复合材料原理09第1讲.ppt
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1、复合材料原理复合材料原理课程学科分类:材料学课程学科分类:材料学课程授课人:成来飞课程授课人:成来飞 殷小玮殷小玮 超高温结构复合材料国防科技重点实验室超高温结构复合材料国防科技重点实验室2009.3.32009.3.3前前 言言l4040学时学时l先修课:复合材料学先修课:复合材料学l参考教材:参考教材:1 复合材料概论复合材料概论 王荣国等编著王荣国等编著2 陶瓷基复合材料原理、工艺、性能与设计陶瓷基复合材料原理、工艺、性能与设计 张长瑞等编著张长瑞等编著课外读物课外读物 1.Interfaces in composites TB33-53 I612.Control of Interfac
2、es in Metal and Ceramic Composites TB T626.2 19943.Processing,Fabrication and Application of Advanced Composites TB33 P963 19934.High performance composites for the 1990s TB33 T626 19905.Processing of Ceramic and Metal Matrix Composites TB33 I61 19896.Inter-Metallic Matrix Composites TB33 I61.2 1990
3、7.Ceramic-and Carbon-Matrix Composites TB332 C4118.Carbon-Carbon Materials and Composites TB332 C2579.Composites Applications The Role of Matrix,Fiber,and Interfaces TB33 C737课外读物课外读物10.Metal and Polymer Matrix Composites TB333,C478 11.Composites Materials TB333,C51212.复合材料复合材料 主编:吴人洁主编:吴人洁,天津大学出版社天
4、津大学出版社13.复合材料大全复合材料大全 主编:沃丁柱主编:沃丁柱,化学工业出版社化学工业出版社14.先进复合材料先进复合材料 主编:鲁云主编:鲁云 朱世杰朱世杰 马鸣图马鸣图 潘复生潘复生 机械工业出版社机械工业出版社15.先进复合材料手册先进复合材料手册 主编:赵渠森主编:赵渠森,机械工业出版社机械工业出版社16.复合材料的结构与性能复合材料的结构与性能 主编:邹祖违主编:邹祖违(美美),机械工业出版社机械工业出版社17.工程复合材料工程复合材料主编:布莱恩主编:布莱恩 哈里斯,陈祥宝,哈里斯,陈祥宝,张宝艳张宝艳 (译)化学工业出版社(译)化学工业出版社目目 录录第一讲第一讲 绪论绪论
5、第二讲第二讲 复合材料学基础复合材料学基础第三讲第三讲 表面与界面基础表面与界面基础第四讲第四讲 界面热化学相容性界面热化学相容性第五讲第五讲 界面热物理相容性界面热物理相容性第六讲第六讲 界面特性与性能界面特性与性能(一一)第七讲第七讲 界面特性与性能界面特性与性能(二二)第八讲第八讲 界面结合与模量匹配界面结合与模量匹配第九讲第九讲 金属基复合材料界面控制金属基复合材料界面控制第十讲第十讲 陶瓷基复合材料界面控制陶瓷基复合材料界面控制第十一讲第十一讲 聚合物基复合材料界面控制聚合物基复合材料界面控制第十二讲第十二讲 界面控制与复合工艺界面控制与复合工艺第十三讲第十三讲 自生复合材料自生复合
6、材料l1.材料为什么要复合?(基础)材料为什么要复合?(基础)Why?l2.材料根据什么复合?(原理)材料根据什么复合?(原理)What?l3.材料怎样进行复合?(工艺)材料怎样进行复合?(工艺)How?第一讲第一讲 绪论绪论1.1自然界的启示l竹子、木材、龟壳和鲍鱼壳等自然界生成的天然复竹子、木材、龟壳和鲍鱼壳等自然界生成的天然复合材料:合材料:天然复合材料天然复合材料l混凝土、土墙:混凝土、土墙:原始复合材料原始复合材料l漆器:漆器:复合材料复合材料(胶为粘结剂,麻为增强体胶为粘结剂,麻为增强体)不同尺度材料的复合不同尺度材料的复合1.Why?l复合材料并不是人类发明的复合材料并不是人类发
7、明的l木材:天然复合材料(纤维素纤维木材:天然复合材料(纤维素纤维+聚多糖木质素)聚多糖木质素)1.Why?1.1自然界的启示广义地讲,天然材料均处于复合状态广义地讲,天然材料均处于复合状态(自然复合自然复合)原始复合,性能不能充分发挥(第一阶段)原始复合,性能不能充分发挥(第一阶段)提纯合成,挖掘材料潜能(第二阶段)提纯合成,挖掘材料潜能(第二阶段)人为复合,发挥联合优势人为复合,发挥联合优势(第三阶段)(第三阶段)1.2 1.2 材料发展的启示材料发展的启示自然法则:周而复始、螺旋上升自然法则:周而复始、螺旋上升1.Why?l一种材料在某一方面的性能可能是优异的。一种材料在某一方面的性能可
8、能是优异的。l很多材料的性能已经得到了充分的发展,继续提很多材料的性能已经得到了充分的发展,继续提高只能是通过复合。高只能是通过复合。l单一材料追求高性能价格很高,复合可以降低成单一材料追求高性能价格很高,复合可以降低成本。本。复合技术是获得高性能低成本材料的必由之路,发挥复合技术是获得高性能低成本材料的必由之路,发挥各自组元的性能优势获得良好的综合性能各自组元的性能优势获得良好的综合性能1.3 1.3 技术发展的需要技术发展的需要1.Why?l塑料:低密度、易成型和连接;塑料:低密度、易成型和连接;热稳定性差、力热稳定性差、力学性能一般学性能一般l陶瓷:低密度、热稳定性好、耐腐蚀、磨蚀、磨陶
9、瓷:低密度、热稳定性好、耐腐蚀、磨蚀、磨损性能好;损性能好;脆;成型、加工难脆;成型、加工难l金属:良好热稳定性、高力学性能和韧性、好成金属:良好热稳定性、高力学性能和韧性、好成型和连接性;型和连接性;高温持久性差;高密度;低模量高温持久性差;高密度;低模量。1.Why?1.4 1.4 传统材料及其局限性传统材料及其局限性2.1 2.1 复合材料定义复合材料定义l确切地下定义很难:确切地下定义很难:a.由基体和增强体复合而成的材料由基体和增强体复合而成的材料b.人工制造,两种以上的物理和化学区域,具有明显人工制造,两种以上的物理和化学区域,具有明显的界面,与基体及增强体具有完全不同的特性。的界
10、面,与基体及增强体具有完全不同的特性。2.What?2.1 2.1 复合材料定义复合材料定义ISO(国际标准化组织)的定义:(国际标准化组织)的定义:a 复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的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。物质组合而成的一种多相固体材料。b 复合材料各个组分相之间不是简单的加和,而是在总复合材料各个组分相之间不是简单的加和,而是在总体性能和结构上有着重要的改进。体性能和结构上有着重要的改进。2.What?l尺寸效应(热力学缺陷控制)尺寸效应(热力学缺陷控制)l界面效应(界面区结构变化)界面效应(界面区结构变化)l尺度效应(
11、多尺寸效应协同)尺度效应(多尺寸效应协同)l结构效应(材料结构一体化)结构效应(材料结构一体化)复合原理:效应协同:和谐复合原理:效应协同:和谐2.2 2.2 复合效应复合效应2.What?2.2.1 2.2.1 尺寸效应尺寸效应颗粒颗粒0维维纤维纤维1维维薄膜薄膜2维维尺寸越小,材料中存在缺陷的可能性越低。尺寸越小,材料中存在缺陷的可能性越低。复合复合搓绳搓绳纳米纳米微米微米2.What?碳纤维在约碳纤维在约1%变形时就会断裂,而碳纳米管要到约变形时就会断裂,而碳纳米管要到约18%变形时才会断裂。变形时才会断裂。2.2.2 2.2.2 界面效应界面效应界面区结构变化引起的性能变化。界面区结构
12、变化引起的性能变化。基体基体增强体增强体界面区(无序结构)界面区(无序结构)2.What?2.2.3 2.2.3 尺度效应尺度效应不同尺寸的材料复合产生的不同尺寸效应的叠加不同尺寸的材料复合产生的不同尺寸效应的叠加纳米纳米微米微米复合效应复合效应钢筋混凝土水泥沙子石块钢筋钢筋混凝土水泥沙子石块钢筋2.What?l多尺度复合效应实质上是不同尺度的材料及其所多尺度复合效应实质上是不同尺度的材料及其所形成的界面相互作用、相互依存、相互补充的结形成的界面相互作用、相互依存、相互补充的结果。果。lAl/SiCp复合材料的流动应力主要取决于微结构尺复合材料的流动应力主要取决于微结构尺度效应。若增强相尺寸,
13、基体晶粒尺寸以及增强度效应。若增强相尺寸,基体晶粒尺寸以及增强相间距三者大小相当,则复合材料的流动应力取相间距三者大小相当,则复合材料的流动应力取决于增强相的分散程度和位错密度;若增强相尺决于增强相的分散程度和位错密度;若增强相尺寸及其间距大小相当,但比基体晶粒大得多,那寸及其间距大小相当,但比基体晶粒大得多,那复合材料的流动应力主要取决于增强相的分散度。复合材料的流动应力主要取决于增强相的分散度。2.What?2.2.3 2.2.3 尺度效应尺度效应2.2.4 2.2.4 结构效应结构效应不同的结构设计产生的系统综合效应不同的结构设计产生的系统综合效应2.What?l2000年左右,在西方材
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- 复合材料 原理 09
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