新型金屬材料

1、新型金屬材料1、金屬材料的結(jié)構(gòu)與一般特性用于土木、建筑工程的金屬材料主要有：建筑鋼材的使用量最大，其產(chǎn)品形式有型材、板材、管材和線材；不銹鋼主要用于廚房設(shè)備、衛(wèi)生潔具和建筑裝飾； 鋁及鋁合金質(zhì)量輕，耐腐蝕性強(qiáng)，裝飾性能好，主要用于門窗、室內(nèi)外裝修、裝飾； 幕墻材料和金屬器具； 銅的價(jià)格較貴，只限于建筑五金、門窗和家具的裝飾或金屬器件，用量很少。（1）金屬材料的結(jié)構(gòu)在結(jié)晶粒子的內(nèi)部， 金屬原子按照一定 的規(guī)律在三維方向上呈規(guī)則排列， 其排列規(guī) 律可以用空間格子來描述，叫做晶格。熔點(diǎn)： 1535 C，呈液態(tài)；1535-1390 °C：體心立方晶格，稱為 $-Fe ；1390-910 C：

2、 面心立方晶格，稱為丫-Fe ，伴隨著體積收縮；< 910 C： 體心立方晶格，稱為 a -Fe ,伴隨著體積膨脹。同一種類的金屬在不同的溫度下其晶 格排列方式可能不同， 這種現(xiàn)象叫做金屬的 同素異構(gòu)體 。利用金屬在不同溫度下的同素 異構(gòu)性，可對(duì)金屬進(jìn)行熱加工處理，以獲得 不同性質(zhì)的金屬材料。絕大多數(shù)晶體都是10-100 卩 m 的晶粒組成的多晶體，晶粒之間的界面叫做晶界面。 特殊熱處理后 可變小。晶粒越細(xì)小，晶界 的面積越大，材料受力時(shí)的韌性、變形均勻 性和抵抗破壞的性能越好， 合金化也是一個(gè) 途徑。按添加元素的位置分為： 侵入型固溶體； 置換型固溶體；析出物。晶體的有序排列遭到破壞，

3、晶格缺陷的形式有點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷等。將間隙原子或置換原子地加入到金屬材料結(jié)構(gòu)中，就形成了材料固溶強(qiáng)化；位錯(cuò)的存在降低金屬材料的強(qiáng)度，降低2-3 個(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)提高金屬的塑性變形性能；晶界面越多，金屬的強(qiáng)度越高、性能均勻性越好。（ 2）建筑鋼材的成分及其對(duì)性能的影響 鋼材的主要化學(xué)成分是鐵元素和碳元素， 其中碳元素的含量在 0.02 2.0 的范圍； 如果碳含量大于 2.0 則稱為生鐵，生鐵 堅(jiān)硬，但呈脆性，不能承受沖擊荷載的作用 鋼材根據(jù)含碳量的多少分為低碳鋼、 中碳 鋼和高碳鋼， 隨著含碳量增加，鋼材的強(qiáng)度、 硬度增大，但塑性、韌性降低。建筑上常使 用低碳鋼。在鐵 - 碳合金中有意識(shí)地

4、加入其他元素的 原子，例如 Mn 、Si 、Ni、Cr 等，制成合金 鋼。按照合金元素的多少，分為高、中、低 合金鋼。建筑上常用低合金鋼。（ 3）金屬材料的一般特性 金屬材料具有較高的強(qiáng)度和韌性， 能抵抗 沖擊荷載的作用；具有導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性； 延展性好， 能制成各種型材、 板材和線材； 能進(jìn)行焊接、鉚接等加工，作成長(zhǎng)大尺寸 的構(gòu)件； 金屬材料具有光亮的表面， 裝飾性能良好； 金屬材料容易被腐蝕，耐高溫性差，生產(chǎn)成本較高。受拉力作用下應(yīng)力應(yīng)變曲線： 彈性階段 ：彈性模量 （E）, 彈性極限 （a p）,可恢復(fù)； 屈服階段：屈服強(qiáng)度 （a s）； 強(qiáng)化階段： 加工硬化或強(qiáng)化； 頸縮階段： 導(dǎo)致破斷

5、 , 極限抗拉強(qiáng)度（ab） 。引起金屬材料產(chǎn)生塑性變形的內(nèi)部原因, 其一晶格本身發(fā)生了變形；其二是原子發(fā)生滑移運(yùn)動(dòng) ,晶格形狀不變 , 晶格之間的原子位置改變。2、建筑領(lǐng)域的新型金屬材料用于建筑領(lǐng)域的金屬材料種類較少,品種比較單一 , 雖然具有較高的強(qiáng)度和韌性,但是普遍存在著不耐高溫、容易腐蝕、導(dǎo)熱性較高、低溫脆性等缺點(diǎn)?，F(xiàn)階段人們對(duì)建筑物的工作環(huán)境的要求更加苛刻 ,對(duì)金屬材料的強(qiáng)度、耐久性、耐腐蝕性、耐火性、抗低溫性、以及裝飾性能等也提出了更多的要 求。（1）超高強(qiáng)度鋼材極限抗拉強(qiáng)度值：低碳鋼510-720MPa ； 低 合 金 鋼 510-720MPa ； 高強(qiáng) 度 鋼 900-1300M

6、Pa ; 超高強(qiáng)度鋼材達(dá)到1300MPa以上，可通過改變合金元素的含量及熱處理工藝流程來實(shí)現(xiàn)。（ 2）低屈強(qiáng)比鋼鋼材的屈服強(qiáng)度與極限強(qiáng)度的比值（ds/ d b）叫做屈強(qiáng)比，反映了鋼材受力超過屈服極限至破壞所具有的安全儲(chǔ)備。用于建筑工程的普通低碳鋼的屈強(qiáng)比為0.58-0.63 ， 低合金鋼的屈強(qiáng)比為 0.65-0.75 。結(jié)構(gòu)的抗震性能要求：材料高的屈服強(qiáng)度和屈強(qiáng)比較小，滿足小震、中震不破壞，大震、巨震不倒塌的要求。（ 3）新型不銹鋼新 型 不 銹 鋼 不 含 Ni 元 素 ， 是 在19Cr-20Mo 不銹鋼中添加Nb、 Ti 、Zr 等穩(wěn)定性更好的元素，形成高純度的貝氏體不銹鋼。Cr 含量更

7、大的新品種不銹鋼，可耐500-700 C 高溫，用于火力發(fā)電廠或建筑物中的耐火覆蓋層。一般用于建筑物中的太陽能熱水器、耐腐蝕配管等構(gòu)件，但是只適合用于300 C以下的環(huán)境中。為了提高不銹鋼的美觀性，可采用高耐久性的含氟樹脂等涂料涂刷表面制成涂膜不銹鋼，或利用電解著色制成彩色不銹鋼，用于建筑物的外裝修材料。例如在硫酸鉻酸性溶液中電解，可在不銹鋼表面形成氧化膜，再利用這層膜的光干涉作用，發(fā)出金色、藍(lán)色、黃色、綠色、黑色等各種顏色。4）高耐蝕性金屬及鈦合金建材海洋結(jié)構(gòu)物、臨海建筑物中使用的金屬材料，要求具有優(yōu)異的耐腐蝕性。鈦金 屬經(jīng)氧化處理能形成TiO2 膜層，顏色因入射光的波長(zhǎng)分布、入射角、氧化物

8、膜層的厚度與折射率、鈦金屬表面的粗糙程度而呈微妙變化。彩色鈦金屬板顏色與光澤的耐蝕性、耐候性也非常優(yōu)秀。金屬鈦質(zhì)量輕，比強(qiáng)度高，耐腐蝕性強(qiáng)，且裝飾性能好，同時(shí)，鈦金屬熱膨脹系數(shù)小，焊接性能也好，是理想的建筑材材。由于價(jià)格高昂，作為普通的建筑材料還沒有達(dá)到普及使用的程度。最近發(fā)達(dá)國(guó)家在沿海、腐蝕嚴(yán)重的地區(qū)已經(jīng)開始將鈦合金應(yīng)用于建筑物的屋頂及外裝修板材。（ 5）耐火鋼普通建筑鋼材的機(jī)械強(qiáng)度在400 C 溫度時(shí)將降低為室溫下強(qiáng)度的降低為室溫下強(qiáng)度的1/101/3，在1000C時(shí)耐火鋼是在普通碳素鋼中添加鉬、釩、鉻、鈮等合金元素，各種元素的添加量大約為 1%,可使鋼材在400 C 高溫下的強(qiáng)度達(dá)到室溫

9、強(qiáng)度的2/3 。 也可在鋼材表面涂刷耐火涂料,或者在鋼材表面覆蓋耐火材料用于耐火。（ 6）輕質(zhì)、高比強(qiáng)度金屬材料 為減輕高層、超高層建筑物的自重 , 要 求用于主體結(jié)構(gòu)的金屬材料要有高的比強(qiáng) 度值。比強(qiáng)度是指材料的強(qiáng)度與其密度的比 值。高成本的鈦比強(qiáng)度最高 , 因此必須開發(fā) 成本低 , 具有高比強(qiáng)度的金屬材料。采用輕金屬與碳纖維復(fù)合制成的纖維強(qiáng)化金屬 , 具有較高的比強(qiáng)度。對(duì)強(qiáng)化長(zhǎng)纖 維縱向加壓 , 使熔融的金屬浸漬到纖維材料 中, 或者采用短纖維與熔融金屬進(jìn)行混合鑄造等方法制成。碳纖維的抗拉強(qiáng)度高達(dá)2000MPa 制成纖維強(qiáng)化鋁金屬，密度大幅 度降低，抗拉強(qiáng)度可達(dá)到 1000MPa 左右，比

10、 強(qiáng)度值可超過 350MPa 。（ 7） 耐低溫金屬材料 當(dāng)溫度下降到一定程度時(shí)， 對(duì)于很小的溫度變化，金屬的韌性突然降低，該溫度稱為金屬材料的臨界脆性溫度。地球表面自然環(huán)境的最低溫度大約為-70 C -80 C,飛行于宇宙中的宇宙飛船，受太陽直射側(cè)的溫度100-200 C,而沒有受到太陽照射的一側(cè)最低能達(dá)到-269.2 C°（ 4K）左右的超低溫度。低溫下使用的金屬材料，主要考慮其低溫脆化性，即隨著溫度降低其韌性是否明顯降低。（ 8） 金屬纖維 為提高混凝土或砂漿材料的抗拉強(qiáng)度， 常常在混凝土或砂漿中摻入金屬短纖維， 制 成纖維砂漿或纖維混凝土。 先將金屬材料制 成鋼絲，然后切割成

11、所需尺寸制成短纖維， 宜選擇耐蝕性好的金屬素材作金屬纖維。（ 9）非磁性金屬 高智能化的建筑物、核熔爐、磁懸浮鐵 路系統(tǒng)等容易產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)， 如果采用普 通的具有磁性的金屬材料， 在磁場(chǎng)作用下產(chǎn) 生力的作用，不利于結(jié)構(gòu)體的正常運(yùn)行。目前具有代表性的非磁性金屬材料有 高錳鋼、奧氏體系列不銹鋼和鈦金屬，其高 錳鋼分為12Mn l8Mn 、24Mn 個(gè)系列。3、具有特殊功能的金屬材料（ 1 ）形狀記憶合金 A. 形狀記憶合金的功能將平板狀的合金彎曲成直角形狀，并加 熱至某一溫度下 （例如 130 °C 左右 ）進(jìn)行形狀記憶熱處理，則該合金將“記住”在這一溫度下的形狀。前爬狀B. 形狀記憶

12、功能的機(jī)理沿滑移面原子發(fā)生變位；原子的移動(dòng)在格子之間連續(xù)變化，停留在不安定的位置上；對(duì)合金加熱，原子又回到原來位置上，表現(xiàn)為形狀記憶特性。形狀記憶合金在高溫下的晶格結(jié)構(gòu)稱為基本相，溫度降低至馬氏體相變溫度時(shí)，即晶相結(jié)構(gòu)成為馬氏體相。如果對(duì)該合金再加熱達(dá)到馬氏體相變溫度以上，則晶格又恢復(fù)到基本相結(jié)構(gòu)。C. 鎳 -鈦合金的特性 形狀記憶功能較好，如果塑性應(yīng)變不超過7，形狀可完全恢復(fù)； 形狀恢復(fù)應(yīng)力較大，可達(dá)600MPa 疲勞壽命長(zhǎng)，如果塑性應(yīng)變控制在2%以 內(nèi)，可重復(fù) 10 萬次變形恢復(fù)過程； 耐蝕性好，鎳 -鈦合金具有與鈦金屬及其普通的鈦合金相當(dāng)?shù)哪臀g性D. 形狀記憶合金的應(yīng)用實(shí)例 配管接頭；

13、宇宙開發(fā)，做人造衛(wèi)星或月球表面的天線； 醫(yī)療器械，脊柱彎曲癥支撐材料，人體內(nèi)臟注入藥液的微型泵、以及各種止血鉗等； 自動(dòng)開啟裝置。雙向型形狀記憶合金，例如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到一定溫度時(shí)， 將冷卻扇連 接在回轉(zhuǎn)軸上的風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)器， 室內(nèi)溫度異常 時(shí)切斷煤氣的安全閥開啟裝置、 溫室窗的自 動(dòng)開閉器、以及各種溫度開關(guān)等。 在土木、建筑領(lǐng)域的應(yīng)用通常用于溫室的自動(dòng)門開啟裝置、自來 水和煤氣管道的接頭等部位。接頭在工廠內(nèi)進(jìn)行形狀記憶熱處理后，對(duì)接頭再進(jìn)行擴(kuò)大內(nèi)徑的塑性加工， 通常所設(shè)定的形狀恢復(fù)溫度為 200 C，恢復(fù)可能應(yīng)變3%。 4、新型鋁金屬材料鋁合金材料具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、延展性好、耐腐蝕性好、表面有光

14、澤、裝飾性能好等優(yōu)點(diǎn)， 建筑領(lǐng)域大量用作建筑物的門窗、外墻幕墻材料及室內(nèi)裝修。（ 1）超塑性鋁合金晶粒的粒徑達(dá)到20 卩 m 以下，可使鋁合金的拉伸伸長(zhǎng)率達(dá)到 50%以上，實(shí)現(xiàn)超塑性性能。 用超塑性鋁合金制成的壓型板、天 花扣板。（ 2）蜂窩式芯材板“鋁箔制作的六角形蜂窩集合體”“鋁板”（ 3）鋁質(zhì)復(fù)合材料 鋁質(zhì)復(fù)合材料具有振動(dòng)損失系數(shù)高， 具有良好的制震特性。 在兩片鋁板之間夾入 制震樹脂， 可夾入樹脂等高分子泡沫材料或 纖維石膏板制成的復(fù)合板材。（ 4）耐腐蝕性裝飾材料 將鋁質(zhì)金屬制品浸泡在電解液中， 以鋁 質(zhì)金屬板為陽極，通入電流，得到金色、銀 色、黑色等不同的表面顏色。噴漆、噴塑、熱鍍

15、等加工方法制造而成的鋁質(zhì)涂層板，通稱為彩色鋁板，常用的合成樹脂涂料有丙烯類、乙烯類、聚酯類和含氟樹脂等。金屬材料質(zhì)量輕而強(qiáng)度高， 具有良好的 塑性和韌性，尺寸精度好，現(xiàn)代加工工藝已 經(jīng)很發(fā)達(dá)，有利于建筑構(gòu)件工廠化生產(chǎn)、在 現(xiàn)場(chǎng)安裝的現(xiàn)代化建設(shè)施工模式。只是生產(chǎn)成本較高， 且容易腐蝕的問題 是最大的弱點(diǎn)。應(yīng)不斷開發(fā)新型的、符合可 持續(xù)發(fā)展原則的金屬材料， 并將其應(yīng)用于建 筑工程中。復(fù)合材料1、復(fù)合材料的發(fā)展概況人類進(jìn)步的歷史與人類應(yīng)用材料的歷史密切相關(guān)。在邁向現(xiàn)代文明的進(jìn)程中，人類經(jīng)歷了石器時(shí)代、銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代、合成材料時(shí)代，現(xiàn)已邁入應(yīng)用復(fù)合材料的新時(shí)代。長(zhǎng)期以來，人們不斷改進(jìn)原有材料、開發(fā)

16、新的材料品種，在實(shí)踐中積累了豐富的應(yīng)用材料的經(jīng)驗(yàn)。但是，任何一種單一的材料( 金屬、陶瓷、聚合物 ) ，雖有許多優(yōu)點(diǎn)，但都存在著一些明顯的不足， 改性也往往是有限的。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)材料提出了越來越高、越來越嚴(yán)、越來越多的要求，既要求良好的綜合性能，如高強(qiáng)度、高剛度、高韌性、低密度等性能，又希望能夠在高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕等惡劣的環(huán)境下服役。這些是傳統(tǒng)的單一材料所不能滿足的。于是 人們想到將一些不同性能的材料復(fù)合起來，相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，這樣就出現(xiàn)了復(fù)合材料。(1) 早期的復(fù)合材料復(fù)合材料并不是人類發(fā)明的新材料，在 自然界存在許多天然的復(fù)合材料，人類使用復(fù)合材料有著悠久的歷史。天然復(fù)合材料

17、：竹子、木材、骨骼、皮膚、貝殼等自然界的經(jīng)典組合：竹子是由許多直徑不同的管狀纖維素分散在木質(zhì)素基體中形 成的復(fù)合材料。表皮纖維細(xì)而密，可增強(qiáng)抗 彎強(qiáng)度；內(nèi)層纖維粗而疏，可改善韌性。最原始的人工復(fù)合材料： 6000 年前，我 國(guó)古代勞動(dòng)人民使用的土坯磚是有粘土和 稻草組成的。古代金屬基復(fù)合材料： 越王劍即金屬包 層復(fù)合材料， 在潮濕的環(huán)境中埋藏了幾千年， 出土是仍光亮奪目，鋒利無比。(2) 近代復(fù)合材料 主要指人工特意復(fù)合而成的一種新型 材料體系，成功制造要從 1942 年開始算起。 第二次世界大戰(zhàn)期間， 玻璃纖維增強(qiáng)聚脂樹 脂復(fù)合材料被美國(guó)空軍用于制造飛機(jī)構(gòu)件。復(fù)合材料發(fā)展第一代：璃纖維增強(qiáng)塑

18、料時(shí)代。復(fù)合材料發(fā)展第二代：19421960 年， 玻19601980 年， 先進(jìn)復(fù)合材料發(fā)展時(shí)代，主要研究增強(qiáng)材料，英國(guó)研制碳纖維，美國(guó)研制了Kevlar 纖維。 碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂、Kevlar 纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料用于飛機(jī)、火箭的主承力構(gòu)件。復(fù)合材料發(fā)展第三代： 19801990 年， 纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料時(shí)代， 其中鋁基復(fù) 合材料應(yīng)用最廣泛； 同時(shí)陶瓷基復(fù)合材料也 得到研究和發(fā)展。復(fù)合材料發(fā)展第四代： 1990 至今，主 要發(fā)展多功能復(fù)合材料，梯度功能材料、納 米復(fù)合材料、仿生復(fù)合材料。2、復(fù)合材料的概念復(fù)合材料在材料科學(xué)中是一門新興學(xué) 科，理論尚不成熟，還沒有形成統(tǒng)一的、普 遍

19、接受的定義。 國(guó)際化組織為復(fù)合材料下的 定義：復(fù)合材料是由兩種或兩種以上物理和 化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組合而成的一種多相 固體材料。改進(jìn)的定義：復(fù)合材料是由兩種或兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)采用適當(dāng) 的工藝組合而成的一種多相固體材料， 而且 這種多相固體材料的性能比單一材料的性 能優(yōu)越。定義要點(diǎn):(1) 多相材料。 通常包括基體相和增強(qiáng) 相?；w相可以是一個(gè)或幾個(gè)，把改善性能 的增強(qiáng)相材料固結(jié)成一體， 起著粘結(jié)和傳遞 應(yīng)力的作用，又稱為連續(xù)相。增強(qiáng)相也可以 是一個(gè)或幾個(gè)， 起著承受應(yīng)力和顯示功能的 作用，又稱為分散相。(2) 固體材料。 若復(fù)合產(chǎn)物為液體或氣 體混合物，就不是復(fù)合材料。(3)

20、人工合成。 自然界天然的復(fù)合材料 不在材料科學(xué)研究之列。(4) 性能優(yōu)越性 . 改善或克服組成材料的弱點(diǎn)， 充分發(fā)揮優(yōu) 點(diǎn)。如玻璃鋼強(qiáng)度>> 玻璃和樹脂。 各向異性，性能具有可設(shè)計(jì)性，使構(gòu)件中纖維與受力方向一致。 可創(chuàng)造出單一材料不具備的性能， 或同一 時(shí)間里發(fā)揮不同的功能。如溫控開關(guān)。其特 點(diǎn)是：具有可設(shè)計(jì)性；人工制造而非天然形 成的；性能取決于各組分性能及協(xié)同效應(yīng)； 組元間有明顯界面或呈梯度變化的多相材 料。3、復(fù)合材料的分類復(fù)合材料可以由金屬、 高聚物和陶瓷中 任意兩者人工合成， 也可以由兩種或更多種 金屬、高聚物和陶瓷來制備，因此復(fù)合材料 范圍很廣、種類很多，目前分類也不統(tǒng)

21、一。（ 1）按基體材料分類 聚合 物基復(fù)合材料（ Polymer Matrix Composites ，簡(jiǎn)寫 PMC ） 金 屬 基 復(fù) 合 材 料 （ Metal Matrix Composites ，簡(jiǎn)寫 MM ）C 陶 瓷 基 復(fù) 合 材 料 （ Ceramic MatrixComposites ，簡(jiǎn)寫 CMC ） 碳 碳 基 復(fù) 合 材 料 （ Carbon-CarbonComposites ，簡(jiǎn)寫 C/C ）（ 2）按增強(qiáng)材料的形態(tài)分類 零維：顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料。根據(jù)顆粒大小， 又分為彌散顆粒增強(qiáng)復(fù) 合材料（ 1002500 ? ）和真正顆粒增強(qiáng)復(fù)合 材料（微米級(jí)） 。 一維：纖維增強(qiáng)

22、復(fù)合材料。按纖維長(zhǎng)短有分為連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合 材料、短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和晶須增強(qiáng)復(fù)合 材料。按纖維種類有分為玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合 材料、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、硼纖維增強(qiáng)復(fù) 合材料、芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、金屬纖維 增強(qiáng)復(fù)合材料、陶瓷纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。 二維：板狀復(fù)合材料、平面編織復(fù)合材料、片狀材料增強(qiáng)復(fù)合材料。 三維：骨架狀復(fù)合材料、立體編織復(fù)合材料。（ 3）按復(fù)合材料的用途分類 結(jié)構(gòu)復(fù)合材料：以承受載荷為主要目的。 主要使用力學(xué)性能， 以滿足高強(qiáng)度、 高模量、 耐沖擊、耐磨損的要求。這類復(fù)合材料通常 由基體材料和增強(qiáng)材料組成， 其中增強(qiáng)材料 起主要作用， 由它提供復(fù)合材料的剛度和強(qiáng) 度，基本上控制了復(fù)

23、合材料的力學(xué)性能；基體材料起配合作用，支持和固定增強(qiáng)材料，改善復(fù)合材料的某些性能。 功能復(fù)合材料：主要使用功能特性，利用其在電、磁、聲、光、熱、阻尼、燒蝕等方面的特殊性能。如導(dǎo)電復(fù)合材料、磁性復(fù)合材料等。 智能復(fù)合材料：機(jī)敏材料+自決策材料 +執(zhí) 行材料。當(dāng)材料發(fā)生故障或即將失效時(shí)，電阻或電導(dǎo)發(fā)生突變，機(jī)敏材料發(fā)出預(yù)警，自決策材料根據(jù)情況作出最優(yōu)控制，發(fā)出指令 傳達(dá)給執(zhí)行材料使之發(fā)生動(dòng)作，從而保證材料處于最佳狀態(tài)。4、復(fù)合材料的命名：(1) 強(qiáng)調(diào)基體材料時(shí)以基體材料命名,如金屬基復(fù)合材料。( 2 ) 強(qiáng)調(diào)增強(qiáng)材料時(shí)以增強(qiáng)材料命名，如碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。（ 3）強(qiáng)調(diào)基體材料和增強(qiáng)材料時(shí)，兩者并用

24、，如玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。5、復(fù)合材料表示方法：（ 1）增強(qiáng)材料/ 基體材料。纖維增強(qiáng)高分子復(fù)合如 WC/C （o 讀作： 由碳化鎢增強(qiáng)的鈷基復(fù)合材料）；SiC （ P）/Al （讀作：由碳化硅顆粒增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料） ；C （f ） /EP （讀作：由碳纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料）。（ 2 ）英文編號(hào)的縮寫。如 FRP 纖維增強(qiáng)塑料（ Fiber Reinforced Plastics ）；PMC 聚合物基復(fù)合材料；MMC 金屬基復(fù)合材料；CMC 陶瓷基復(fù)合材料；FRC 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料；各種教材常用這些編號(hào)，實(shí)際并沒有統(tǒng)一。例如 FRC 可代表纖維增強(qiáng)陶瓷；也可代表纖維脂復(fù)合材料，

25、還表示纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。原因是 C：Ceramic ； Cement ；- 樹Composites ；碳纖維。M： Metal ； Matrix 。 R：Reinforced ； Resin 。 P：Polymer ； Plastics6、復(fù)合材料的性能特點(diǎn)（ 1） 比強(qiáng)度和比模量高。比強(qiáng)度 =強(qiáng)度 / 密度；比模量=彈性模量/ 密度比強(qiáng)度高，制作的零件自重??；比模量高，零件剛性好。（ 2） 抗疲勞性能好。金屬材料的疲勞極限為其拉伸強(qiáng)度的4050% ，疲勞破壞往往是突發(fā)性的，事先沒有征兆；碳纖維樹脂復(fù)合材料的疲勞極限為其拉伸強(qiáng)度的7080% ，疲勞破壞總是從纖維的薄弱環(huán)節(jié)開始，破壞前有明顯的預(yù)

26、兆。（ 3）減振性能好。 構(gòu)件的自振頻率與結(jié)構(gòu)本身的性狀有 關(guān)，還與材料的比模量的平方根成正比。復(fù) 合材料比模量大，自振頻率高，在一般加載 速度下，不容易發(fā)生共振而快速斷裂。 另外， 復(fù)合材料是多相體系， 大量界面對(duì)振動(dòng)有反 射和吸收作用，振動(dòng)阻尼很高，其中振動(dòng)衰減快，因而減振能力強(qiáng)。（ 4）高溫性能好 （相對(duì)基體材料而言） 。 增強(qiáng)材料有較高的熔點(diǎn)和高溫強(qiáng)度，C如 鋁在 400500° 完全喪失強(qiáng)度，而 B（f ） /Al 在 400500 C 仍有很高的強(qiáng)度。碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的耐熱性能比樹脂基體有明顯的提高。（ 5）減摩、耐磨性能好。塑料王聚四氟乙烯摩擦系數(shù)極低，僅0.0

27、4 ，幾乎是所有固體擦了中最低的。碳纖維可降低塑料的摩擦系數(shù)， 在熱塑性塑料中 摻入少量短切碳纖維，其耐磨性大大提高。（6）化學(xué)穩(wěn)定性好。鋼材不耐酸， 但很大復(fù)合材料能耐酸堿 腐蝕。玻璃纖維增強(qiáng)塑料不僅可在含氯離子 的酸性介質(zhì)中長(zhǎng)期使用，還能在強(qiáng)堿介質(zhì)中 使用。（ 7）斷裂安全性高。 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中含有大量的獨(dú)立 纖維。當(dāng)構(gòu)件過載后即使有少量的纖維斷裂， 載荷也會(huì)迅速重新分配到為破壞的纖維上， 使整個(gè)構(gòu)件不致在極短的時(shí)間內(nèi)完全喪失 承載能力而整體破壞，因而工作安全性高。（8）成型工藝性好。復(fù)合材料構(gòu)件制造工藝簡(jiǎn)單，適合整體成型，即一次成型。在制備復(fù)合材料的同時(shí)，也獲得了構(gòu)件，減少了后續(xù)工序

28、。復(fù)合材料性能不足之處： 橫向拉伸強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度低； 斷裂伸長(zhǎng)率低，沖擊韌性有時(shí)不好； 制造是產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，分散性大，質(zhì)檢困難； 老化性能不好； 機(jī)械連接困難； 成本太高。7、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的復(fù)合原則材料復(fù)合的目的是獲得最佳的強(qiáng)度、剛 度等機(jī)械性能。（ 1）纖維是材料的主要承載組成，因此 應(yīng)該具有最高的強(qiáng)度和剛度。彈性模量 E 愈高，在同樣應(yīng)變量下，按 照虎克定律，所承受的應(yīng)力愈大，工作中能 承受的載荷愈大， 更能充分發(fā)揮對(duì)材料的增 強(qiáng)作用。此外，剛度高，比重小，熱穩(wěn)定性高也是保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性所必要的。（ 2）基體起粘結(jié)纖維的作用， 因此必須： 對(duì)纖維有潤(rùn)濕性， 以便在界面上有必要的 粘

29、結(jié)力，而將纖維粘結(jié)為一個(gè)整體； 具有一定的塑性和韌性， 對(duì)裂紋起致偏和 控制作用；能保護(hù)纖維表面，不引入裂紋，不發(fā)生損傷纖維表面的反應(yīng)。（ 3）纖維與基體之間應(yīng)該有高的且合適 的結(jié)合強(qiáng)度。結(jié)合強(qiáng)度高， 不僅直接有利于整個(gè)材料 的強(qiáng)度， 更重要的是便于將基體所承受的載 荷傳遞給纖維， 以充分發(fā)揮纖維的增強(qiáng)作用。 結(jié)合強(qiáng)度過低，界面很難傳遞載荷，纖維無 法增強(qiáng)，整體強(qiáng)度下降。結(jié)合強(qiáng)度過高也不 利，使復(fù)合材料斷裂時(shí)失去纖維從基體拔出 的過程，降低復(fù)合材料的強(qiáng)度，在載荷過大 時(shí)可能導(dǎo)致危險(xiǎn)的脆性斷裂。（4）纖維與基體的熱膨脹性能應(yīng)有較好的協(xié)調(diào)和配合。通常要求兩者的熱膨脹系數(shù)相近，如果 纖維和基體熱膨脹

30、系數(shù)相差過大，則有可能在熱脹冷縮過程中產(chǎn)生應(yīng)力，削弱兩者之間的結(jié)合強(qiáng)度，從而降低材料的整體強(qiáng)度。但對(duì)于韌性較低的基體，纖維的熱膨脹系數(shù)可以略高一些，以便在受熱后的冷卻過程中， 由于收縮較大使基體處于受壓狀態(tài)， 而獲得 一定的保護(hù)。相反，對(duì)于塑性較好的基體， 纖維的熱膨脹系數(shù)則可稍小一些， 以便在其 中造成殘余壓應(yīng)力，增進(jìn)韌性。（ 5）纖維必須有合理的含量、尺寸和分布。一般來說，體積含量愈高，增強(qiáng)效果愈 大，但體積含量過高，增強(qiáng)效果又會(huì)下降。 比較合適的纖維含量在4070% 范圍內(nèi)。纖維越細(xì)，則缺陷越少，強(qiáng)度越高；同 時(shí)細(xì)纖維的表面積較大， 有利于增加與基體 的結(jié)合力，即直徑越小，纖維增強(qiáng)效果越大。 纖維的長(zhǎng)度對(duì)增強(qiáng)有利， 連續(xù)纖維比短纖維的增強(qiáng)效果大得多。短切纖維只有在超過一定的臨界值時(shí)，才能有