材料學(xué)高分子精簡課件

Composites1本章內(nèi)容復(fù)合材料概述復(fù)合材料分類復(fù)合材料的基體復(fù)合材料的增強(qiáng)相復(fù)合材料的復(fù)合原理(keypoint)復(fù)合材料的成型工藝2（一）復(fù)合材料概述三大材料：金屬無機(jī)非金屬有機(jī)高分子復(fù)合材料取長補(bǔ)短協(xié)同作用產(chǎn)生原來單一材料本身所沒有的新性能無機(jī)非金屬材料有機(jī)高分子材料金屬材料復(fù)合材料3

復(fù)合材料的特點(diǎn)：1、復(fù)合材料的組分和相對含量是由人工選擇和設(shè)計(jì)的；2、復(fù)合材料是以人工制造而非天然形成的（區(qū)別于具有某些復(fù)合材料形態(tài)特征的天然物質(zhì)）；3、組成復(fù)合材料的某些組分在復(fù)合后仍然保持其固有的物理和化學(xué)性質(zhì)（區(qū)別于化合物和合金）；4、復(fù)合材料的性能取決于各組成相性能的協(xié)同。復(fù)合材料具有新的、獨(dú)特的和可用的性能，這種性能是單個(gè)組分材料性能所不及或不同的；5、復(fù)合材料是各組分之間被明顯界面區(qū)分的多相材料?；w、增強(qiáng)材料、界面（keypoint）

Matrix,Reinforcement,Interface基體——連續(xù)相增強(qiáng)材料——分散相也稱為增強(qiáng)體、增強(qiáng)劑、增強(qiáng)相等顯著增強(qiáng)材料的性能多數(shù)情況下，分散相較基體硬，剛度和強(qiáng)度較基體大?？梢允抢w維及其編織物，也可以是顆粒狀或彌散的填料。在基體和增強(qiáng)體之間存在著界面。6Schematicillustrationofcompositeconstituents7纖維增強(qiáng)復(fù)合材料種類①玻璃纖維復(fù)合材料；②碳纖維復(fù)合材料；③有機(jī)纖維（芳香族聚酰胺纖維、芳香族聚酯纖維、聚烯烴纖維等）復(fù)合材料；④金屬纖維（如鎢絲、不銹鋼絲等）復(fù)合材料；⑤陶瓷纖維（如氧化鋁纖維、碳化硅纖維等）復(fù)合材料?；祀s復(fù)合材料：兩種或兩種以上增強(qiáng)體與同一基體制成的復(fù)合材料可以看成是兩種或多種單一纖維或顆粒復(fù)合材料的相互復(fù)合，即復(fù)合材料的“復(fù)合材料”。9按基體材料分類①聚合物基復(fù)合材料:以有機(jī)聚合物（熱固性樹脂、熱塑性樹脂及橡膠等）為基體；②金屬基復(fù)合材料：以金屬（鋁、鎂、鈦等）為基體；③無機(jī)非金屬基復(fù)合材料：以陶瓷材料（也包括玻璃和水泥）為基體。10按材料作用分類①結(jié)構(gòu)復(fù)合材料：用于制造受力構(gòu)件；②功能復(fù)合材料：具備各種特殊性能（如阻尼、導(dǎo)電、導(dǎo)磁、摩擦、屏蔽等）。同質(zhì)復(fù)合材料（增強(qiáng)材料和基體材料屬于同種物質(zhì)，如碳/碳復(fù)合材料）異質(zhì)復(fù)合材料（復(fù)合材料多屬此類）。11各種材料的發(fā)展?fàn)顩r 玻璃鋼和樹脂基復(fù)合材料

非常成熟廣泛的應(yīng)用

金屬基復(fù)合材料

開發(fā)階段某些結(jié)構(gòu)件的關(guān)鍵部位

陶瓷基復(fù)合材料及功能復(fù)合材料等

有不少科學(xué)技術(shù)問題有待解決13復(fù)合材料的設(shè)計(jì)－－從常規(guī)設(shè)計(jì)向仿生設(shè)計(jì)發(fā)展仿照竹子從表皮到內(nèi)層纖維由密排到疏松的特點(diǎn)，成功地制備出具有明顯組織梯度與性能梯度的新型鋼基耐磨梯度復(fù)合材料。仿照鮑魚殼的結(jié)構(gòu)，西雅圖華盛頓大學(xué)的研究人員利用由碳、鋁和硼混合成陶瓷細(xì)帶制成了10微米厚的薄層，由此得到的層狀復(fù)合材料比其原材料堅(jiān)固40％。仿照骨骼的組織特點(diǎn)，人們制造了類似結(jié)構(gòu)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)和直升飛機(jī)的旋翼，外層是剛度、強(qiáng)度高的碳纖維復(fù)合材料，中層是玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、內(nèi)層是硬泡沫塑料。14（三）復(fù)合材料的基體材料基體材料金屬材料陶瓷材料聚合物材料15①金屬基復(fù)合材料的使用要求——金屬基復(fù)合材料構(gòu)件的使用性能要求是選擇金屬基體材料最重要的依據(jù)。在航天、航空技術(shù)中高比強(qiáng)度和比模量以及尺寸穩(wěn)定性是最重要的性能要求。作為飛行器和衛(wèi)星的構(gòu)件宜選用密度小的輕金屬合金—鎂合金和鋁合金作為基體，與高強(qiáng)度、高模量的石墨纖維、硼纖維等組成石墨/鎂、石墨/鋁、硼/鋁復(fù)合材料。17Somepropertiesofcommerciallypuremetals高性能發(fā)動機(jī)：要求復(fù)合材料不僅有高比強(qiáng)度和比模量，還要具有優(yōu)良的耐高溫性能，能在高溫、氧化性氣氛中正常工作。此時(shí)不宜選用一般的鋁、鎂合金，而應(yīng)選擇鈦合金、鎳合金以及金屬間化合物作為基體材料。

如碳化硅/鈦、鎢絲/鎳基超合金復(fù)合材料可用于噴氣發(fā)動機(jī)葉片、轉(zhuǎn)軸等重要零件。在汽車發(fā)動機(jī)中要求其零件耐熱、耐磨、導(dǎo)熱、一定的高溫強(qiáng)度等，同時(shí)又要求成本低廉，適合于批量生產(chǎn)，因此選用鋁合金作基體材料與陶瓷顆粒、短纖維組成顆粒（短纖維）/鋁基復(fù)合材料。

如碳化硅/鋁復(fù)合材料、碳纖維或氧化鋁纖維/鋁復(fù)合材料可制作發(fā)動機(jī)活塞、缸套等零件。19②金屬基復(fù)合材料組成特點(diǎn)連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，纖維是主要承載物體.

纖維本身具有很高的強(qiáng)度和模量，而金屬基體的強(qiáng)度和模量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于纖維。連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中基體的主要作用應(yīng)是以充分發(fā)揮增強(qiáng)纖維的性能為主，基體本身應(yīng)與纖維有良好的相容性和塑性，而并不要求基體本身有很高的強(qiáng)度。

21如碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料中純鋁或含有少量合金元素的鋁合金作為基體比高強(qiáng)度鋁合金要好得多，使用后者制成的復(fù)合材料的性能反而低。在研究碳鋁復(fù)合材料基體合金優(yōu)化過程中，發(fā)現(xiàn)鋁合金的強(qiáng)度越高，復(fù)合材料的性能越低，這與基體和纖維的界面狀態(tài)、脆性相的存在、基體本身的塑性有關(guān)。22對于非連續(xù)增強(qiáng)（顆粒、晶須、短纖維）金屬基復(fù)合材料，基體是主要承載物，基體的強(qiáng)度對復(fù)合材料具有決定性的影響。因此要獲得高性能金屬基復(fù)合材料必須選用高強(qiáng)度鋁合金作為基體，這與連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料基體的選擇完全不同。如顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料一般選用高強(qiáng)度鋁合金（如A365，6061，7075）為基體。23——因此，選擇基體時(shí)應(yīng)充分注意與增強(qiáng)物的相容性（特別是化學(xué)相容性），并盡可能在復(fù)合材料成型過程中抑制界面反應(yīng)。例如，對增強(qiáng)纖維進(jìn)行表面處理在金屬基體中添加其他成分選擇適宜的成型方法縮短材料在高溫下的停留時(shí)間等。

253.1.2結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的基體分為輕金屬基體和耐熱合金基體①用于450℃以下的輕金屬基體目前最廣泛、最成熟的是鋁基和鎂基復(fù)合材料，用于航天飛機(jī)、人造衛(wèi)星、空間站、汽車發(fā)動機(jī)零件、剎車盤等②用于450~700℃的復(fù)合材料的金屬基體鈦合金具有比重輕、耐腐蝕、耐氧化、強(qiáng)度高等特點(diǎn)，可在450～700℃使用，用于航空發(fā)動機(jī)等零件。

③用于1000℃以上的高溫復(fù)合材料的金屬基體基體主要是鎳基、鐵基耐熱合金和金屬間化合物。較成熟的是鎳基、鐵基高溫合金，金屬間化合物基復(fù)合材料尚處于研究階段。

263.1.3功能用金屬基復(fù)合材料的基體要求材料和器件具有優(yōu)良的綜合物理性能，如同時(shí)具有高力學(xué)性能、高導(dǎo)熱、低熱膨脹、高導(dǎo)電率、高抗電弧燒蝕性、高摩擦系數(shù)和耐磨性等。單靠金屬與合金難以具有優(yōu)良的綜合物理性能，而要靠優(yōu)化設(shè)計(jì)和先進(jìn)制造技術(shù)將金屬與增強(qiáng)物做成復(fù)合材料來滿足需求。主要的金屬基體是純鋁及鋁合金、純銅及銅合金、銀、鉛、鋅等金屬。27耐高溫摩擦的耐磨材料碳化硅、氧化鋁、石墨顆粒、晶須、纖維等增強(qiáng)鋁、鎂、銅、鋅、鉛等金屬及其合金的金屬基復(fù)合材料。高導(dǎo)熱和耐電弧燒蝕的集電材料和觸頭材料碳（石墨）纖維、金屬絲、陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁、銅、銀及合金等金屬基復(fù)合材料。耐腐蝕的電池極板材料等293.2陶瓷基體（供了解）在陶瓷基體中添加其他成分（如陶瓷粒子、纖維或晶須）可提高陶瓷的韌性。粒子增強(qiáng)雖能使陶瓷的韌性有所提高，但效果并不顯著。高強(qiáng)度的碳化硅晶須容易摻混在陶瓷基體中，增強(qiáng)陶瓷的作用明顯。用作基體材料的陶瓷一般應(yīng)具有優(yōu)異的耐高溫性質(zhì)、與纖維或晶須之間有良好的界面相容性以及較好的工藝性能等。30陶瓷基復(fù)合材料（CMC）313.3聚合物基體（供了解）9.3.3.1聚合物基體的種類不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂及各種熱塑性聚合物等。

不飽和聚酯樹脂是制造玻璃纖維復(fù)合材料的一種重要樹脂。在國外，聚酯樹脂占玻璃纖維復(fù)合材料用樹脂總量的80%以上。32聚酯樹脂特點(diǎn)：工藝性良好，室溫下固化，常壓下成型，工藝裝置簡單。樹脂固化后綜合性能良好，力學(xué)性能不如酚醛樹脂或環(huán)氧樹脂。價(jià)格比環(huán)氧樹脂低得多，只比酚醛樹脂略貴一些。不飽和聚酯樹脂的缺點(diǎn)是固化時(shí)體積收縮率大、耐熱性差等。主要用于一般民用工業(yè)和生活用品中33

鄰苯型不飽和聚酯：間苯型不飽和聚酯：雙酚Ａ型不飽和聚酯：34環(huán)氧樹脂特點(diǎn)：在加熱條件下即能固化，無須添加固化劑。酸、堿對固化反應(yīng)起促進(jìn)作用；已固化的樹脂有良好的壓縮性能，良好的耐水、耐化學(xué)介質(zhì)和耐燒蝕性能；樹脂固化過程中有小分子析出，故需在高壓下進(jìn)行；固化時(shí)體積收縮率大，樹脂對纖維的粘附性不夠好，但斷裂延伸率低，脆性大。35

雙酚Ａ型環(huán)氧樹脂：酚醛環(huán)氧樹脂：36酚醛樹脂優(yōu)點(diǎn)：比環(huán)氧樹脂價(jià)格便宜缺點(diǎn)：吸附性不好、收縮率高、成型壓力高、制品空隙含量高等。大量用于粉狀壓塑料、短纖維增強(qiáng)塑料，少量用于玻璃纖維復(fù)合材料、耐燒蝕材料等，很少使用在碳纖維和有機(jī)纖維復(fù)合材料中。373.3.2聚合物基體的作用（供了解）把纖維粘在一起；分配纖維間的載荷；保護(hù)纖維不受環(huán)境影響。用作基體的理想材料，其原始狀態(tài)應(yīng)該是低粘度的液體，并能迅速變成堅(jiān)固耐久的固體，足以把增強(qiáng)纖維粘住。盡管纖維增強(qiáng)材料的作用是承受載荷，但是基體材料的力學(xué)性能會明顯地影響纖維的工作方式及其效率。

38例如，在沒有基體的纖維束中大部分載荷由最直的纖維承受，基體使得應(yīng)力較均勻地分配給所有纖維，這是由于基體使所有纖維經(jīng)受同樣的應(yīng)變，應(yīng)力通過剪切過程傳遞，這要求纖維和基體之間有高的膠接強(qiáng)度，同時(shí)要求基體本身也具有高的剪切強(qiáng)度和模量。當(dāng)載荷主要由纖維承受時(shí)，復(fù)合材料總的延伸率受到纖維的破壞延伸率的限制，這通常為1%~1.5%?；w的主要性能是在這個(gè)應(yīng)變水平下不應(yīng)該裂開。在纖維的垂直方向，基體的力學(xué)性能和纖維與基體之間的膠接強(qiáng)度控制著復(fù)合材料的物理性能。由于基體比纖維弱得多，而柔性卻大得多，所以在結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免基體直接橫向受載。39在高膠接強(qiáng)度體系（纖維間的載荷傳遞效率高，但斷裂韌性差）與較低膠接強(qiáng)度體系（纖維間的載荷傳遞效率不高，但韌性較高）之間需要折衷。在應(yīng)力水平和方向不確定情況下使用或在纖維排列精度較低情況下制造的復(fù)合材料往往要求基體比較軟。在明確應(yīng)力水平情況下使用和在嚴(yán)格控制纖維排列情況下制造的先進(jìn)復(fù)合材料，應(yīng)通過使用高模量和高膠接強(qiáng)度的基體以更充分地發(fā)揮纖維的最大性能。40（四）復(fù)合材料的增強(qiáng)相

（主要是供了解內(nèi)容）增強(qiáng)材料（增強(qiáng)體、增強(qiáng)劑等）——分散在基體內(nèi)以改進(jìn)其機(jī)械性能的高強(qiáng)度材料分類纖維及其織物晶須顆粒小片狀、板狀41Typesofreinforcedcomposites424.1纖維增強(qiáng)體天然纖維——植物纖維（棉花、麻類）、動物纖維（絲、毛）和礦物纖維（石棉）。強(qiáng)度較低現(xiàn)代復(fù)合材料的增強(qiáng)材料用合成纖維有機(jī)纖維無機(jī)纖維。43Typesoffiberreinforcementorientation44one-dimensionaltwo-dimensionalthree-dimensional1）有機(jī)纖維①芳香族酰胺纖維 AromaticPolymideFibre,Kevlar,KF45KEVLAR纖維芳綸纖維的性能特點(diǎn)

A、芳綸纖維的力學(xué)性能；Ｂ、芳綸纖維的熱穩(wěn)定性；Ｃ、芳綸纖維的化學(xué)性能。A、芳綸纖維的力學(xué)性能

芳綸纖維的特點(diǎn)是拉伸強(qiáng)度高。單絲強(qiáng)度可達(dá)3773MPa；254mm長的纖維束的拉伸強(qiáng)度為2744MPa，大約為鋁的5倍。芳綸纖維的沖擊性能好，大約為石墨纖維的6倍，為硼纖維的3倍，為玻璃纖維0.8倍。

芳綸纖維的彈性模量高，可達(dá)1.27~1.577MPa，比玻璃纖維高一倍，為碳纖維0.8倍。

芳綸纖維的斷裂伸長在3％左右，接近玻璃纖維，高于其他纖維。

芳綸纖維與碳纖維混雜將能大大提高纖維復(fù)合材料的沖擊性能。

芳綸纖維的密度小，比重為1.44~1.45，只有鋁的一半。因此，它有高的比強(qiáng)度與比模量。下表為芳綸纖維的基本性能Ｂ、芳綸纖維的熱穩(wěn)定性

芳綸纖維有良好的熱穩(wěn)定性，耐火而不熔，當(dāng)溫度達(dá)487℃時(shí)尚不熔化，但開始碳化。

因此，芳綸纖維在高溫作用下，不發(fā)生變形，直至分解。

如，能長期在180℃下使用；在150℃下作用一周后強(qiáng)度、模量不會下降；即使在200℃下，一周后強(qiáng)度降低15％，模量降低4％；另外，在低溫(-60℃)不發(fā)生脆化亦不降解。和碳纖維一樣，芳綸纖維的熱膨脹系數(shù)具有各向異性的特點(diǎn)。

如，芳綸纖維的縱向熱膨脹系數(shù)在0~100℃時(shí)為-2×

10-6/℃；在100~200℃時(shí)為-4×10–6/℃。橫向熱膨脹系數(shù)為59×10-6/℃Ｃ、芳綸纖維的化學(xué)性能

芳綸纖維具有良好的耐介質(zhì)性能，對中性化學(xué)藥品的抵抗力一般是很強(qiáng)的，但易受各種酸堿的侵蝕，尤其是強(qiáng)酸的侵蝕；

芳綸纖維的耐水性也不好，這是由于在分子結(jié)構(gòu)中存在著極性酰氨基；

濕度對纖維的影響，類似于尼龍或聚酯。在低濕度(20％相對濕度)下芳綸纖維的吸濕率為1％，但在高濕度(85％相對濕度)下，可達(dá)到7％。②聚乙烯纖維（Polyethylene,PE）目前國際上最新的超輕、高比強(qiáng)度、高比模量纖維，成本也比較低。通常分子量大于106，拉伸強(qiáng)度為3.5GPa，彈性模量為116GPa，延伸率為3.4%，密度為0.97g/cm3。具有高比強(qiáng)度、高比模量以及耐沖擊、耐磨、自潤滑、耐腐蝕、耐紫外線、耐低溫、電絕緣等多種優(yōu)異性能。不足之處是熔點(diǎn)較低（約135℃）和高溫容易蠕變。因此僅能在100℃以下使用，可用于制做武器裝甲、防彈背心、航天航空部件等532）無機(jī)纖維①玻璃纖維（GlassFibre,GF或Gt）由含有各種金屬氧化物的硅酸鹽類，經(jīng)熔融后以極快的速度抽絲而成。由于質(zhì)地柔軟，因此可以紡織成各種玻璃布、玻璃帶等織物。價(jià)格便宜，品種多，適于編織各種玻璃布，作為增強(qiáng)材料廣泛用于航空航天、建筑領(lǐng)域及日常用品。缺點(diǎn)是不耐磨，易折斷，易受機(jī)械損傷，長期放置強(qiáng)度下降。54Example無捻玻璃纖維55種類：按用途 高強(qiáng)度纖維、低介電纖維、耐化學(xué)藥品纖維、耐電腐蝕纖維、耐堿纖維；按化學(xué)成分 堿玻璃纖維、中堿玻璃纖維、低堿玻璃纖維、無堿玻璃纖維；按單絲直徑可分為：粗纖維、初級纖維、中級纖維、高級纖維。567.4.1聚合物基玻璃鋼天線反射面玻璃鋼建筑材料用于上海東方明珠電視塔大堂裝潢57(1)GFRP玻璃鋼應(yīng)用于體育用品58②碳纖維（CarbonFibre,CF或Cf）（需適當(dāng)關(guān)注） 纖維中含碳量在95%左右的碳纖維和含碳量在99%左右的石墨纖維。生產(chǎn)碳纖維的原料主要為人造絲（粘膠纖維）、聚丙烯腈和瀝青三種，其中以聚丙烯腈最為主要。按力學(xué)性能可將碳纖維分成高強(qiáng)度碳纖維、高模量碳纖維和普通碳纖維。59碳纖維片材（復(fù)合材料）用于建筑物補(bǔ)強(qiáng)加固60Pyrolysis（熱解）ofpolyacrylonitrile(聚丙烯腈，PAN)toformcarbonfibers61(2)CFRP碳纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料（CFRP）

CFRP在民用飛機(jī)中的應(yīng)用CFRP在空間站大型結(jié)構(gòu)以及太陽能電池支架中的應(yīng)用62碳纖維的特點(diǎn)：強(qiáng)度和模量高、密度小；具有很好的耐酸性；熱膨脹系數(shù)小，甚至為負(fù)值具有很好的耐高溫蠕變性能，一般在1900℃以上才呈現(xiàn)出永久塑性變形。摩擦系數(shù)小、潤滑性好、導(dǎo)電性高。碳纖維的缺點(diǎn)：價(jià)格昂貴，比玻璃纖維貴25倍以上抗氧化能力較差，在高溫下有氧存在時(shí)會生成二氧化碳。63③硼纖維（BoronFibre，BF或Bf）通用的制備方法是在加熱的鎢絲表面通過化學(xué)反應(yīng)沉積硼層。硼纖維的直徑有100μm、140μm、200μm幾種。硼纖維的特點(diǎn)硼纖維具有很高的彈性模量和強(qiáng)度，但其性能受沉積條件和纖維直徑的影響，硼纖維的密度為2.4~2.65g/cm3，拉伸強(qiáng)度為3.2~5.2GPa，彈性模量為350~400GPa。硼纖維具有耐高溫和耐中子輻射性能。64硼纖維的缺點(diǎn)工藝復(fù)雜，不易大量生產(chǎn)，其價(jià)格昂貴。由于鎢絲的密度大，硼纖維的密度也大。目前已研究用碳纖維代替鎢絲，以降低成本和密度，結(jié)果表明，碳心硼纖維比鎢絲硼纖維強(qiáng)度下降5%，但成本降低25%。硼纖維在常溫為較惰性物質(zhì)，但在高溫下易與金屬反應(yīng)，因此需在表面沉積SiC層，稱之為Bosic纖維。硼纖維主要用于聚合物基和金屬基復(fù)合材料。65硼纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料用于航天飛機(jī)主艙體支柱66④氧化鋁纖維 AluminiaFibre，AF多晶連續(xù)纖維，除Al2O3外常含有約15%的SiO2。優(yōu)點(diǎn)：具有優(yōu)良的耐熱性和抗氧化性，直到370℃強(qiáng)度仍下降不大。缺點(diǎn)：在所有纖維中密度最大。用途：主要用于金屬基復(fù)合材料。67⑤碳化硅纖維 SiliconCarbideFibre，SF目前SiC纖維的生產(chǎn)有有機(jī)合成法和CVD法兩種。

特點(diǎn)：高強(qiáng)度高模量有良好的耐化學(xué)腐蝕性、耐高溫和耐輻射性能。比碳纖維和硼纖維具有更好的高溫穩(wěn)定性。具有半導(dǎo)體性能。與金屬相容性好，常用于金屬基和陶瓷基復(fù)合材料。68α-碳化硅694.2晶須增強(qiáng)體晶須（Wisker）：具有一定長徑比（一般大于10）和截面積小于52×10-5cm2的單晶纖維材料。具有實(shí)用價(jià)值的晶須直徑約為1～10μm，長度與直徑比在5～1000之間。晶須是含缺陷很少的單晶短纖維，其拉伸強(qiáng)度接近其純晶體的理論強(qiáng)度。70分類：金屬晶須（如Ni、Fe、Cu、Si、Ag、Ti、Cd等）氧化物晶須（如MgO、ZnO、BeO、Al2O3、TiO2、Y2O3、Cr2O3等）陶瓷晶須（如碳化物晶須SiC、TiC、ZrC、WC、B4C）氮化物晶須（如TiB2、ZrB2、TaB2、CrB、NbB2等）無機(jī)鹽類晶須（如K2Ti6O13和Al18B4O33）。71晶須的制備方法：化學(xué)氣相沉積（CVD）法溶膠—凝膠法氣液固（VLS）法液相生長法固相生長法原位生長法。72新型氧化鋅晶須

在眾多種類的晶須中，新型氧化鋅晶須（ZincOxideWhisker,簡寫為ZnOw）以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)而倍受注目。4.3顆粒增強(qiáng)體

ParticleReinforcement顆粒增強(qiáng)體：用以改善基體材料性能的顆粒狀材料顆粒增強(qiáng)體的特點(diǎn)是選材方便，可根據(jù)不同的性能要求選用不同的顆粒增強(qiáng)體。顆粒增強(qiáng)體成本低，易于批量生產(chǎn)。74具有高強(qiáng)度、高模量、耐熱、耐磨、耐高溫的陶瓷和石墨等非金屬顆粒如碳化硅、氧化鋁、氮化硅、碳化鈦、碳化硼、石墨、細(xì)金剛石等。剛性顆粒增強(qiáng)體

（RagidParticleReinforcement）75顆粒增強(qiáng)體以很細(xì)的粉末（一般在10μm以下）加入到金屬基和陶瓷基中起提高耐磨、耐熱、強(qiáng)度、模量和韌性的作用在Al合金中加入體積為30%，粒徑為0.3μm的Al2O3顆粒,材料在300℃時(shí)的拉伸強(qiáng)度仍可達(dá)220MPa，并且所加入的顆粒越細(xì)，復(fù)合材料的硬度和強(qiáng)度越高。在Si3N4陶瓷中加入體積為20%的TiC顆粒，可使其韌性提高5%。76延性顆粒增強(qiáng)體

（DuctileParticleReinforcement）主要為金屬顆粒，加入到陶瓷基體和玻璃陶瓷基體中增強(qiáng)其韌性如Al2O3中加入Al，WC中加入Co等。金屬顆粒的加入使材料的韌性顯著提高，但高溫力學(xué)性能會有所下降。77復(fù)合材料的復(fù)合原理，是反映各種因素對復(fù)合材料性能的影響規(guī)律。影響復(fù)合材料性能的因素：工藝因素基體和增強(qiáng)材料的性能增強(qiáng)材料的形狀、含量、分布增強(qiáng)材料的以及與基體的界面結(jié)合、結(jié)構(gòu)按照復(fù)合原理，可以對所需要研究和開發(fā)的復(fù)合材料的性能，包括力學(xué)、物理、化學(xué)性能等進(jìn)行設(shè)計(jì)、預(yù)測和評估。（五）復(fù)合材料的復(fù)合原理（KEYPOINT）78在復(fù)合材料中，在已知各組分材料的力學(xué)性能、物理性能的情況下，復(fù)合材料的力學(xué)性能和物理性能主要取決于組成復(fù)合材料的材料組分的體積百分比（vol.%）：5.1混合法則（mixingrule）Pc：復(fù)合材料的某性能，如強(qiáng)度、彈性模量、熱導(dǎo)率等；Pi：各組分材料的對應(yīng)復(fù)合材料的某性能；V

：組成復(fù)合材料各組分的體積百分比；i：表示組成復(fù)合材料的組分?jǐn)?shù)。79SiC/硼硅玻璃復(fù)合材料的強(qiáng)度隨纖維體積含量線性增加80顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的彈性模量與顆粒體積分量的關(guān)系815.2增強(qiáng)機(jī)制材料的強(qiáng)度是組織結(jié)構(gòu)敏感的性能指標(biāo)。因此，要從理論上正確預(yù)測復(fù)合材料的強(qiáng)度通常不太容易。較為經(jīng)典的強(qiáng)度復(fù)合準(zhǔn)則有所謂shearlag模型：

(1-1)式中，yc和ym分別表示