事，体育用品和工业方面用途广泛。根据碳纤维的性能分类：高性能碳纤维，低性能碳纤维（耐火纤维、碳质纤维、石墨纤维（吸附性·，耐磨用·碳纤维的制造：气相法，有机纤维碳化法造连续长丝。此法可制造连续长纤维。制作碳纤维的原料有三种：人造丝（粘胶纤维，聚丙烯晴PA）原丝纤维制造纤维：拉丝、牵伸、稳定、碳化、石墨化碳纤维的应力应变曲线为一直线，伸长小，断裂过程在瞬间完成，不发生屈服。碳纤维的膨胀系数与其他类型纤维不同，具有各向异性特点。用时会发生电化学腐蚀。碳纤维具有突出的耐热性，还有良好的耐低温性能，在液氮温度下也不脆化。芳纶纤维的特点是拉伸强度高。芳纶纤维的热膨胀系数和碳纤维一样具有各向异性的特点。芳纶纤维作为增强材料，树脂作为基体的增强塑料，简称KFRP，它在航空航天方面的应用仅次于碳纤维。碳化硅纤维主要用于增强金属和陶瓷，制成耐高温的金属或陶瓷基复合材料。碳化硅纤维的制造方法主要有两化学气相沉积法和烧结法（有机聚合物转化法。A(pfw)/B p颗粒；w晶须；f纤维状碳化硅纤维具有良好的耐热性能，超过1300℃性能开始下降。碳化硅纤维具有耐高温、耐腐蚀、耐辐射的三耐性能，是一种理想的耐热材料。硼纤维具有良好的比强度和比模量，密度小。位错和不完整等缺陷。晶须分为陶瓷晶须和金属晶须两类，用作增强材料的主要是陶瓷晶须。氧化铝纤维不足之处在于密度较大，3.2g/cm3是所介绍纤维中密度最大的。第四章复合材料的界面（论述？）复合材料的复合原则：材料组元的选择：①挑选合适组元，根据性能要求选材；②各组元之间的相容性（化、力学）③润湿性（结合强度过高影响断裂能量吸收，易脆断）④性价比要高（论述？简答？）纤维增强原则：1.强度、模量高于基体2.粘结作用3.纤维与基体的热膨胀系数相差不能过大4.不能发生有害的化学反应5.纤维分布适宜颗粒增强：颗粒大小、颗粒数量、颗粒粘结作用。（简答题复合材料的界面是指基体与增强物之间化学成分有显著变化的能起载荷传递作用的微小区域。它包含了1。基体与。基体和接触物的。基体和增强物上的氧化物及它们的反应产物等。连续纤维增强作用大于短纤维增强作用。界面的机能、效应（填空题效应界面区域示意图：外力场··界面最佳态的衡量是当受力发生开裂时，这一裂纹能转为区域化而不进一步界面脱粘。界面浸润理论：θθθ＝180°，液θ90θ=0，完全润湿固体。界面作用机理相关理论：界面浸润理论、化学键理论、物理吸附理论、变形层理论、拘束层理论、扩散层理论、减弱界面局部应力作用理论。（简答题2，纤3，纤维与基体相互反应形成界面反应层，含有亚微级左右的界面反应物质（界面反应层。金属基纤维复合材料的界面结合形势可以分成以下几种形式：物理结合（类型1浸润结合（类型2，反应结合（类型3。第五章聚合物基复合材料玻璃纤维增强热固性塑料是指玻璃纤维作为增强材料料，俗称玻璃钢GFR增强聚酯树脂。GFRP的突出特点是比重小，比强度高。比重为1.6-2.0钢。玻璃纤维增强环氧树脂是GFRPGFRP中耐热性最好的一种，可以在200℃下长期使用，甚至可以在1000脂中加入引发剂和促进剂后，促进成型。ABS醚等工程塑料。强度高，蠕变性能大大改善。一种。聚合物材料结构设计步骤：明确设计条件、材料设计、结构设计复合材料结构设计条件：结构性能要求、载荷情况、环境条件、结构的可靠性和经济性。（的形状；固化，将形状固定，并达到预计的性能要求。成型。手糊工艺是聚合物基复合材料制造中最早采用和最简单的方法。注射成型时根据金属压铸原理发展起来的一种成型方法，该方法是将颗粒状树脂、短纤经过冷却成型后，开模便得到复合材料制品。第六章金属基复合材料1．金属基复合材料与传统的金属材料相比，具有较高的比强度和比刚度，而与树脂基复合2铝基复合材料是金属基复合材料中应用最广的一种。CC

= V+ V·σσ·F F M M·σσ·受到较高温度冷却时受到张应力。各种增强方式：固溶强化、晶界强化、纤维增强、第二相强化——位错绕过、位错切过铝是应用最广的基体材料。目前普遍选用的铝合金有变形铝合金、铸造铝、焊接铝及烧结铝等。铝基复合材料的二次加工：成型、连接、机械加工、热处理。硼基复合材料纵向弹性模量E =E·V+E·V1111

11 F F M M··V+E V··F F M M金属基复合材料应用于燃气涡轮发动机叶片。的高温强度和抗氧化性。第七章陶瓷基复合材料1．陶瓷基复合材料中的增强体通常称为增韧体。从几何尺寸上可分为纤维（晶须和颗粒三类。2一种常用的是硼纤维。陶瓷材料另一种增强体为晶须。布方式的不同，又可将其分为单向排布长纤维复合材料和多向排布纤维复合材料。5的纵向性能要大大高于其横向性能。6含量高时会使致密度下降，颗粒可克服晶须的这一弱点但其增强增韧效果不如晶须。7．陶瓷基复合材料的成型加工技术：混料、成型、烧结。8．陶瓷材料具有耐高温、高强度、高硬度及耐腐蚀性好等特点，但其脆性大的弱点限制其作为结构材料使用。9（综述？）陶瓷基复合材料强韧化机理：自增韧——1.纤维增韧，纤维分担大部分外加应力，同时阻止裂纹扩展，通过拔出、桥联等方式第二相颗粒增韧，应力又到为开裂增韧、残余应力场增韧、裂纹偏转及桥联等。第八章水泥基复合材料1能将砂石等散粒或纤维状材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，通称为水泥。2．水泥按其性能和用途可分为：通用水泥、专用水泥及特性水泥等。水泥是建筑工业三大基本材料之一。结。周-1月水泥硬化条件：原料配比、搅拌、养生（方法是用垫子把混凝土盖上，从上面浇水，或者放在水中。7．水泥基复合材料的种类：混凝土、纤维增强水泥基复合材料、聚合物改性混凝土8．混凝土