【教学课件】第11章复合材料.ppt

复合材料,华中科技大学材料科学与工程学院索进平Tel：0276208581387544307E-mail:suo_,一、概论,国际标准化组织曾在塑料名词术语的定义中，把复合材料定义为：“由两种以上物理和化学上不同的物质组合起来而得到的一种多相体系”。有人认为：“由连续相的基体(如聚合物树脂、金属、陶瓷等)与分散相的增强材料(如各种纤维、织物及粉末填料等)组合的多相材料称为复合构料”。,按基体分类,聚合物基复合材料金属基复合材料陶瓷基复合材料碳基复合材料水泥基复合材料木材基复合材料,无机非金属基复合材料,按增强材料分类,无机非金属增强材料：石墨纤维/陶瓷复合材料、硼纤维金属复合材料等。金属增强材料：如钨丝高温合金复合材料、铁丝树脂复合材料等。聚合物增强材料：如芳纶环氧复合材料、尼龙丝树脂复合材料等。,按材料作用分类,结构复合材料：用于制造受力构件功能复合材料：具有各种特殊性能(如阻尼、导电、导磁、换能、摩擦、屏蔽等)的复合材料。,复合材料的特点,高比强度和比模量较好的疲劳性能良好的减震性能较好的耐热性能灵活的制造工艺,复合材料的性能,聚合物基复合材料的成型工艺,疲劳性能,减震性能,二、复合材料的增强材料,纤维及织物有机纤维：Kevlar纤维，尼龙纤维无机纤维：碳纤维，玻璃纤维晶须颗粒：各种碳化物和氧化物,1、Kevlar纤维,Kevlar纤维的性能,Kevlar纤维具有强度高、弹性模量高、韧性好的特点。它的密度小，是所有增强材料中密度较低的纤维之一。,2、超高分子量聚乙烯纤维,优点：高比强度、高比模量以及耐冲击、耐磨、自润滑、耐腐蚀、耐紫外线、耐低温、电绝缘等多种优异性能。缺点：熔点较低(约135)，高温容易蠕变。仅能在100 以下使用。用途：主要用于绳缆材料和高技术军用材料，可用于制做武器装甲、防弹背心、航天航空部件等,3、玻璃纤维的性能,特点：伸长率扣热膨胀系数小除氢氟酸和热浓强碱外，能耐许多介质的腐蚀。耐高温性能较好缺点：不耐磨，易折断，易受机械损伤，长期放置强度稍有下降。,4、氧化铝纤维的性能,特点：具有优良的耐热性和抗氧化性，直到370 强度仍下降不大。化学性质稳定。缺点：与树脂粘结性差，对熔融金属的浸润性弱，密度较大,5、碳纤维的性能,强度和模量高、密度小，具有很好的耐酸性。热膨胀系数小，甚至为负值；具有很好的耐高温蠕变性能，在1900 以上才呈现出永久塑性变形。摩擦系数小并具有润滑性、导电性高等特点。,6、增强纤维的性能比较,7、晶须的性能,晶须（wisker）是指具有一定长径比(般大于10)和截面积小于52X10-5 cm2的单晶纤维材料。拉伸强度接近理论强度。,三、复合材料的界面设计,足够的界面粘接强度。粘接过程中两相表面能相互润湿在一定的应力条件下能够脱粘，以及使增强纤维从基体拔出并发生摩擦。这样就可以借助脱粘增大表面能、拔出功和摩擦功等形式来吸收外加载荷的能量以达到提高其抗破坏能力合适的界面层模量。一种是界面层的模量应介于增强材料与基体材料之间，最好形成梯度过渡。另一种观点是界面层的模量低于增强材料与基体，最好是一种类似橡胶的弹性体，在受力时有较大的形变。前一种观点从力学的角度来看将会产生好的效果；后一种观点按照可形变层理论，则可以将集中于界面的应力点迅速分散，从而提高整体的力学性能。,界面的影响,偶联剂的作用：提高界面的浸润性,四、聚合物基复合材料的性能,增强PTFE的力学性能,增强效果：强度、耐热性、尺寸稳定性增加,玻璃纤维毡增强的热塑性树脂基复合材料(GMT，热塑性片材),1-玻璃纤维毡 2-聚丙烯薄膜或熔体 3-加热与合压合 4-冷却与压合 5-切断 6-予浸料片,熔融浸渍法工艺,水悬浮沉积浸渍工艺,GMT制造成品的成型工艺,五、Ni3Al/WC耐磨复合材料,30%WC焊条和堆焊层的组织a-焊条；b-外层；c-中间层；d-内层-,Ni3Al/WC复合材料的性能,六、纳米复合材料,纳米复合材料(nanocomposites)是指分散相尺度至少有一维小于100 nm的复合材料。从基体与分散相的粒径大小关系，复合可分为微米一微米、微米一纳米、纳米一纳米的复合。,有机/无机共聚橡胶的制备,七、共连续增强复合材料,