復(fù)合材料概論第1章--緒論

1、 課程的性質(zhì)與作用課程的性質(zhì)與作用 主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容：容：第一章第一章 復(fù)合材料概述復(fù)合材料概述第二章第二章 復(fù)合材料的基體材料復(fù)合材料的基體材料第三章第三章 復(fù)合材料的增強(qiáng)材料復(fù)合材料的增強(qiáng)材料第四章第四章 聚合物基復(fù)合材料聚合物基復(fù)合材料第五章第五章 金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料第六章第六章 陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料第七章第七章 先進(jìn)復(fù)合材料簡(jiǎn)介先進(jìn)復(fù)合材料簡(jiǎn)介教材或參考資料：教材或參考資料：n王榮國(guó)，復(fù)合材料概論王榮國(guó)，復(fù)合材料概論.哈爾濱：哈爾哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004n吳人潔，復(fù)合材料吳人潔，復(fù)合材料.天津：天津大學(xué)出天津：天津大學(xué)出版社，版社，

2、2000n周祖福，復(fù)合材料學(xué)周祖福，復(fù)合材料學(xué).武漢：武漢理工武漢：武漢理工大學(xué)出版社，大學(xué)出版社，1995n王汝敏王汝敏，聚合物基復(fù)合材料（第二，聚合物基復(fù)合材料（第二版）版）.北京：北京：科學(xué)出版社科學(xué)出版社，2011n復(fù)合材料學(xué)報(bào)復(fù)合材料學(xué)報(bào)http:/ home.shtmln玻璃鋼玻璃鋼/復(fù)合材料復(fù)合材料通過中國(guó)知網(wǎng)、維普數(shù)據(jù)庫等查詢通過中國(guó)知網(wǎng)、維普數(shù)據(jù)庫等查詢課堂要求與考核方式：課堂要求與考核方式：一、一、材料的發(fā)展與人類社會(huì)的進(jìn)材料的發(fā)展與人類社會(huì)的進(jìn)步步l 人類歷史的發(fā)展大致經(jīng)歷了五次產(chǎn)業(yè)革命，分別為人類歷史的發(fā)展大致經(jīng)歷了五次產(chǎn)業(yè)革命，分別為石器時(shí)代、石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、蒸

3、汽機(jī)時(shí)代、化學(xué)工業(yè)興起時(shí)代、電氣和微電青銅器時(shí)代、蒸汽機(jī)時(shí)代、化學(xué)工業(yè)興起時(shí)代、電氣和微電子時(shí)代子時(shí)代。l 綜觀人類發(fā)展的歷史可以清楚地看到，每一種重要材料的發(fā)綜觀人類發(fā)展的歷史可以清楚地看到，每一種重要材料的發(fā)現(xiàn)和利用都在產(chǎn)業(yè)革命中起到了積極地推動(dòng)作用，都會(huì)把人現(xiàn)和利用都在產(chǎn)業(yè)革命中起到了積極地推動(dòng)作用，都會(huì)把人類支配和改造自然的能力提高到一個(gè)新的水平，給社會(huì)生產(chǎn)類支配和改造自然的能力提高到一個(gè)新的水平，給社會(huì)生產(chǎn)力和人類生活帶來巨大的變化。力和人類生活帶來巨大的變化。石器時(shí)代l 石器時(shí)代始于距今二三百萬年前，止于距今6000至4000年前，分為舊石器時(shí)代和新石器時(shí)代。石刀石刀l 生存方式由

4、起初的使用自然界中容易獲得的簡(jiǎn)單材料如獸皮、甲骨、羽毛、樹木、草葉、石塊、泥土等發(fā)展到開始有條件的選擇材料，并且學(xué)會(huì)了加工材料。l 在對(duì)石器的加工過程中，人類發(fā)現(xiàn)不同石塊質(zhì)地的差別，開始選擇質(zhì)地好的石塊，經(jīng)過精心打磨，得到玉器?；鸬陌l(fā)現(xiàn)與使用，促使人類發(fā)明了制陶工藝，陶器作為第一種人造材料結(jié)束了人類的石器時(shí)代，使人類從蒙昧?xí)r代進(jìn)入野蠻時(shí)代。 石鏟石鏟青銅器時(shí)代巨型司母戊鼎巨型司母戊鼎（河南安陽晚商遺址）（河南安陽晚商遺址）湖北江陵楚墓出土越王勾踐寶劍湖北江陵楚墓出土越王勾踐寶劍l 從使用石器到鑄造青銅器是人類技術(shù)發(fā)展史上的飛躍，是社會(huì)變革和進(jìn)步的巨大動(dòng)力。它改變了人類改造自然的方式，大大促進(jìn)了

5、生產(chǎn)力的提升。l 青銅器時(shí)代處于新石器時(shí)代和鐵器時(shí)代之間。大約在公元前2000年，中國(guó)開始了自己的青銅器時(shí)代，經(jīng)夏、商、西周、春秋、戰(zhàn)國(guó)，持續(xù)了1500 多年。蒸汽機(jī)時(shí)代蒸汽機(jī)車蒸汽機(jī)車l 蒸汽機(jī)時(shí)代以英國(guó)為中心，發(fā)生于16 世紀(jì)到20 世紀(jì)。蒸汽機(jī)蒸汽機(jī)l 冶煉及鑄鐵工藝的進(jìn)步為蒸汽機(jī)的誕生創(chuàng)造了條件，而蒸汽機(jī)的出現(xiàn)使人類進(jìn)入了工業(yè)時(shí)代?；瘜W(xué)工業(yè)興起時(shí)代l 化學(xué)工業(yè)興起時(shí)代以德國(guó)為中心，發(fā)生于20 世紀(jì)，主要是煤焦化得到煤焦油等有機(jī)物，進(jìn)而進(jìn)行各種化學(xué)反應(yīng)。l 化學(xué)工業(yè)的發(fā)展使人類掌握了利用化學(xué)反應(yīng)合成新的化學(xué)物質(zhì)，這些化學(xué)合成材料的發(fā)展極大的促進(jìn)了現(xiàn)代工業(yè)的進(jìn)步，也提高了人們的生活水平。

6、橡膠纖維塑料三大合成材料電氣微電子產(chǎn)業(yè)時(shí)代l 微電子時(shí)代起始于20 世紀(jì)后期，以美國(guó)為中心。l 半導(dǎo)體材料的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，催生了計(jì)算機(jī)及機(jī)電一體化。于是現(xiàn)代工廠企業(yè)實(shí)現(xiàn)了機(jī)器設(shè)備的電氣自動(dòng)化，生產(chǎn)效率大大提高，微型計(jì)算機(jī)更是大大提高了辦公效率。 發(fā)光二極管芯片新材料時(shí)代l 21 世紀(jì)生命科學(xué)和生物技術(shù)的發(fā)展以及納米材料的發(fā)展推動(dòng)了新時(shí)代材料的到來。有望獲得重大突破的熱點(diǎn)是納米材料、超導(dǎo)材料、生物醫(yī)用材料、電子材料、光電子材料、以及復(fù)合材料。波音波音787結(jié)構(gòu)材料分布圖結(jié)構(gòu)材料分布圖 風(fēng)力發(fā)電葉片風(fēng)力發(fā)電葉片二、復(fù)合材料的提出二、復(fù)合材料的提出l 現(xiàn)代高科技的發(fā)展更緊密地依賴于新材料的發(fā)展，同時(shí)也

7、對(duì)材料提出了更高、更苛刻的要求。l 在許多方面，傳統(tǒng)的單一材料已不能滿足實(shí)際需要，這些都促進(jìn)了人們對(duì)材料的研究向著按預(yù)定性能設(shè)計(jì)新材料的研究方向發(fā)展。l 復(fù)合材料的出現(xiàn)和發(fā)展，極大彌補(bǔ)了單一材料的缺點(diǎn)，各組分之間取長(zhǎng)補(bǔ)短、協(xié)同作用，產(chǎn)生單一材料所不具有的新性能。因此，復(fù)合化是材料科學(xué)的發(fā)展的必然趨勢(shì)。 航空發(fā)動(dòng)機(jī)材料發(fā)展預(yù)測(cè)古代復(fù)合材料古代復(fù)合材料 復(fù)合材料發(fā)展史復(fù)合材料發(fā)展史：三、復(fù)合材料的發(fā)展歷史三、復(fù)合材料的發(fā)展歷史古代復(fù)合材料古代復(fù)合材料 復(fù)合材料發(fā)展史復(fù)合材料發(fā)展史： 1965年在湖北江陵楚墓出土的越王勾踐劍。 錫青銅表面涂覆一層硫化銅而成。古代復(fù)合材料古代復(fù)合材料 復(fù)合材料發(fā)展史復(fù)

8、合材料發(fā)展史：近代復(fù)合材料近代復(fù)合材料 復(fù)合材料發(fā)展史復(fù)合材料發(fā)展史： 近代復(fù)合材料的制造成功要于1942 年，因航空工業(yè)的需要，發(fā)展了玻璃纖維增強(qiáng)塑料（俗稱玻璃鋼），從此出現(xiàn)了復(fù)合材料這一名稱。近代復(fù)合材料近代復(fù)合材料 復(fù)合材料發(fā)展史復(fù)合材料發(fā)展史：l復(fù)合材料發(fā)展第一代復(fù)合材料發(fā)展第一代：19421960年，玻璃纖維增強(qiáng)塑料年，玻璃纖維增強(qiáng)塑料（GFRP，Glass Fiber Reinforced Plastics）時(shí)代。）時(shí)代。美國(guó)：火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼和燃料容器美國(guó)：火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼和燃料容器 同時(shí)出現(xiàn)的有：硼纖維增強(qiáng)塑料同時(shí)出現(xiàn)的有：硼纖維增強(qiáng)塑料BFRP （Boron Fiber Reinfo

9、rced Plastics） 碳纖維增強(qiáng)塑料碳纖維增強(qiáng)塑料CFRP （Carbon Fiber Reinforced Plastics）近代復(fù)合材料近代復(fù)合材料 復(fù)合材料發(fā)展史復(fù)合材料發(fā)展史：l復(fù)合材料發(fā)展第二代復(fù)合材料發(fā)展第二代：19601980年，先進(jìn)復(fù)合材料年，先進(jìn)復(fù)合材料 發(fā)展時(shí)代發(fā)展時(shí)代。 1975年先進(jìn)復(fù)合材料“碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及開芙拉纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料”已用于飛機(jī)、火箭的主承力件上。 70年代：凱夫拉纖維增強(qiáng)塑料（年代：凱夫拉纖維增強(qiáng)塑料（KFRP） 碳化硅纖維增強(qiáng)塑料（碳化硅纖維增強(qiáng)塑料（SFRP） 氧化鋁纖維增強(qiáng)塑料（氧化鋁纖維增強(qiáng)塑料（AFRP） 碳化硅纖維

10、增強(qiáng)金屬（碳化硅纖維增強(qiáng)金屬（SFRM） 氧化鋁纖維增強(qiáng)塑料（氧化鋁纖維增強(qiáng)塑料（AFRM）近代復(fù)合材料近代復(fù)合材料 復(fù)合材料發(fā)展史復(fù)合材料發(fā)展史：l復(fù)合材料發(fā)展第三代復(fù)合材料發(fā)展第三代：19801990年，纖維增強(qiáng)金屬年，纖維增強(qiáng)金屬 基復(fù)合材料時(shí)代基復(fù)合材料時(shí)代。同時(shí)陶瓷基。同時(shí)陶瓷基 復(fù)合材料也得到研究和發(fā)展。復(fù)合材料也得到研究和發(fā)展。發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片（發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片（SiC/Ti）氧化鋁纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料氧化鋁纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料近代復(fù)合材料近代復(fù)合材料 復(fù)合材料發(fā)展史復(fù)合材料發(fā)展史：l復(fù)合材料發(fā)展第四代復(fù)合材料發(fā)展第四代： 1990至今，主要發(fā)展多功能復(fù)合至今，主要發(fā)展多功能復(fù)合 材

11、料，如機(jī)敏復(fù)合材料、梯度功材料，如機(jī)敏復(fù)合材料、梯度功 能材料。能材料。變形機(jī)翼變形機(jī)翼地球溫室效應(yīng)、地球溫室效應(yīng)、臭氧層破壞、臭氧層破壞、沙漠化、沙漠化、野生動(dòng)物滅絕野生動(dòng)物滅絕清潔淡水、清潔淡水、食物、食物、可耕地可耕地石油、石油、天然氣、天然氣、煤、煤、礦產(chǎn)等礦產(chǎn)等環(huán)境污染環(huán)境污染人口膨脹人口膨脹能源枯竭能源枯竭人類社會(huì)在未來面臨的問題、社會(huì)的特點(diǎn)和重點(diǎn)需求：人類社會(huì)在未來面臨的問題、社會(huì)的特點(diǎn)和重點(diǎn)需求：v進(jìn)入高度信息化的社會(huì)，同時(shí)對(duì)生活質(zhì)量和健康水平的進(jìn)入高度信息化的社會(huì)，同時(shí)對(duì)生活質(zhì)量和健康水平的追求會(huì)更高。追求會(huì)更高。v地球存在著非常嚴(yán)重的問題。地球存在著非常嚴(yán)重的問題。四、四、

12、復(fù)合材料在復(fù)合材料在21世紀(jì)中應(yīng)起的作用世紀(jì)中應(yīng)起的作用 1. 對(duì)信息技術(shù)提供服務(wù)對(duì)信息技術(shù)提供服務(wù)信息獲得信息獲得敏感器件敏感器件換能材料換能材料信息存儲(chǔ)信息存儲(chǔ)磁記錄磁記錄光記錄光記錄信息處理信息處理芯片封裝芯片封裝電路板電路板信息傳輸信息傳輸光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維導(dǎo)波管導(dǎo)波管信息執(zhí)行信息執(zhí)行機(jī)械動(dòng)作機(jī)械動(dòng)作高強(qiáng)高剛高強(qiáng)高剛2.2.對(duì)提高人類生活質(zhì)量做出貢獻(xiàn)對(duì)提高人類生活質(zhì)量做出貢獻(xiàn)衣衣紡織機(jī)械紡織機(jī)械食食蔬菜大棚蔬菜大棚住住建筑材料建筑材料行行交通工具交通工具改善舒適性改善舒適性輕質(zhì)高強(qiáng)、隔音隔熱墻體門窗、整體潔具飛機(jī)車輛、大小船艦高速列車的車體結(jié)構(gòu)提高安全性提高安全性抗沖韌性、吸收能量汽車保

13、險(xiǎn)杠轎車底板自診斷機(jī)敏復(fù)合材料高層建筑抗地政災(zāi)害提高健康水平提高健康水平修復(fù)植入人造器官成分設(shè)計(jì)、調(diào)整應(yīng)力生物相容性人工關(guān)節(jié)、夾骨板3.3.在解決資源短缺與能源危機(jī)方面的貢獻(xiàn)在解決資源短缺與能源危機(jī)方面的貢獻(xiàn)開發(fā)新能源與開發(fā)新能源與節(jié)約能源節(jié)約能源挖掘尚未被利挖掘尚未被利用的能源用的能源開發(fā)海洋開發(fā)海洋與空間與空間使基礎(chǔ)設(shè)施使基礎(chǔ)設(shè)施延長(zhǎng)壽命延長(zhǎng)壽命提高太陽能的轉(zhuǎn)換率（光電池、框架）提高太陽能的轉(zhuǎn)換率（光電池、框架）風(fēng)力發(fā)電裝置（大型化的葉片、支柱）風(fēng)力發(fā)電裝置（大型化的葉片、支柱）核燃料（鈾分離轉(zhuǎn)子）；潮汐發(fā)電核燃料（鈾分離轉(zhuǎn)子）；潮汐發(fā)電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要性基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要性高性能纖維增

14、強(qiáng)混凝土，取代鋼筋高性能纖維增強(qiáng)混凝土，取代鋼筋鎂（輕量、阻尼性能好，力學(xué)性能差）鎂（輕量、阻尼性能好，力學(xué)性能差）顆粒增強(qiáng)或晶須增強(qiáng)，擴(kuò)大應(yīng)用范圍顆粒增強(qiáng)或晶須增強(qiáng)，擴(kuò)大應(yīng)用范圍野生植物、無機(jī)礦物、電廠煙囪煤灰野生植物、無機(jī)礦物、電廠煙囪煤灰耐高壓、耐海水腐蝕的深?？碧窖b置耐高壓、耐海水腐蝕的深?？碧窖b置 （碳纖維增強(qiáng)樹脂裝置已潛入海下（碳纖維增強(qiáng)樹脂裝置已潛入海下1000m1000m）海上石油平臺(tái)、空間站、航天器等海上石油平臺(tái)、空間站、航天器等4.4.在治理環(huán)境中可起的作用在治理環(huán)境中可起的作用降低污染整體近凈成形降低原材料用量節(jié)約加工能耗延長(zhǎng)設(shè)施壽命功能膜支撐網(wǎng)格碳纖維纏繞氣瓶廢水治理廠

15、管道利用廢棄物材料互補(bǔ)礦渣木屑廢塑料麥桿稻草野生植物“綠色”材料自然降解提高性能利用天然纖維透明農(nóng)膜一此性餐具降解后變?yōu)榉柿匣蝻暳弦?、什么?fù)合材料（一、什么復(fù)合材料（Composite material）l 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）：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。l F.L.Matthews 和 R.D.Rawlings 認(rèn)為復(fù)合材料是兩個(gè)或兩個(gè)以上組元或相組成的混合物，并應(yīng)滿足下面三個(gè)條件：（1）組元含量大于 5 %；（2）復(fù)合材料的性能顯著不同于各組元的性能；（3）通過各種方法混合而成。其他定義：l GB/T 39612009：由粘結(jié)材料（基體）和纖維狀

16、、粒狀或其他形狀材料，通過物理或化學(xué)的方法復(fù)合而成的一種多相固體材料。l 材料大詞典：由高分子、無機(jī)非金屬或金屬等幾類材料通過復(fù)合工藝組而成的新型材料。它既能保留原組成材料的主要特色，并通過復(fù)合效應(yīng)獲得原組分所不具備的性能?？梢酝ㄟ^材料設(shè)計(jì)使各組分的性能相互補(bǔ)充并彼此關(guān)聯(lián)，從而獲得新的優(yōu)越性能，與一般材料的簡(jiǎn)單混合有本質(zhì)的區(qū)別。 復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同性能的材料組元通過宏觀或微觀復(fù)合形成的一種新型材料，組元之間存在著明顯的界面； 復(fù)合材料中各組元不但保持各自的固有特性，而且可最大限度發(fā)揮各種材料組元的特性，并賦予單一材料組元所不具備的優(yōu)良特殊性能； 復(fù)合材料具有可設(shè)計(jì)性。可以根據(jù)使用條

17、件要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造，以滿足各種特殊用途，從而極大地提高工程結(jié)構(gòu)的效能。二、復(fù)合材料的特點(diǎn)二、復(fù)合材料的特點(diǎn)三、復(fù)合材料的組成三、復(fù)合材料的組成復(fù)合材料復(fù)合材料的組成的組成 基體基體增強(qiáng)體增強(qiáng)體一種連續(xù)相，它把改善性一種連續(xù)相，它把改善性能的增強(qiáng)相材料固結(jié)成一能的增強(qiáng)相材料固結(jié)成一體，并起傳遞應(yīng)力的作用。體，并起傳遞應(yīng)力的作用。一種分散相，起承受應(yīng)一種分散相，起承受應(yīng)力（結(jié)構(gòu)復(fù)合材料）和力（結(jié)構(gòu)復(fù)合材料）和顯示功能（功能復(fù)合材顯示功能（功能復(fù)合材料）的作用。料）的作用。 泥磚泥磚泥泥禾秸禾秸鋼筋混凝土鋼筋混凝土沙子、石子、水泥沙子、石子、水泥鋼筋鋼筋l 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)

18、以基體材料的名稱為主。如樹脂基復(fù)合。如樹脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料等。材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料等。l 強(qiáng)調(diào)增強(qiáng)體時(shí)以增強(qiáng)體材料的名稱為主強(qiáng)調(diào)增強(qiáng)體時(shí)以增強(qiáng)體材料的名稱為主。如玻璃纖。如玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、陶瓷顆粒維增強(qiáng)復(fù)合材料、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、陶瓷顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料等。增強(qiáng)復(fù)合材料等。 l 基體材料名稱與增強(qiáng)體材料并用基體材料名稱與增強(qiáng)體材料并用。這種命名方法常。這種命名方法常用來表示某一種具體的復(fù)合材料，習(xí)慣上把增強(qiáng)體用來表示某一種具體的復(fù)合材料，習(xí)慣上把增強(qiáng)體材料的名稱放在前面，基體材料的名稱放在后面。材料的名稱放在前面，基體材料的名稱

19、放在后面。四、復(fù)合材料的命名四、復(fù)合材料的命名 例如：例如：“玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料”，或簡(jiǎn)稱，或簡(jiǎn)稱為為“玻璃纖維玻璃纖維/ /環(huán)氧樹脂復(fù)合材料或玻璃纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料或玻璃纖維/ /環(huán)氧環(huán)氧”。而我。而我國(guó)則常把這類復(fù)合材料通稱為國(guó)則常把這類復(fù)合材料通稱為“玻璃鋼玻璃鋼”。碳纖維和金屬基。碳纖維和金屬基體構(gòu)成的復(fù)合材料叫體構(gòu)成的復(fù)合材料叫“金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料”，也可寫為，也可寫為“碳碳金屬復(fù)合材料金屬復(fù)合材料”。碳纖維和碳構(gòu)成的復(fù)合材料叫。碳纖維和碳構(gòu)成的復(fù)合材料叫“碳碳復(fù)碳碳復(fù)合材料合材料”。 國(guó)外還常用英文編號(hào)來表示，如國(guó)外還常用英文編號(hào)來

20、表示，如MMCMMC（Metal Matrix Metal Matrix CompositeComposite）表示金屬基復(fù)合材料，）表示金屬基復(fù)合材料，F(xiàn)RPFRP（Fiber Reinforced Fiber Reinforced PlasticsPlastics）表示纖維增強(qiáng)塑料，而玻璃纖維）表示纖維增強(qiáng)塑料，而玻璃纖維/ /環(huán)氧則表示為環(huán)氧則表示為GF/Epoxy, GF/Epoxy, 或或G/Ep(G-Ep)G/Ep(G-Ep)五、復(fù)合材料的分類五、復(fù)合材料的分類1.按基體類型分類按基體類型分類復(fù)合材料復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料：金屬基復(fù)合材料：無機(jī)非金屬基復(fù)合材料：無機(jī)非金屬基復(fù)合材料

21、：聚合物基復(fù)合材料：聚合物基復(fù)合材料：以金屬（鋁、鎂、鈦等）為基以金屬（鋁、鎂、鈦等）為基體制成的復(fù)合材料。體制成的復(fù)合材料。 以有機(jī)聚合物（熱固性樹脂、以有機(jī)聚合物（熱固性樹脂、熱塑性樹脂及橡膠等）為基體熱塑性樹脂及橡膠等）為基體制成的復(fù)合材料。制成的復(fù)合材料。以陶瓷材料（也包括玻璃以陶瓷材料（也包括玻璃和水泥）為基體制成的復(fù)和水泥）為基體制成的復(fù)合材料。合材料。2.按增強(qiáng)材料形態(tài)分類按增強(qiáng)材料形態(tài)分類三維三維：骨架狀復(fù)合材料、立體編織復(fù)合材料。：骨架狀復(fù)合材料、立體編織復(fù)合材料。玻璃纖維、碳纖維、玻璃纖維、碳纖維、硼、芳綸、金屬纖硼、芳綸、金屬纖維、陶瓷纖維增強(qiáng)維、陶瓷纖維增強(qiáng)復(fù)合材料復(fù)合

22、材料零維：零維：顆粒增強(qiáng)顆粒增強(qiáng) 復(fù)合材料復(fù)合材料復(fù)合復(fù)合材料材料彌散顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料（彌散顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料（1002500）真正顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料（微米級(jí)）真正顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料（微米級(jí)）一維一維：纖維增強(qiáng)：纖維增強(qiáng) 復(fù)合材料復(fù)合材料按纖維長(zhǎng)短按纖維長(zhǎng)短按纖維種類按纖維種類連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料晶須增強(qiáng)復(fù)合材料晶須增強(qiáng)復(fù)合材料二維二維：板狀、平面編織、片狀材料增強(qiáng)復(fù)合材料。：板狀、平面編織、片狀材料增強(qiáng)復(fù)合材料。顆粒增強(qiáng)型顆粒增強(qiáng)型非連續(xù)纖維增強(qiáng)型非連續(xù)纖維增強(qiáng)型板狀增強(qiáng)型板狀增強(qiáng)型連續(xù)纖維增強(qiáng)型連續(xù)纖維增強(qiáng)型3.按復(fù)合材料的用途分類按復(fù)合材

23、料的用途分類n結(jié)構(gòu)復(fù)合材料結(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：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。能，以滿足高強(qiáng)度、高模量、耐沖擊、耐磨損的要求。n功能復(fù)合材料功能復(fù)合材料：主要使用功能特性，利用其在電、磁、聲、：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、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。磁性復(fù)合材料等。n智能復(fù)合材料智能復(fù)合材料：機(jī)敏材料：機(jī)敏材料+自決策材料自決策材料+執(zhí)行材料。當(dāng)材執(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

24、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)。狀態(tài)。復(fù)合材料系統(tǒng)組合 比強(qiáng)度 = 強(qiáng)度/密度 MPa /（g/cm3） 比模量 = 模量/密度 GPa /（g/cm3）1.1.比強(qiáng)度、高比模量（剛度）比強(qiáng)度、高比模量（剛度）典型金屬基體復(fù)合材料與基體材料合金性能的比較典型金屬基體復(fù)合材料與基體材料合金性能的比較 目前：聚合物基復(fù)合材料的最高耐溫上限為目前：聚合物基復(fù)合材料的最高耐溫上限為

25、350 350 C C； 金屬基復(fù)合材料按不同的基體性能，其使用溫金屬基復(fù)合材料按不同的基體性能，其使用溫度在度在350 350 11001100 C C范圍內(nèi)變動(dòng)；范圍內(nèi)變動(dòng)； 陶瓷基復(fù)合材料的使用溫度可達(dá)陶瓷基復(fù)合材料的使用溫度可達(dá)14001400 C C； 碳碳/ /碳復(fù)合材料的使用溫度最高可達(dá)碳復(fù)合材料的使用溫度最高可達(dá)28002800 C C。2.2.良好的高溫性能良好的高溫性能不同不同SiCSiC纖維復(fù)合材料的使用溫度范圍纖維復(fù)合材料的使用溫度范圍 陶瓷基復(fù)合材料的脆性得到明顯改善；陶瓷基復(fù)合材料的脆性得到明顯改善； 金屬材料的疲勞極限多為靜態(tài)抗拉強(qiáng)度的金屬材料的疲勞極限多為靜態(tài)抗

26、拉強(qiáng)度的30-50 %30-50 % PMC PMC的疲勞極限多為靜態(tài)抗拉強(qiáng)度的的疲勞極限多為靜態(tài)抗拉強(qiáng)度的70-80 %70-80 % 復(fù)合材料破壞特點(diǎn)：復(fù)合材料破壞特點(diǎn)： 經(jīng)歷基體開裂、界面脫粘、纖維拔出、纖維斷裂等一經(jīng)歷基體開裂、界面脫粘、纖維拔出、纖維斷裂等一系列損傷發(fā)展過程；系列損傷發(fā)展過程； 當(dāng)少數(shù)纖維斷裂時(shí)，其失去的部分載荷會(huì)通過基體的當(dāng)少數(shù)纖維斷裂時(shí)，其失去的部分載荷會(huì)通過基體的傳遞而迅速分散到其它完好的纖維上去，復(fù)合材料在短期傳遞而迅速分散到其它完好的纖維上去，復(fù)合材料在短期不會(huì)喪失承載能力。不會(huì)喪失承載能力。3.3.良好的抗疲勞、蠕變、良好的抗疲勞、蠕變、 沖擊和斷裂韌性沖

27、擊和斷裂韌性4.4.良好的尺寸穩(wěn)定性良好的尺寸穩(wěn)定性 加入增強(qiáng)體到基體材料中不僅可以提高材料的強(qiáng)度加入增強(qiáng)體到基體材料中不僅可以提高材料的強(qiáng)度和剛度，而且可以使其熱膨脹系數(shù)明顯下降。通過改變和剛度，而且可以使其熱膨脹系數(shù)明顯下降。通過改變復(fù)合材料中增強(qiáng)體的含量，可以調(diào)整復(fù)合材料的熱膨脹復(fù)合材料中增強(qiáng)體的含量，可以調(diào)整復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)。系數(shù)。 5.5.良好的化學(xué)穩(wěn)定性良好的化學(xué)穩(wěn)定性 聚合物基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料。聚合物基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料。6.6.良好的功能性能良好的功能性能 包括包括 光、電、磁、熱、燒蝕、摩擦及潤(rùn)滑等性能。光、電、磁、熱、燒蝕、摩擦及潤(rùn)滑等性能。 1.在航空航

28、天領(lǐng)域中的應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用 在航空方面在航空方面主要作民主要作民用飛機(jī)和戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)翼蒙用飛機(jī)和戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)翼蒙皮、機(jī)身、垂尾、付翼、皮、機(jī)身、垂尾、付翼、水平尾翼、雷達(dá)罩、側(cè)壁水平尾翼、雷達(dá)罩、側(cè)壁板等主承力構(gòu)件。板等主承力構(gòu)件。PAH-2“Tiger” 武裝直升機(jī)武裝直升機(jī)復(fù)合材料用量高達(dá)復(fù)合材料用量高達(dá)80%空客空客A380采用的復(fù)合材料用采用的復(fù)合材料用量占機(jī)體結(jié)構(gòu)重量的量占機(jī)體結(jié)構(gòu)重量的22%全復(fù)合材料機(jī)體全復(fù)合材料機(jī)體的無人直升機(jī)的無人直升機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)使直升機(jī)具有復(fù)合材料結(jié)構(gòu)使直升機(jī)具有： 極輕的重量、極高的強(qiáng)度，使其性能極輕的重量、極高的強(qiáng)度，使其性能先進(jìn)、有效載荷大、耐

29、航性長(zhǎng)。先進(jìn)、有效載荷大、耐航性長(zhǎng)。復(fù)合材料的設(shè)計(jì)非常適于苛刻軍事應(yīng)用復(fù)合材料的設(shè)計(jì)非常適于苛刻軍事應(yīng)用： 沒有機(jī)體零部件故障或調(diào)整，使其維沒有機(jī)體零部件故障或調(diào)整，使其維護(hù)率達(dá)到最低，戰(zhàn)場(chǎng)可靠性很高。護(hù)率達(dá)到最低，戰(zhàn)場(chǎng)可靠性很高。模塊式結(jié)構(gòu)：模塊式結(jié)構(gòu)： 使其尾梁能在幾分鐘內(nèi)同主機(jī)分離，使其尾梁能在幾分鐘內(nèi)同主機(jī)分離，成為一種便攜式直升機(jī)，可由特種作戰(zhàn)成為一種便攜式直升機(jī)，可由特種作戰(zhàn)部隊(duì)和類似部隊(duì)攜帶使用。部隊(duì)和類似部隊(duì)攜帶使用。 在航天上在航天上主要應(yīng)用于固體火主要應(yīng)用于固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室絕熱殼體結(jié)構(gòu)、箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室絕熱殼體結(jié)構(gòu)、導(dǎo)彈和運(yùn)載火箭的間段結(jié)構(gòu)、液導(dǎo)彈和運(yùn)載火箭的間段結(jié)構(gòu)、液氫儲(chǔ)箱結(jié)構(gòu)、儀器艙結(jié)構(gòu)、導(dǎo)彈氫儲(chǔ)箱結(jié)構(gòu)、儀器艙結(jié)構(gòu)、導(dǎo)彈和衛(wèi)星整流罩結(jié)構(gòu)等。和衛(wèi)星整流罩結(jié)構(gòu)等。整流罩整流罩 全部采用復(fù)合材料制造，不全部采用復(fù)合材料制造，不加油不著陸連續(xù)環(huán)球飛行加油不著陸連續(xù)環(huán)球飛行9天，天，一次加油航程一次加油航程40000公里以上。公里以上?！皏oyager” 號(hào)輕型飛機(jī)號(hào)輕型飛機(jī)主貨艙門- 碳纖維/環(huán)氧樹脂壓力容器- 凱芙拉纖維/環(huán)氧樹脂主機(jī)隔框和翼梁- 硼/鋁復(fù)合材料“哥倫比亞號(hào)哥倫比亞號(hào)”航天飛機(jī)航天飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的噴管- 碳/碳復(fù)合材料發(fā)動(dòng)機(jī)組傳