第七章復(fù)合材料的

第七章復(fù)合材料的第一頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)復(fù)合材料的發(fā)展方向復(fù)合材料基礎(chǔ)理論問(wèn)題復(fù)合材料新的設(shè)計(jì)和制備方法功能、多功能、機(jī)敏、智能復(fù)合材料納米復(fù)合材料仿生復(fù)合材料第二頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日一、復(fù)合材料基礎(chǔ)理論問(wèn)題復(fù)合材料的基礎(chǔ)理論問(wèn)題較多，但是突出的當(dāng)屬界面問(wèn)題和可靠性問(wèn)題，復(fù)合材料性能受其界面結(jié)構(gòu)的影響極大，因而前者是復(fù)合材料所特有而重要的問(wèn)題。可靠性問(wèn)題也是制約復(fù)合材料發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題，因此需要給予足夠的重視。第三頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日界面的研究。首先對(duì)各種基體的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)致的考察，提高包括迄今尚未完善的表征方法。優(yōu)化界面的設(shè)計(jì)、界面改性方法和及界面殘余應(yīng)力的行為等研究水平。同時(shí)開展目前尚未涉足的功能復(fù)合材料的界面研究來(lái)了解界面?zhèn)鬟f功能的行為等新課題。第四頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日可靠性的研究。復(fù)合材料的可靠性與其組分、設(shè)計(jì)加工工藝和環(huán)境等密切相關(guān)，同時(shí)也需要進(jìn)一步完善評(píng)價(jià)檢測(cè)和監(jiān)控的方法。第五頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日二、復(fù)合材料新的設(shè)計(jì)和制備方法計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展給復(fù)合材料的發(fā)展帶來(lái)了新的機(jī)遇，發(fā)展了逆向設(shè)計(jì)和虛擬設(shè)計(jì)等方法。目前復(fù)合材料的制備工藝正在不斷的改善與提高如樹脂遷移模塑法、反應(yīng)注射成型(含增強(qiáng)體的方式)以及電子束固化等新工藝，提高了工藝效率，并改善了制品質(zhì)量。同時(shí)一些新的復(fù)合技術(shù)如原位復(fù)合、自蔓延技術(shù)、梯度復(fù)合以及其他一些新技術(shù)已經(jīng)嶄露頭角，顯示各自的優(yōu)越特點(diǎn)。這也是復(fù)合材料發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力。特別令入注意的是，設(shè)計(jì)制造一體化已經(jīng)形成概念，并正向成為現(xiàn)實(shí)的方向進(jìn)展。第六頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日三、功能、多功能、機(jī)敏、智能復(fù)合材料傳統(tǒng)復(fù)合材料多為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其實(shí)它的設(shè)計(jì)自由度大的特點(diǎn)更適合于發(fā)展功能復(fù)合材料，特別是能在由功能多功能機(jī)敏智能復(fù)合材料，即從低級(jí)形式到高級(jí)形式的過(guò)程中體現(xiàn)出來(lái)。設(shè)計(jì)自由度大是由于復(fù)合材料可以任意調(diào)節(jié)其復(fù)合度，選擇其連接形式和改變其對(duì)稱性等因素，以期達(dá)到功能材料所追求的高優(yōu)值。此外復(fù)合材料所特有的復(fù)合效應(yīng)更提供廣闊的設(shè)計(jì)途徑。第七頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日功能復(fù)合材料：它涉及的范圍非常寬，如用于電學(xué)功能的導(dǎo)電、超導(dǎo)、絕緣、吸波(電磁波)、半導(dǎo)電、屏蔽或透過(guò)電磁波、壓電與電致伸縮等：用于磁學(xué)功能則有永磁、軟磁、磁屏蔽和磁致伸縮等，在光學(xué)功能上有透光、選擇濾光、光致變色、光致發(fā)光、抗激光、x線屏蔽和透x光等：在聲學(xué)功能方面有吸聲、聲納、抗聲納等；在機(jī)械功能方面則有阻尼減振、自潤(rùn)滑、耐磨、密封、防彈裝甲等；在化學(xué)功能方面有選擇吸附和分離、抗腐蝕等第八頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日多功能復(fù)合材料：利用復(fù)合材料多組分特點(diǎn)，發(fā)展成多功能復(fù)合材料，首先會(huì)形成功能與結(jié)構(gòu)共存的形式，例如美國(guó)軍用飛機(jī)具有自我保護(hù)的隱身功能，即在飛機(jī)的蒙皮上使用吸收電磁波的功能復(fù)合材料來(lái)躲避雷達(dá)跟蹤，而這種復(fù)合材科又是高性能的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，從而成為多功能復(fù)合材料。目前正在研制兼有吸收電磁波、紅外線和結(jié)構(gòu)多功能復(fù)合材料。第九頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日機(jī)敏復(fù)合材料入類一直期望著材料具有能感知外界且可作出適當(dāng)反應(yīng)的能力。目前已經(jīng)開始試將傳感功能材料和具有執(zhí)行功能的材料，通過(guò)某種基體復(fù)合在一起，并聯(lián)外部信息處理系統(tǒng)把傳感器給出的信息傳達(dá)并啟動(dòng)執(zhí)行材料動(dòng)作。這樣就構(gòu)成了機(jī)敏復(fù)合材料(smartcomposite)及其系統(tǒng)，使之能夠感知外部環(huán)境的變化，作出主動(dòng)的響應(yīng)。它的作用可表現(xiàn)在自診斷、自逅應(yīng)和自修復(fù)的能力上。第十頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日智能復(fù)合材料它是功能類材料的最高形式，實(shí)際上它是在機(jī)敏復(fù)合材料的基礎(chǔ)上進(jìn)行自決策，指揮執(zhí)行材料作出優(yōu)化動(dòng)作。這當(dāng)然對(duì)材料的傳感部分和執(zhí)行部分的靈敏度、穩(wěn)定性和響應(yīng)速度提出了更高的要求。盡管難度很大但是具有重要意義，值得作為追求的目標(biāo)。第十一頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日四、納米復(fù)合材料當(dāng)材料尺寸進(jìn)入納米范圍時(shí)，材料的主要成分集中在表面，例如直徑為2nm的顆粒其表面原子數(shù)將占有整體的8％。巨大的表面所產(chǎn)生的表面能使具有的米尺寸的物體之間存在極強(qiáng)的團(tuán)聚而又能令保持納米尺寸的單個(gè)體(顆?；蚱渌螤钗矬w)發(fā)揮其納米效應(yīng)。這種效應(yīng)的產(chǎn)生是來(lái)源于其表面原子呈無(wú)序分布狀態(tài)而具有特殊的性質(zhì)，表現(xiàn)在量子尺寸效應(yīng)、宏觀量隧道效應(yīng)、表面與界面效應(yīng)等。由于這些效應(yīng)的存在使納米復(fù)合材科不僅具有優(yōu)良的力學(xué)性質(zhì)而且也會(huì)產(chǎn)生光學(xué)、非線性光學(xué)、光化學(xué)和電學(xué)的功能作用。第十二頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日有機(jī)—無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料有機(jī)無(wú)機(jī)分子間強(qiáng)相互作用有共價(jià)健型、配位鍵型和離子鍵型，形成種類健型均有其對(duì)應(yīng)的制備方法。例如共價(jià)鍵型納米復(fù)合材料的制各基本上采用凝膠溶膠法，可以實(shí)現(xiàn)分子水平混合，賦予它優(yōu)異的性能。新近發(fā)展迅速的離子型有機(jī)—無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料是通過(guò)對(duì)無(wú)機(jī)層狀物插層來(lái)制得的，因此無(wú)機(jī)納米相僅有一維是納米尺寸。由于層狀硅酸鹽的片層之間表面帶負(fù)電，所以可先用陽(yáng)離子交換樹脂借助靜電吸引作用進(jìn)行插層，而該樹脂又能與某些高分子單體或熔體發(fā)生作用．從而構(gòu)成納米復(fù)合材料。研究表明這種復(fù)合材料不僅能作為結(jié)構(gòu)用也可作為功能材料。第十三頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)機(jī)—無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料無(wú)機(jī)—無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料雖然研究較早，但進(jìn)展較慢，這是因?yàn)樵诩庸み^(guò)程中無(wú)機(jī)納米顆粒間的團(tuán)聚和晶粒長(zhǎng)大作用難以克服，正在研究解決中，采用在基體中利用反應(yīng)原位產(chǎn)生納米增強(qiáng)相的方法可能是有效的措施。第十四頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日五、仿生復(fù)合材料仿生復(fù)合材料仔細(xì)分析天然材料可以發(fā)現(xiàn)它們的形成結(jié)構(gòu)、排列分布非常合理。例如竹子為管式纖維，外密內(nèi)硫，并呈正反螺旋形排列．使之成為人類長(zhǎng)期使用的優(yōu)良天然材料。又如貝殼則是以天機(jī)質(zhì)成分與有機(jī)質(zhì)成分里層狀交替更層而成，從而使之既具有很高強(qiáng)度又有很好的韌性。這些都是生物在長(zhǎng)期進(jìn)化演變中形成的優(yōu)化結(jié)構(gòu)形式，為人類提供了學(xué)習(xí)借鑒的源泉。為此，可以通過(guò)系統(tǒng)分析和比較，吸取有用的規(guī)律井形成概念，把從生物材料學(xué)習(xí)到的知識(shí)結(jié)合材料科學(xué)的理論基礎(chǔ)和手段來(lái)進(jìn)行新型材料的設(shè)計(jì)與制造。第十五頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日六、金屬基復(fù)合材料的新進(jìn)展微結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)（1）金