发布时间 : 星期日 文章复合材料概论个人整理版（考试专用）更新完毕开始阅读
第一章 总论
1.2 复合材料的定义
什么是复合材料 ? (Composition Materials , Composite)
复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。 复合材料＝基体(连续相)＋增强材料(分散相) 1.3 复合材料的命名
复合材料在世界各国还没有统一的名称和命名方法，比较共同的趋势是根据增强体和基体的名称来命名，通常有以下三种情况： （1）强调基体时以基体材料的名称为主
如树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等。
（2）强调增强体时以增强体材料的名称为主如玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、陶瓷颗粒增强复合材料等。
（3）基体材料名称与增强体材料并用。
这种命名方法常用来表示某一种具体的复合材料，习惯上把增强体材料的名称放在前面，基体材料的名称放在后面。
例如：―玻璃纤维环氧树脂复合材料‖，或简称为―玻璃/环氧复合材料‖。碳纤维和金属基体构成的复合材料叫―金属基复合材料‖，也可写为―碳/金属复合材料‖。碳纤维和碳构成的复合材料叫―碳/碳复合材料‖。
国外还常用英文编号来表示，如MMC（Metal Matrix Composite）表示金属基复合材料，FRP（Fiber Reinforced Plastics）表示纤维增强塑料，而玻璃纤维/环氧则表示为GF/Epoxy, 或G/Ep(G-Ep)
1.4 复合材料的分类
按增强材料形态分类：连续纤维复合材料、短纤维复合材料、粒状填料复合材料、编织复合材料、其他: 层叠、骨架、涂层、片状、天然增强体
按增强纤维种类分类：玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料、有机纤维复合材料、金属纤维复合材料、陶瓷纤维复合材料、混杂复合材料。
按基体材料分类：聚合物基复合材料、金属基复合材料、无机非金属基复合材料 按材料作用分类：结构复合材料、基体材料和增强体材料、功能复合材料
热固性树脂基热塑性树脂基橡胶基聚合物基复合材料金属基复合材料结构复合材料轻金属基高熔点金属基金属间化合物基高温陶瓷基陶瓷基复合材料玻璃基玻璃陶瓷基水泥基复合材料碳基复合材料叠层式叠层式复合材料复合材料人工人工晶片晶片片材增强片材增强复合材料复合材料结构复合材料结构复合材料天然天然片状物片状物微米微米颗粒颗粒纳米纳米颗粒颗粒不连续纤维不连续纤维复合材料复合材料晶须晶须增强复合材料增强复合材料短切纤维短切纤维增强复合材料增强复合材料单向纤维单向纤维增强复合材料增强复合材料连续纤维增强连续纤维增强复合材料复合材料二维织物二维织物增强复合材料增强复合材料三维织物三维织物增强复合材料增强复合材料颗粒增强颗粒增强复合材料复合材料纤维增强纤维增强复合材料复合材料 复合材料系统组合分散相分散相金金属属材材料料金属纤维金属纤维金属晶须金属晶须金属片材金属片材纤维纤维无无机机非非金金属属材材料料陶陶瓷瓷玻玻璃璃碳碳晶须晶须颗粒颗粒纤维纤维颗粒颗粒纤维纤维碳纤维碳纤维//金属基复合材料金属基复合材料碳纤维碳纤维//陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料炭黑炭黑金属金属//塑料塑料碳纤维碳纤维//树脂基复合材料树脂基复合材料颗粒颗粒//橡胶；颗粒橡胶；颗粒//树脂基树脂基纤维纤维//树脂基复合材料树脂基复合材料纤维纤维//金属基复合材料金属基复合材料晶须晶须//金属基复合材料金属基复合材料弥散强化合金材料弥散强化合金材料纤维纤维//陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料晶须晶须//陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料粒子填充塑料粒子填充塑料纤维纤维//树脂基复合材料树脂基复合材料连续相连续相金属材料金属材料纤维纤维//金属基复合材料金属基复合材料晶须晶须//金属基复合材料金属基复合材料无机非金属材料无机非金属材料钢丝钢丝//水泥复合材料水泥复合材料晶须晶须//陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料金属金属//塑料板塑料板有机高分子材料有机高分子材料增强橡胶增强橡胶有机有机纤维有机有机纤维高分高分塑料塑料子材子材料橡胶料橡胶Composites同质复合材料：增强材料和基体材料属于同种物质，如碳/碳复合材料。 异质复合材料：前面提及的复合材料多属此类。 1.5 复合材料的基本性能
复合材料的特点：
1.可综合发挥各种组成材料的优点，使一种材料具有多种性能，具有天然材料所没有的性能； 2.可按对材料性能的需要进行材料设计和制造； 3.可制成所需的任意形状的产品。 复合材料性能的影响因素：
取决于增强相的性能、含量及分布状况，基体相的性能、含量，以及它们之间的的界面结合、成型工艺、结构设计等。
聚合物基复合材料的主要性能 （１）比强度大、比模量大； （２）耐疲劳性能好； （３）减震性好；
（４）过载时安全性好；
（５）具有多种功能性； （６）有很好的加工工艺性。
烧蚀是指材料在高温时，表面发生分解，引起气化，与此同时吸收热量，达到冷却的目的，随着材料的逐渐消耗，表面出现很高的吸热率。 ① 耐烧蚀性好；
② 有良好的耐磨性能； ③ 高度的电绝缘性能； ④ 优良的耐磨蚀性能；
⑤ 有特殊的光学、电学、磁学特性。 金属基复合材料的主要性能 （１）高比强度、高比模量； （２）导热、导电性能；
（３）热膨胀系数小、尺寸稳定性好； （４）良好的高温性能； （５）耐磨性好；
（６）良好的疲劳性能和断裂性能； （７）不吸潮、不老化、气密性好。 陶瓷基复合材料的主要性能
高温强度和韧性高、耐辐射效率高、抗氧化、抗开裂等。 例如：碳纤维增强碳化硅、碳化硅纤维增强碳化硅分别在1700oC和1200oC下保持20oC时的抗拉强度。
复合材料的性能是根据使用条件进行设计的。 （1）使用温度和材料硬度： 树脂基： 60～250oC； 金属基： 400～ 600oC； 陶瓷基： 1000～1500oC。
硬度：陶瓷基 > 金属基 > 树脂基。
（2）力学性能：从强度方面来讲，三类复合材料都可获得较高的强度。 （3）耐老化性能：陶瓷基 > 金属基 > 树脂基。 （4）导热性能：
金属基： 50 ～ 65W/(m·K)； 陶瓷基： 0.7 ～ 3.5W/(m·K)； 树脂基： 0.35 ～ 0.45W/(m·K)。
（5）耐化学腐蚀性能：一般来讲陶瓷基和树脂基复合材料优于金属基复合材料。 （6）生产工艺和成本高低：
陶瓷基 > 金属基 > 树脂基。 1.6 复合材料结构设计基础 1、复合材料的三个结构层次：
一次结构——单层材料——微观力学 二次结构——层 合 体——宏观力学 三次结构——产品结构——结构力学 （１）一次结构
由基体和增强材料复合而成的单层材料，其力学性能决定于组分材料的力学性能、相几何（各相材料的形状、分布、含量）和界面区的性能。 微观力学：研究各相材料之间的相互作用。 （２）二次结构
由单层材料层合而成的层合体，其力学性能决定于单层材料的力学性能和铺层几何（各单层的
厚度、铺设方向、铺层序列）。
宏观力学：将各相材料的影响仅作为复合材料的平均表现性能来考虑。 （３）三次结构
指通常所说的工程结构或产品结构，其力学性能决定于层合体的力学性能和结构几何。 结构力学：以纤维增强复合材料层压结构为研究对象。 2、复合材料设计的三个层次：
一次结构 —— 单层材料设计 二次结构 —— 铺层设计 三次结构 —— 结构设计
单层材料设计：正确选择增强材料、基体材料及配比； 铺层设计：对铺层材料的铺层方案作出合理安排； 结构设计：确定产品及其结构的形状和尺寸。
第二章 复合材料的基体材料
复合材料 = 基体材料 + 增强材料。
基体材料主要包括三部分：金属基体材料、陶瓷基体材料、聚合物基体材料 2.1 金属基体材料
金属基复合材料学科主要涉及材料表面、界面、相变、凝固、塑性形变、断裂力学等。 金属基复合材料中，基体主要是各种金属或金属合金。 2.1.1 选择基体的原则
Al、Mg、Ti、Ni、Cu、Fe、Zn、Pb及其合金，金属间化合物（TiAl、NiAl等）。 1、金属基复合材料的使用要求
金属基复合材料构件的使用性能要求是选择金属基体材料最重要的依据。 （1）航天航空：
高比强度和比模量以及尺寸稳定性 选轻金属，Al、Mg及其合金 （2）高性能发动机：
高比强度和比模量，耐高温性能 选Ti、Ni及其合金 （3）汽车发动机：
耐热、耐磨、导热、成本低廉 选Al合金 （4）集成电路：
高导热、低膨胀 选Ag、Cu、Al 2、金属基复合材料组成特点 （1）连续纤维增强的复合材料
基体的主要作用应是以充分发挥增强纤维的性能为主，基体本身应与纤维有良好的相容性和塑性，而并不要求基体本身有很高的强度。 选用塑性较好的基体。
（2）非连续增强（颗粒、晶须、短纤维）的复合材料
基体是主要承载物，基体的强度对复合材料具有决定性的影响。 选用高强度合金作为基体。 3、基体金属与增强物的相容性
化学性质稳定，润湿性好，膨胀系数差要小，以确保两相界面具有足够的结合力。 抑制界面反应。 2.1.2 结构复合材料的基体