工程材料過(guò)控復(fù)合材料

1、 主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容 l復(fù)合增強(qiáng)理論及增強(qiáng)體材料復(fù)合增強(qiáng)理論及增強(qiáng)體材料 復(fù)合增強(qiáng)理論簡(jiǎn)介 增強(qiáng)體材料 復(fù)合材料的性能特點(diǎn)復(fù)合材料的性能特點(diǎn) l常用復(fù)合材料常用復(fù)合材料 樹(shù)脂基復(fù)合材料 金屬基復(fù)合材料 陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料 * 復(fù)合材料復(fù)合材料 復(fù)合材料復(fù)合材料是由兩是由兩 種或兩種以上化種或兩種以上化 學(xué)性質(zhì)或組織結(jié)學(xué)性質(zhì)或組織結(jié) 構(gòu)不同的材料組構(gòu)不同的材料組 合而成的材料。合而成的材料。 復(fù)合材料船體 常用工程材料常用工程材料 復(fù)合材料復(fù)合材料是多相材料，主要包括基體相和增強(qiáng)相。是多相材料，主要包括基體相和增強(qiáng)相。 基體相基體相是一種連續(xù)相，它把改善性能的增強(qiáng)相材料是一種連續(xù)相

2、，它把改善性能的增強(qiáng)相材料 固固 結(jié)成一體，并起結(jié)成一體，并起 傳遞應(yīng)力的作用。傳遞應(yīng)力的作用。 l增強(qiáng)相增強(qiáng)相起承受應(yīng)起承受應(yīng) 力（結(jié)構(gòu)復(fù)合材力（結(jié)構(gòu)復(fù)合材 料）和顯示功能料）和顯示功能 (功能復(fù)合材料功能復(fù)合材料) 的作用。的作用。 纖維增強(qiáng)高分子復(fù)合材料 復(fù)合材料復(fù)合材料 復(fù)合材料可以是一個(gè)連續(xù)復(fù)合材料可以是一個(gè)連續(xù) 相與一個(gè)分散相的復(fù)合，也相與一個(gè)分散相的復(fù)合，也 可以是兩個(gè)或多個(gè)連續(xù)相與可以是兩個(gè)或多個(gè)連續(xù)相與 一個(gè)或多個(gè)分散相在連續(xù)相一個(gè)或多個(gè)分散相在連續(xù)相 中的復(fù)合。中的復(fù)合。 復(fù)合后的產(chǎn)物為固體。復(fù)合后的產(chǎn)物為固體。 產(chǎn)物為液體或氣體時(shí)，不產(chǎn)物為液體或氣體時(shí)，不 能稱為復(fù)合材料

3、。能稱為復(fù)合材料。 復(fù)合材料復(fù)合材料 復(fù)合材料與傳統(tǒng)材料相比，兩個(gè)主要特點(diǎn)是性能復(fù)合材料與傳統(tǒng)材料相比，兩個(gè)主要特點(diǎn)是性能 可設(shè)計(jì)性和材料與構(gòu)件成型的一致性?？稍O(shè)計(jì)性和材料與構(gòu)件成型的一致性。 復(fù)合材料所期望的復(fù)合效果是原材料（組分材料）復(fù)合材料所期望的復(fù)合效果是原材料（組分材料） 的性能互補(bǔ)，并產(chǎn)生疊加效果，具備一些原材料所不的性能互補(bǔ)，并產(chǎn)生疊加效果，具備一些原材料所不 具備的優(yōu)異的物化性能。具備的優(yōu)異的物化性能。 復(fù)合材料復(fù)合材料 材料設(shè)計(jì)是指在材料科學(xué)的理論知識(shí)和已有經(jīng)驗(yàn)的材料設(shè)計(jì)是指在材料科學(xué)的理論知識(shí)和已有經(jīng)驗(yàn)的 基礎(chǔ)上，按預(yù)定性能要求，確定材料的組分和結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)上，按預(yù)定性能要求

4、，確定材料的組分和結(jié)構(gòu)， 預(yù)測(cè)達(dá)到性能要求應(yīng)選擇的工藝手段和工藝方法。預(yù)測(cè)達(dá)到性能要求應(yīng)選擇的工藝手段和工藝方法。 通過(guò)改變材料的組分、結(jié)構(gòu)、工藝方法和工藝參數(shù)通過(guò)改變材料的組分、結(jié)構(gòu)、工藝方法和工藝參數(shù) 來(lái)調(diào)節(jié)材料的性能，是材料性能的可設(shè)計(jì)性。來(lái)調(diào)節(jié)材料的性能，是材料性能的可設(shè)計(jì)性。 復(fù)合材料設(shè)計(jì)：選材、制備工藝、工藝參數(shù)控制。復(fù)合材料設(shè)計(jì)：選材、制備工藝、工藝參數(shù)控制。 復(fù)合材料復(fù)合材料 復(fù)合材料與復(fù)合材料構(gòu)件是同時(shí)成型，在把增強(qiáng)材復(fù)合材料與復(fù)合材料構(gòu)件是同時(shí)成型，在把增強(qiáng)材 料摻入基體形成復(fù)合材料的同時(shí)，形成復(fù)合材料構(gòu)件，料摻入基體形成復(fù)合材料的同時(shí)，形成復(fù)合材料構(gòu)件， 稱為復(fù)合材料與構(gòu)

5、件制造的一致性。稱為復(fù)合材料與構(gòu)件制造的一致性。 一次成型：根據(jù)構(gòu)件形狀設(shè)計(jì)模具，使基體材料與一次成型：根據(jù)構(gòu)件形狀設(shè)計(jì)模具，使基體材料與 增強(qiáng)材料組合、固化后獲得復(fù)合材料構(gòu)件增強(qiáng)材料組合、固化后獲得復(fù)合材料構(gòu)件。 后加工：構(gòu)件的連接（螺接、鉚接、焊接、粘結(jié)后加工：構(gòu)件的連接（螺接、鉚接、焊接、粘結(jié) 等）、機(jī)械切削加工及坯件的進(jìn)一步塑性變形（金屬等）、機(jī)械切削加工及坯件的進(jìn)一步塑性變形（金屬 基復(fù)合材料的擠壓、軋制和滾壓）?；鶑?fù)合材料的擠壓、軋制和滾壓）。 凈成型：一次成型后，復(fù)合材料構(gòu)件可供直接使用凈成型：一次成型后，復(fù)合材料構(gòu)件可供直接使用 的成型方法。的成型方法。 復(fù)合材料復(fù)合材料 復(fù)合

6、材料的分類復(fù)合材料的分類 1、按、按基體材料基體材料分類，可分為分類，可分為 聚合物基聚合物基、陶瓷基陶瓷基和和金屬基金屬基 復(fù)合材料。復(fù)合材料。 2、按、按增強(qiáng)相形狀增強(qiáng)相形狀分類，可分分類，可分 為為纖維纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、增強(qiáng)復(fù)合材料、粒子粒子 增強(qiáng)復(fù)合材料和增強(qiáng)復(fù)合材料和層狀層狀復(fù)合材復(fù)合材 料。料。 3、按、按復(fù)合材料的性能復(fù)合材料的性能分類，分類， 可分為可分為結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和復(fù)合材料和功能功能 復(fù)合材料。復(fù)合材料。 SiC顆粒 Al2O3片 Al2O3纖維 增強(qiáng)相三種類型 復(fù)合材料復(fù)合材料 -基體材料的種類基體材料的種類 復(fù)合材料復(fù)合材料 復(fù)合材料復(fù)合材料 復(fù)合材料復(fù)合材料 分散

7、相分散相 連續(xù)相連續(xù)相 金屬材料金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料有機(jī)高分子材料有機(jī)高分子材料 金金 屬屬 材材 料料 金屬纖維纖維/金屬基復(fù)合材料鋼絲/水泥復(fù)合材料增強(qiáng)橡膠 金屬晶須晶須/金屬基復(fù)合材料晶須/陶瓷基復(fù)合材料 金屬片材金屬/塑料板 無(wú)無(wú) 機(jī)機(jī) 非非 金金 屬屬 材材 料料 陶 瓷 纖維纖維/金屬基復(fù)合材料纖維/陶瓷基復(fù)合材料 晶須晶須/金屬基復(fù)合材料晶須/陶瓷基復(fù)合材料 顆粒彌散強(qiáng)化合金材料粒子填充塑料 玻 璃 纖維纖維/樹(shù)脂基復(fù)合材料 顆粒 碳 纖維碳纖維/金屬基復(fù)合材料碳纖維/陶瓷基復(fù)合材料碳纖維/樹(shù)脂基復(fù)合材料 炭黑顆粒/橡膠；顆粒/樹(shù)脂基 有機(jī)有機(jī) 高分高分 子材子材

8、 料料 有機(jī)纖維纖維/樹(shù)脂基復(fù)合材料 塑料金屬/塑料 橡膠 復(fù)合材料復(fù)合材料 強(qiáng)調(diào)基體時(shí)，以基體材料的名稱為主。強(qiáng)調(diào)基體時(shí)，以基體材料的名稱為主。 樹(shù)脂基、金屬基、陶瓷基復(fù)合材料等。樹(shù)脂基、金屬基、陶瓷基復(fù)合材料等。 強(qiáng)調(diào)增強(qiáng)體時(shí)，以增強(qiáng)材料的名稱為主。強(qiáng)調(diào)增強(qiáng)體時(shí)，以增強(qiáng)材料的名稱為主。 玻璃纖維、碳纖維、陶瓷顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料。玻璃纖維、碳纖維、陶瓷顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料。 復(fù)合材料復(fù)合材料 基體材料名稱與增強(qiáng)體材料名稱并用，表示一種具體基體材料名稱與增強(qiáng)體材料名稱并用，表示一種具體 的復(fù)合材料。的復(fù)合材料。 玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，簡(jiǎn)稱玻璃纖維玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，簡(jiǎn)稱玻璃纖維/

9、/環(huán)環(huán) 氧樹(shù)脂復(fù)合材料或玻璃纖維氧樹(shù)脂復(fù)合材料或玻璃纖維/ /環(huán)氧。環(huán)氧。 英文編號(hào)，頭字母縮寫(xiě)。英文編號(hào)，頭字母縮寫(xiě)。 MMC (Metal Matrix Composite), FRP (Fiber Reinforced Plastics), GF/Epoxy, G/Ep). 復(fù)合材料的特點(diǎn)復(fù)合材料的特點(diǎn) 1、比強(qiáng)度比強(qiáng)度和和比模量比模量高高 其中纖其中纖 維增強(qiáng)復(fù)合材料的最高。維增強(qiáng)復(fù)合材料的最高。 2、抗疲勞性能抗疲勞性能好好 碳纖維增強(qiáng)碳纖維增強(qiáng) 材料材料 -1可達(dá)可達(dá) b的的7080%。 因纖維對(duì)疲勞裂紋擴(kuò)展有阻礙因纖維對(duì)疲勞裂紋擴(kuò)展有阻礙 作用作用。 3、減振性能減振性能良好良好

10、 復(fù)合材料中復(fù)合材料中 的大量界面對(duì)振動(dòng)有反射吸收的大量界面對(duì)振動(dòng)有反射吸收 作用，不易產(chǎn)生共振。作用，不易產(chǎn)生共振。 4、高溫性能高溫性能好。好。 比強(qiáng)度比較 碳纖維 樹(shù)脂 硼纖維 樹(shù)脂 玻璃纖維 樹(shù)脂 鈦 鋼 鋁 概概 述述 粒子與層狀增強(qiáng)復(fù)合材料粒子與層狀增強(qiáng)復(fù)合材料 粒子增強(qiáng)復(fù)合材料粒子增強(qiáng)復(fù)合材料 粒子增強(qiáng)復(fù)合材料是將粒子增強(qiáng)復(fù)合材料是將粒子粒子 高度高度彌散彌散地分布在基體中，地分布在基體中， 使其使其阻礙阻礙導(dǎo)致塑性變形的導(dǎo)致塑性變形的位位 錯(cuò)運(yùn)動(dòng)錯(cuò)運(yùn)動(dòng)(金屬基體金屬基體)和和分子鏈分子鏈 運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)(聚合物基體聚合物基體)。 這種復(fù)合材料是這種復(fù)合材料是各向同性各向同性的。的。

11、衛(wèi)星用顆粒增強(qiáng)鋁基 復(fù)合材料零件 復(fù)合材料復(fù)合材料 聚合物基聚合物基粒子復(fù)合材料如粒子復(fù)合材料如 酚醛樹(shù)脂中摻入木粉的酚醛樹(shù)脂中摻入木粉的電電 木木、碳酸鈣粒子改性熱塑、碳酸鈣粒子改性熱塑 性塑料的性塑料的鈣塑材料鈣塑材料(合成木合成木 材材)等。等。 陶瓷基陶瓷基粒子復(fù)合材料如粒子復(fù)合材料如氧氧 化鋯增韌陶瓷化鋯增韌陶瓷等。等。 粒子增強(qiáng)SiC陶瓷基復(fù)合材料 顆粒增強(qiáng)鋁基泡沫復(fù)合材料碳黑增強(qiáng)橡膠 粒子增強(qiáng)復(fù)合材料粒子增強(qiáng)復(fù)合材料 金屬基金屬基粒子復(fù)合材料又稱粒子復(fù)合材料又稱 金屬陶瓷金屬陶瓷，是由鈦、鎳、，是由鈦、鎳、 鈷、鉻等金屬與碳化物、鈷、鉻等金屬與碳化物、 氮化物、氧化物、硼化物氮化

12、物、氧化物、硼化物 等組成的非均質(zhì)材料。等組成的非均質(zhì)材料。 碳化物金屬陶瓷碳化物金屬陶瓷作為工具作為工具 材料已被廣泛應(yīng)用，稱作材料已被廣泛應(yīng)用，稱作 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金。硬質(zhì)合金通常。硬質(zhì)合金通常 以以Co、Ni作為粘結(jié)劑，作為粘結(jié)劑， WC、TiC等作為強(qiáng)化相。等作為強(qiáng)化相。 硬質(zhì)合金組織( (Co+WC) 粒子增強(qiáng)復(fù)合材料粒子增強(qiáng)復(fù)合材料 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金主要有主要有鎢鎢 鈷鈷(YG)和和鎢鈷鈦鎢鈷鈦 (YT)兩類。牌號(hào)中，兩類。牌號(hào)中， YG后的數(shù)字為后的數(shù)字為含含Co 量量，YT后的數(shù)字為后的數(shù)字為 碳化鈦含量碳化鈦含量。 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金硬度極高硬度極高， 且且熱硬性熱硬性、耐磨性

13、耐磨性 好，一般做成刀片，好，一般做成刀片， 鑲在刀體上使用。鑲在刀體上使用。 硬質(zhì)合金模具 硬質(zhì)合金軸承刀具 粒子增強(qiáng)復(fù)合材料粒子增強(qiáng)復(fù)合材料 層狀復(fù)合材料層狀復(fù)合材料 層狀復(fù)合材料是指在層狀復(fù)合材料是指在 基體中含有多重基體中含有多重層片層片 狀狀高強(qiáng)高模量增強(qiáng)物高強(qiáng)高模量增強(qiáng)物 的復(fù)合材料。的復(fù)合材料。 l這種材料是這種材料是各向各向 異性異性的的(層內(nèi)兩層內(nèi)兩 維同性維同性)。如。如碳碳 化硼片增強(qiáng)鈦化硼片增強(qiáng)鈦、 膠合板膠合板等。等。 層狀陶瓷復(fù)合材料斷口形貌 三明治復(fù)合 復(fù)合材料復(fù)合材料 雙金屬雙金屬、表面涂層表面涂層等也是層狀復(fù)合材料。等也是層狀復(fù)合材料。 結(jié)構(gòu)層狀材料根據(jù)材質(zhì)不

14、同，分別用于結(jié)構(gòu)層狀材料根據(jù)材質(zhì)不同，分別用于飛機(jī)制造飛機(jī)制造、 運(yùn)輸運(yùn)輸及及包裝包裝等。等。 有TiN涂層的 高爾夫球頭 層狀復(fù)合 鋁合金蜂窩夾層板 層狀復(fù)合材料層狀復(fù)合材料 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是指以各種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是指以各種金屬金屬和和非金屬非金屬作為作為基基 體體，以各種，以各種纖維纖維作為作為增強(qiáng)材料增強(qiáng)材料的復(fù)合材料的復(fù)合材料。 纖維增強(qiáng)復(fù)合原則纖維增強(qiáng)復(fù)合原則 l在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中，在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中，纖維纖維是材料是材料 主要主要承載承載組分，其增強(qiáng)效果主要取決組分，其增強(qiáng)效果主要取決 于纖維的于纖維的特征特征、纖維與基體纖維與基體間的間的

15、結(jié)合結(jié)合 強(qiáng)度強(qiáng)度、纖維的、纖維的體積分?jǐn)?shù)體積分?jǐn)?shù)、尺寸尺寸和和分布分布。 碳纖維 復(fù)合材料復(fù)合材料 1、彈性模量及強(qiáng)度、彈性模量及強(qiáng)度 外力方向與纖維軸向相同時(shí)，外力方向與纖維軸向相同時(shí)， c= f = m (f-纖纖 維、維、 m-基體、基體、 c-復(fù)合材料復(fù)合材料)，則，則 mmffcmmffc VEVEEVV, ffmmcfmc VV, 當(dāng)外力垂直于纖維軸向時(shí)，則當(dāng)外力垂直于纖維軸向時(shí)，則 my fy c d L 2 2、纖維的臨界長(zhǎng)徑比、纖維的臨界長(zhǎng)徑比 mfu mmu fc V 3、纖維最小體積分?jǐn)?shù)纖維最小體積分?jǐn)?shù) 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的纖維增強(qiáng)復(fù)合材

16、料的強(qiáng)度強(qiáng)度和和剛性剛性與與纖維方向纖維方向有關(guān)。有關(guān)。 纖維纖維無(wú)規(guī)排列無(wú)規(guī)排列時(shí)，能獲得基本時(shí)，能獲得基本各向同性各向同性的復(fù)合材料。的復(fù)合材料。 均一方向均一方向的纖維使材料具有明顯的的纖維使材料具有明顯的各向異性各向異性。纖維。纖維 采用采用正交編織正交編織，相互，相互垂直的方向垂直的方向均具有好的性能。均具有好的性能。 纖維采用纖維采用三維編織三維編織，可獲得，可獲得各方向各方向力學(xué)性能均優(yōu)的力學(xué)性能均優(yōu)的 材料。材料。 纖維在基體中的不同分布方式 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 纖維的種類和性能纖維的種類和性能 1、玻璃纖維玻璃纖維：用量最大、：用量最大、 價(jià)格最便宜。價(jià)格最便宜

17、。 2、碳纖維碳纖維：化學(xué)性能與：化學(xué)性能與 碳相似。碳相似。 3、硼纖維硼纖維：耐高溫、強(qiáng)：耐高溫、強(qiáng) 度、彈性模高。度、彈性模高。 4、金屬纖維金屬纖維：成絲容易、：成絲容易、 彈性模量高。彈性模量高。 5、陶瓷纖維陶瓷纖維：用于高溫、：用于高溫、 高強(qiáng)復(fù)合材料。高強(qiáng)復(fù)合材料。 玻璃纖 維 碳纖維 SiC纖維 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 6、芳香族、芳香族聚酰胺纖維聚酰胺纖維: 強(qiáng)度、強(qiáng)度、 彈性模量高，耐熱。彈性模量高，耐熱。 7、聚乙烯纖維聚乙烯纖維: 韌性極好，密韌性極好，密 度非常小度非常小 。 8、晶須晶須：是直徑小于：是直徑小于30 m， 長(zhǎng)度只有幾毫米的針狀單晶體，長(zhǎng)度

18、只有幾毫米的針狀單晶體， 斷面呈多角形斷面呈多角形, 是一種高強(qiáng)度材是一種高強(qiáng)度材 料。料。 分為金屬晶須和陶瓷晶須。金屬分為金屬晶須和陶瓷晶須。金屬 中中, Fe晶須晶須已投入生產(chǎn)已投入生產(chǎn)。工業(yè)生工業(yè)生 產(chǎn)的陶瓷晶須主要是產(chǎn)的陶瓷晶須主要是SiC晶須晶須。 SiC晶須 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 聚合物基纖維增強(qiáng)復(fù)合材料聚合物基纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 常用常用碳纖維碳纖維、玻璃纖維玻璃纖維和和芳綸纖維芳綸纖維增強(qiáng)高分子材料。增強(qiáng)高分子材料。 這類復(fù)合材料的性能較環(huán)氧樹(shù)脂等基體有大幅度的這類復(fù)合材料的性能較環(huán)氧樹(shù)脂等基體有大

19、幅度的 提高，比強(qiáng)度也高得多。提高，比強(qiáng)度也高得多。 材料種類材料種類 縱向抗拉強(qiáng)度縱向抗拉強(qiáng)度MPa縱向彈性模量縱向彈性模量GPa 環(huán)氧樹(shù)脂環(huán)氧樹(shù)脂696.9 環(huán)氧樹(shù)脂環(huán)氧樹(shù)脂/E級(jí)玻璃纖維級(jí)玻璃纖維102045 環(huán)氧樹(shù)脂環(huán)氧樹(shù)脂/碳纖維（高彈性）碳纖維（高彈性） 1240145 環(huán)氧樹(shù)脂環(huán)氧樹(shù)脂/芳綸纖維（芳綸纖維（49）138076 環(huán)氧樹(shù)脂環(huán)氧樹(shù)脂/硼纖維硼纖維（70%Vf）1400-2100210-280 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 纖維增強(qiáng)聚合物基纖維增強(qiáng)聚合物基 復(fù)合材料零件復(fù)合材料零件 芳綸剎車(chē)片芳綸剎車(chē)片 碳纖維增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合材料制航空 發(fā)動(dòng)機(jī)高溫構(gòu)件 纖維增強(qiáng)復(fù)合材

20、料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 在航空中的應(yīng)用在航空中的應(yīng)用 美國(guó)F/A-18殲擊機(jī) 美UH60A型直升飛機(jī) 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料 金屬的熔點(diǎn)高，故高強(qiáng)度纖維增強(qiáng)后的金屬的熔點(diǎn)高，故高強(qiáng)度纖維增強(qiáng)后的金屬基復(fù)合金屬基復(fù)合 材料材料（MMC）可以使用在）可以使用在較高溫較高溫的工作環(huán)境之下。的工作環(huán)境之下。 常用的常用的基體金屬基體金屬材料有材料有鋁合金鋁合金、鈦合金鈦合金和和鎂合金鎂合金。 l作為作為增強(qiáng)體增強(qiáng)體的連續(xù)纖的連續(xù)纖 維主要有維主要有硼纖維硼纖維、 SiC和和C纖維；纖維；Al2O3 纖維通常以短纖維的纖維通常以短纖維的 形式用于形式用

21、于MMC中。中。 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 MMC雖雖強(qiáng)度強(qiáng)度和和彈性模量彈性模量（剛度）增加，但（剛度）增加，但塑性塑性和和 韌性韌性因使用陶瓷纖維而有所降低。這在一定程度因使用陶瓷纖維而有所降低。這在一定程度 上限制了上限制了MMC的應(yīng)用范圍。的應(yīng)用范圍。 航天飛機(jī)內(nèi)MMC (Al / B纖維)桁架 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 纖維增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料纖維增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料 陶瓷材料陶瓷材料耐熱、耐磨、耐蝕、耐熱、耐磨、耐蝕、 抗氧化，但抗氧化，但韌性低韌性低、難加工。、難加工。 在陶瓷中加入纖維增強(qiáng)，能在陶瓷中加入纖維增強(qiáng)，能 大幅度提高強(qiáng)度，改善韌性，大幅度提高強(qiáng)度，改善韌性，

22、 并提高使用溫度。并提高使用溫度。 陶瓷中陶瓷中增韌纖維增韌纖維受外力作用，受外力作用， 因因拔出拔出而消耗能量，耗能越而消耗能量，耗能越 多材料韌性越好。多材料韌性越好。 C/C復(fù)合材料 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 用用晶須晶須作為作為增強(qiáng)相增強(qiáng)相可以顯著提高復(fù)合材料的強(qiáng)度可以顯著提高復(fù)合材料的強(qiáng)度 和彈性模量，但因?yàn)閮r(jià)格昂貴，目前僅在少數(shù)宇和彈性模量，但因?yàn)閮r(jià)格昂貴，目前僅在少數(shù)宇 航器件上采用。現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，晶須航器件上采用。現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，晶須 (如如SiC 和和 Si3N4)能起到能起到陶瓷材料增韌陶瓷材料增韌的作用。的作用。 ZnO晶須自增韌自增韌Si3N4陶瓷陶瓷 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纖

23、維增強(qiáng)復(fù)合材料 1. 1. 比強(qiáng)度、比模量大比強(qiáng)度、比模量大 玻璃纖維復(fù)合材料有較高的比強(qiáng)度和比模量，碳玻璃纖維復(fù)合材料有較高的比強(qiáng)度和比模量，碳 纖維、硼纖維、有機(jī)纖維增強(qiáng)的聚合物復(fù)合材料的比纖維、硼纖維、有機(jī)纖維增強(qiáng)的聚合物復(fù)合材料的比 強(qiáng)度相當(dāng)于鈦合金的強(qiáng)度相當(dāng)于鈦合金的35倍，比模量相當(dāng)于金屬的倍，比模量相當(dāng)于金屬的4 倍。倍。 2. 2. 耐疲勞性能好耐疲勞性能好 聚合物復(fù)合材料纖維與基體的界面能阻止裂紋的聚合物復(fù)合材料纖維與基體的界面能阻止裂紋的 擴(kuò)展，疲勞破壞從纖維的薄弱環(huán)節(jié)開(kāi)始，擴(kuò)展到結(jié)合擴(kuò)展，疲勞破壞從纖維的薄弱環(huán)節(jié)開(kāi)始，擴(kuò)展到結(jié)合 面上，破壞前有明顯的前兆。碳纖維面上，破壞

24、前有明顯的前兆。碳纖維/聚酯復(fù)合材料聚酯復(fù)合材料 的疲勞極限可為抗拉強(qiáng)度的的疲勞極限可為抗拉強(qiáng)度的70%80%。 3. 3. 減震性能好減震性能好 比模量高，具有高的自振頻率，纖維和界面具有比模量高，具有高的自振頻率，纖維和界面具有 吸震能力，振動(dòng)阻尼高。吸震能力，振動(dòng)阻尼高。 聚合物基復(fù)合材料的特性聚合物基復(fù)合材料的特性 4. 4. 過(guò)載時(shí)安全性好過(guò)載時(shí)安全性好 纖維復(fù)合材料過(guò)載、少數(shù)纖維斷裂時(shí)，載荷重新纖維復(fù)合材料過(guò)載、少數(shù)纖維斷裂時(shí)，載荷重新 分配到未破壞纖維上。分配到未破壞纖維上。 5. 5. 減摩、耐磨、自潤(rùn)滑性好減摩、耐磨、自潤(rùn)滑性好 熱塑性塑料熱塑性塑料中摻入少量短纖維，提高耐磨

25、性。碳中摻入少量短纖維，提高耐磨性。碳 纖維增強(qiáng)塑料摩擦系數(shù)降低，具有良好的自潤(rùn)滑性能。纖維增強(qiáng)塑料摩擦系數(shù)降低，具有良好的自潤(rùn)滑性能。 6. 6. 絕緣性好絕緣性好 玻璃鋼是一種優(yōu)良的電氣絕緣材料，用于制造儀玻璃鋼是一種優(yōu)良的電氣絕緣材料，用于制造儀 表、電機(jī)與電器的絕緣零件，且不受電磁作用。表、電機(jī)與電器的絕緣零件，且不受電磁作用。 7. 7. 有很好的加工工藝性有很好的加工工藝性 采用手糊成型、模壓成型、纏繞成型、注射成型采用手糊成型、模壓成型、纏繞成型、注射成型 和拉擠成型等制成各種形狀產(chǎn)品。和拉擠成型等制成各種形狀產(chǎn)品。 聚合物基復(fù)合材料的特性聚合物基復(fù)合材料的特性 1. 1. 高比

26、強(qiáng)度、高比模量高比強(qiáng)度、高比模量 金屬基體中加入適量的纖維、晶須、顆粒等增強(qiáng)體，金屬基體中加入適量的纖維、晶須、顆粒等增強(qiáng)體， 明顯提高材料的比強(qiáng)度、比模量。明顯提高材料的比強(qiáng)度、比模量。 2. 2. 導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能 金屬基復(fù)合材料中金屬基體占金屬基復(fù)合材料中金屬基體占60%以上，保持金屬良以上，保持金屬良 好導(dǎo)熱和導(dǎo)電性。好導(dǎo)熱和導(dǎo)電性。 3. 3. 熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性好熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性好 碳纖維、碳化硅纖維、晶須、顆粒、硼纖維等具有很碳纖維、碳化硅纖維、晶須、顆粒、硼纖維等具有很 小的熱膨脹系數(shù)，有很高的模量，特別是高模量、超高小的熱膨脹系數(shù)，有很高的模量，特別

27、是高模量、超高 模量的石墨纖維具有負(fù)的熱膨脹系數(shù)。模量的石墨纖維具有負(fù)的熱膨脹系數(shù)。 4. 4. 良好的高溫性能良好的高溫性能 具有比金屬基體更高的高溫性能，特別是連續(xù)纖維增具有比金屬基體更高的高溫性能，特別是連續(xù)纖維增 強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。 金屬基復(fù)合材料的特性金屬基復(fù)合材料的特性 金屬基復(fù)合材料的特性金屬基復(fù)合材料的特性 5. 5. 耐磨性好耐磨性好 陶瓷纖維、晶須、顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料不僅陶瓷纖維、晶須、顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料不僅 提高材料的強(qiáng)度和模量，也提高了復(fù)合材料的硬度和提高材料的強(qiáng)度和模量，也提高了復(fù)合材料的硬度和 耐磨性。耐磨性。 6. 6. 良好的疲勞性能和

28、斷裂韌性良好的疲勞性能和斷裂韌性 金屬基復(fù)合材料的疲勞性能和斷裂韌性取決于纖金屬基復(fù)合材料的疲勞性能和斷裂韌性取決于纖 維等增強(qiáng)體與金屬基體的界面結(jié)合狀態(tài)，增強(qiáng)體在金維等增強(qiáng)體與金屬基體的界面結(jié)合狀態(tài)，增強(qiáng)體在金 屬基體中的分布以及金屬、增強(qiáng)體本身的特性。屬基體中的分布以及金屬、增強(qiáng)體本身的特性。 7. 7. 不吸潮、不老化、氣密性好不吸潮、不老化、氣密性好 與聚合物相比，金屬基復(fù)合材料性質(zhì)穩(wěn)定、組織與聚合物相比，金屬基復(fù)合材料性質(zhì)穩(wěn)定、組織 致密，不老化、分解、吸潮，也不發(fā)生性能的自然退致密，不老化、分解、吸潮，也不發(fā)生性能的自然退 化?；?。 金屬基復(fù)合材料的特性金屬基復(fù)合材料的特性 1.

29、1. 陶瓷材料強(qiáng)度高、硬度大、耐高溫、抗氧化，高陶瓷材料強(qiáng)度高、硬度大、耐高溫、抗氧化，高 溫下抗磨損性好、耐化學(xué)腐蝕性優(yōu)良，熱膨脹系數(shù)和溫下抗磨損性好、耐化學(xué)腐蝕性優(yōu)良，熱膨脹系數(shù)和 相對(duì)密度小相對(duì)密度小。 2. 2. 陶瓷材料抗彎強(qiáng)度不高，斷裂韌性低，限制了其陶瓷材料抗彎強(qiáng)度不高，斷裂韌性低，限制了其 作為結(jié)構(gòu)材料使用。作為結(jié)構(gòu)材料使用。 3. 3. 用高強(qiáng)度、高模量的纖維或晶須增強(qiáng)后，高溫強(qiáng)用高強(qiáng)度、高模量的纖維或晶須增強(qiáng)后，高溫強(qiáng) 度和韌性大幅度提高。度和韌性大幅度提高。 4. 4. 陶瓷基復(fù)合材料的制備工藝復(fù)雜、缺少耐高溫的陶瓷基復(fù)合材料的制備工藝復(fù)雜、缺少耐高溫的 纖維，與其它復(fù)合

30、材料相比發(fā)展較緩慢。纖維，與其它復(fù)合材料相比發(fā)展較緩慢。 陶瓷基復(fù)合材料的特性陶瓷基復(fù)合材料的特性 飛機(jī)用復(fù)合材料重量比的變化飛機(jī)用復(fù)合材料重量比的變化 Airbus A380 舊來(lái)複合材舊來(lái)複合材 限界 限界 A380 用場(chǎng)合用場(chǎng)合 7E7 目標(biāo)目標(biāo) 舊舊M DM D社旅客機(jī)社旅客機(jī) 社旅客機(jī)社旅客機(jī) 米國(guó)軍用機(jī)米國(guó)軍用機(jī) 社旅客機(jī)社旅客機(jī) 將來(lái)型旅客機(jī)將來(lái)型旅客機(jī) 西暦年西暦年 航空機(jī)構(gòu)造重量占先進(jìn)複合材比率 航空機(jī)構(gòu)造重量占先進(jìn)複合材比率(%) Airbus A380 舊來(lái)複合材舊來(lái)複合材 限界 限界 A380 用場(chǎng)合用場(chǎng)合 7E7 目標(biāo)目標(biāo) 舊舊M DM D社旅客機(jī)社旅客機(jī) 社旅客機(jī)社

31、旅客機(jī) 米國(guó)軍用機(jī)米國(guó)軍用機(jī) 社旅客機(jī)社旅客機(jī) 將來(lái)型旅客機(jī)將來(lái)型旅客機(jī) 西暦年西暦年 航空機(jī)構(gòu)造重量占先進(jìn)複合材比率 航空機(jī)構(gòu)造重量占先進(jìn)複合材比率(%) 復(fù)合材料的應(yīng)用復(fù)合材料的應(yīng)用 CFRPCFRP在飛機(jī)上最初應(yīng)用的實(shí)例（在飛機(jī)上最初應(yīng)用的實(shí)例（F-15F-15戰(zhàn)機(jī)的減速板）戰(zhàn)機(jī)的減速板） 複複合合材材 C CF FR RP P G GF FR RP P 合合金金 合合金金 複複合合材材 C CF FR RP P G GF FR RP P 合合金金 合合金金 復(fù)合材料的應(yīng)用復(fù)合材料的應(yīng)用 日本日本F-2F-2戰(zhàn)機(jī)的主機(jī)翼戰(zhàn)機(jī)的主機(jī)翼 復(fù)合材料的應(yīng)用復(fù)合材料的應(yīng)用 復(fù)合材料的應(yīng)用復(fù)合材料的

32、應(yīng)用 飛機(jī)用復(fù)合材料重量比的變化飛機(jī)用復(fù)合材料重量比的變化 復(fù)合材料的應(yīng)用復(fù)合材料的應(yīng)用 B-787B-787上復(fù)合材料應(yīng)用的部位上復(fù)合材料應(yīng)用的部位 Composites 50% Titanium 15% Other 5% Steel 10% Aluminum 20% CFRP CFRP GFRP 合金 合金 鋼鋼 複合材複合材 合金 合金 合金 合金 鋼材鋼材 他他 Composites 50% Titanium 15% Other 5% Steel 10% Aluminum 20% CFRP CFRP GFRP 合金 合金 鋼鋼 複合材複合材 合金 合金 合金 合金 鋼材鋼材 他他 復(fù)合

33、材料的應(yīng)用復(fù)合材料的應(yīng)用 X-35X-35戰(zhàn)斗機(jī)上應(yīng)用的復(fù)合材料戰(zhàn)斗機(jī)上應(yīng)用的復(fù)合材料 復(fù)合材料的應(yīng)用復(fù)合材料的應(yīng)用 火箭上應(yīng)用的三明治型大型構(gòu)件火箭上應(yīng)用的三明治型大型構(gòu)件 復(fù)合材料的應(yīng)用復(fù)合材料的應(yīng)用 復(fù)合材料的應(yīng)用復(fù)合材料的應(yīng)用 人造衛(wèi)星上的人造衛(wèi)星上的CFRPCFRP太陽(yáng)電池基板太陽(yáng)電池基板 復(fù)合材料的應(yīng)用復(fù)合材料的應(yīng)用 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)推重比及渦輪入口溫度的變化噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)推重比及渦輪入口溫度的變化 4 5 6 7 8 9 10 1960197019801990200X 年年代代 推推重重比比 超音速 500 1000 1500 1940196019802000 Year ( Engine

34、Tested ) Turbine Inlet Temp. (C). 復(fù)合材料的應(yīng)用復(fù)合材料的應(yīng)用 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)用結(jié)構(gòu)材料重量的變化噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)用結(jié)構(gòu)材料重量的變化 0 20 40 60 80 100 120 19601960197019701980198019901990200X200X 年代 重量 Fe Al Ti Ni PMC他 0 20 40 60 80 100 120 19601960197019701980198019901990200X200X 年代 重量 Fe Al Ti Ni PMC他 復(fù)合材料的應(yīng)用復(fù)合材料的應(yīng)用 MMCMMC的高溫強(qiáng)度特性的高溫強(qiáng)度特性 復(fù)合材料的應(yīng)用復(fù)合材料的

35、應(yīng)用 MMCMMC葉片及活塞葉片及活塞 復(fù)合材料的應(yīng)用復(fù)合材料的應(yīng)用 復(fù)合材料艦船復(fù)合材料艦船 復(fù)合材料上層建筑復(fù)合材料上層建筑 復(fù)合材料桅桿復(fù)合材料桅桿 復(fù)合材料推進(jìn)器復(fù)合材料推進(jìn)器 機(jī)械裝置、舵、裝備、管道系統(tǒng)機(jī)械裝置、舵、裝備、管道系統(tǒng) 復(fù)合材料的應(yīng)用復(fù)合材料的應(yīng)用 結(jié)束語(yǔ)結(jié)束語(yǔ) 此刻的結(jié)點(diǎn)，是更多交集延續(xù)的開(kāi)始。 實(shí)驗(yàn)：12學(xué)時(shí)，6個(gè)實(shí)驗(yàn)，15-17周，統(tǒng)計(jì)上課時(shí)間。 考試：13-14周，期望時(shí)間，晚上？周末？ 復(fù)習(xí)：課程結(jié)束發(fā)習(xí)題（電子版），重點(diǎn)？ 輔導(dǎo)：個(gè)別問(wèn)題隨時(shí)歡迎，有需要可安排習(xí)題課。 成績(jī)：平時(shí)成績(jī)（出席+作業(yè)），結(jié)課考試，實(shí)驗(yàn)課 課程特點(diǎn)：內(nèi)容廣，知識(shí)點(diǎn)雜，概念多，學(xué)時(shí)少

36、。 教學(xué)目標(biāo)：滿足相關(guān)工作、研究及考研基本需求 水平有限，與同學(xué)的期望值差距大，抱歉。 感謝大家的努力支持及配合，收獲多多。 祝同學(xué)們健康順利，學(xué)業(yè)有成！ 附加作業(yè)附加作業(yè) 誠(chéng)心接受各方面的意見(jiàn)和建議。如： 哪些地方比較難懂，應(yīng)該重點(diǎn)講解。 課前后學(xué)習(xí)中曾期望或應(yīng)該在本課程中學(xué)到的 知識(shí)而沒(méi)有出現(xiàn)。 哪部分內(nèi)容給你的印象深刻，吸引力強(qiáng)，感興 趣，哪些容易理解、可自主學(xué)習(xí)。 課程準(zhǔn)備上有哪些不足，如課件內(nèi)容、形式、 練習(xí)、復(fù)習(xí)等。 課堂教學(xué)方面有什么建議，如互動(dòng)、提問(wèn)、考 勤等。 認(rèn)真完成、誠(chéng)心建議，有加分！ * 復(fù)合材料復(fù)合材料是多相材料，主要包括基體相和增強(qiáng)相。是多相材料，主要包括基體相和增強(qiáng)相。 基體相基體相是一種連續(xù)相，它把改善性能的增強(qiáng)相材料是一種連續(xù)相，它把改善性能的增強(qiáng)相材料 固固 結(jié)成一體，并起結(jié)成一體，并起 傳遞應(yīng)力的作用。傳遞應(yīng)力的作用。 l增強(qiáng)相增強(qiáng)相起承受應(yīng)起承受應(yīng) 力（結(jié)構(gòu)復(fù)合材力（結(jié)構(gòu)復(fù)合材 料）和顯示功能料）和顯示功能 (功能復(fù)合材料功能復(fù)合材料) 的作用。的作用。