第一章_復合材料緒論

1、復合材料的發(fā)展史復合材料的發(fā)展史復合材料的分類與定義復合材料的分類與定義復合材料的特性復合材料的特性復合材料的應用復合材料的應用復合材料研究存在的問題復合材料研究存在的問題使用純天然材料的初級階段 人類單純利用火制造材料的階段 利用物理與化學原理合成材料的階段 材料的復合化階段 材料的智能化階段 在人類文明的進程中，材料大致經(jīng)歷了以下五個發(fā)展階段。 材料的復合化是材料的發(fā)展的必然趨勢之一材料的復合化是材料的發(fā)展的必然趨勢之一. .遠古時代: 用稻草摻入黏土做土坯。草莖增強土坯作墻體材料.古代:人們用鋼鐵層壓法制成刀劍越王劍年年材料比強度方面的發(fā)展變化材料比強度方面的發(fā)展變化木材木材石頭石頭青銅

2、青銅 鋼鋼鑄鐵鑄鐵 鋁鋁 鈦鈦 復合材料復合材料 尼龍纖維尼龍纖維 碳纖維碳纖維強 度強 度 / /密度（密度（ 1 01 06 6）近代的復合材料: 以1942年制出的玻璃纖維強化塑料為起點。隨后為了提高纖維的彈性率，開發(fā)了硼纖維、碳纖維、耐熱氧化鋁纖維等。Nice MyCar全電動微型車 車身由玻璃纖維強化塑料制成。 我國的發(fā)展情況我國的發(fā)展情況復合材料的定義：復合材料的定義： 國際標準化組織（ISO）將復合材料定義為是：兩種或兩種以上物理和化學性質(zhì)不同的物質(zhì)組合而成的一種多相固體材料。 F.L.Matthews 和 R.D.Rawlings 認為復合材料是兩個或兩個以上組元或相組成的混合

3、物，并應滿足下面三個條件：（1）組元含量大于 5 %； （2）復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。 在“材料科學技術(shù)百科全書”和“材料大辭典”中將復合材料定義如下： 復合材料是由有機高分子、無機非金屬或金屬等幾類不同材料通過復合工藝組合而成的新型材料。它與一般材料的簡單混合有本質(zhì)區(qū)別，既保留原組成材料的重要特色，又通過復合效應獲得原組分所不具備的性能?？梢酝ㄟ^材料設計使原組分的性能相互補充并彼此關聯(lián)，從而獲得更優(yōu)越的性能。復合材料的定義：復合材料的定義：復合材料定義所闡述的主要有兩點，即組成規(guī)律和性能特征。 盡管定義的細節(jié)有所不同，但其要點是共同的。 含兩種以上

4、不同的化學相。 具有每個組分所不具備的優(yōu)良性能。（問題：骨骼，竹子，木材是否屬于復合材料的范疇呢？） 至于天然材料的骨骼、竹子、木材等是否應屬于復合材料的范疇，尚有不同的看法。但一般認為它們應屬于具有復合材料形態(tài)的天然材料。這樣，復合材料的含義就還應該包括：人工制造、成分由人們有意識的選擇；具有重復的幾何形狀等。問題討論 普通復合材料： 普通玻璃、合成或天然纖維增強普通聚合物復合材料，如玻璃鋼、鋼筋混凝土等。 先進復合材料： 高性能增強劑（碳、硼、Kevlar、氧化鋁、SiC纖維及晶須等）增強高溫聚合物、金屬、陶瓷和碳（石墨）等復合材料。結(jié)構(gòu)復合材料結(jié)構(gòu)復合材料：用作承力和次承力結(jié)構(gòu)。要求具有

5、質(zhì)量輕、高強度、高剛度、耐高溫以及其它性能。功能復合材料（單一）功能復合材料（單一）：電、熱、聲、摩擦、阻尼等。包括機敏和智能復合材料?；祀s復合材料混雜復合材料：兩種或兩種以上增強體構(gòu)成的復合材料。通過產(chǎn)生混雜效應改善性能和降低成本。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) / / 功能一體化復合材料（多功能）功能一體化復合材料（多功能）：在保持材料基本力學性能的前提下，具有特定功能特性，如光、電、磁、摩擦、阻尼等。 （殲（殲-20-20）根據(jù)第二相（增強體）形態(tài)分。 顆粒增強復合材料顆粒狀分散相復合材料 纖維狀分散相復合材料 短纖維 連續(xù)纖維強化復合材料 分散強化復合材料 片晶增強復合材料 復合材料單向纖維強化復合材料 非

6、編織纖維層 2維, 3維編織纖維層晶須 隨機排列 隨機排列 定向排列定向排列不連續(xù)纖維強化復合材料 與傳統(tǒng)材料相比,復合材料具有以下特性:復合材料的性能可設計性材料與構(gòu)件制造的一致性優(yōu)異的物理化學性能u高比強度、高比模量（剛度） 比強度、比模量：材料的拉伸強度或彈性模量與其密度之比。 比強度 = 拉伸強度/密度 MPa /（g/cm3）, 比模量 = 彈性模量/密度 GPa /（g/cm3）。u良好的高溫性能u良好的尺寸穩(wěn)定性u良好的化學穩(wěn)定性u良好的抗疲勞、蠕變、 沖擊和斷裂韌性u良好的功能性能優(yōu)異的物理化學性能各種材料的比強度和比模量各種材料的比強度和比模量材料價格高勞動強度大抗擠壓和抗分

7、層能力差 力學性能受溫度/濕度影響不易檢查對鋁會產(chǎn)生電化學腐蝕固化時間長復合材料的缺點:2 2、取決于基體相的性能、取決于基體相的性能 復合材料飛機結(jié)構(gòu)l20世紀40年代,玻璃纖維增強樹脂基復合材料(整流罩)玻璃纖維的比模量不足限制了其應用.l1960年日本和英國研制出碳纖維,幾乎同時美國研制出硼纖維使復合材料應用于飛機結(jié)構(gòu)成為可能.l70-80年代,各種規(guī)格的碳纖維出現(xiàn),和高韌性的環(huán)氧樹脂出現(xiàn).l70年代民用飛機開始用復合材料做調(diào)整片,口蓋等. 美國的ACEE計劃.從舵面過渡到尾翼.l80-90年代,美國NASA的ACM計劃.重點發(fā)展設計制造一體化 l目前研究低成本的復合材料設計與制造技術(shù)大

8、量的仿真技術(shù)設計，制造，生產(chǎn)一體化仿真實現(xiàn)異地設計異地制造80-90年代實現(xiàn)了復合材料向主承力結(jié)構(gòu)應用的過渡l（ 50% ），的出現(xiàn)（復合材料的應用超過80%）l美國第五代戰(zhàn)機F-35復合材料使用超過20%，中國J-20僅8%左右，這是什么原因呢？ 先進樹脂基復合材料是民用飛機的主要復合材料先進樹脂基復合材料是民用飛機的主要復合材料.復合材料在民用飛機的應用出現(xiàn)的幾個特征復合材料在民用飛機的應用出現(xiàn)的幾個特征:小型小型/簡單次承力結(jié)構(gòu)簡單次承力結(jié)構(gòu) 大型復雜主要承力結(jié)構(gòu)大型復雜主要承力結(jié)構(gòu) 單一構(gòu)件單一構(gòu)件 多功能結(jié)構(gòu)一體化多功能結(jié)構(gòu)一體化普通復合材料普通復合材料 先進復合材料先進復合材料單一復合材料單一復合材料 混合復合材料混合復合材料 在各種型號的在各種型號的民用飛機上民用飛機上( (如波音如波音737737767767、空中客車、空中客車等等) )復合材料也有較復合材料也有較多的使用，主要用作多的使用，主要用作雷達罩、發(fā)動機罩、雷達罩、發(fā)動機罩、副翼、襟翼、垂直尾副翼、襟翼、垂直尾翼和水平尾翼的舵面、翼和水平尾翼的舵面、翼根整流罩、以及內(nèi)翼根整流罩、以及內(nèi)部的通風管道、行李部的通風管道、