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复合材料概述
复合材料概述
复合材料的基本概念
复合材料(Compositematerials),是由两种或两种以上
不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观上组成具
有新性能的材料。
复合材料由连续相的基体和被基体包容的相增强体组成。
增强相和基体相是根据它们组分的物理和化学性质和在
最终复合材料中的形态来区分的。
其中一个组分是细丝(连续的或短切的)、薄片或颗粒
状,具有较高的强度、模量、硬度和脆性,在复合材料承受
外加载荷时是主要承载相,称为增强相或增强体。增强相或
增强体在复合材料中呈分散形式,被基体相隔离包围,因此
也称作分散相;复合材料中的另一个组分是包围增强相并相
对较软和韧的贯连材料,称为基体相。
颗粒状层状
纤维状
填充状
片状
复合材料及其增强相的各种形态
3
复合材料是由多相材料复合而成,共同特点主要有三个:
(1)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。例如,玻璃纤维增强环氧基复合
材料,既具有类似钢材的强度,又具有塑料的介电性能和耐腐蚀性
能。
(2)可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造。如,针对方向
性材料强度的设计,针对某种介质耐腐蚀性能的设计等。
(3)可制成所需的任意形状的产品,可避免多次加工工序。例如,
可避免金属产品的铸模、切削、磨光等工序。
5
一、金属基复合材
一、金属基复合材
料
料
金属基复合材料(MetalMatrixComposite,MMC)一般是
以金属或合金为连续相而颗粒,晶须或纤维形式的第二相组
成的复合材料。目前其制备和加工比较困难,成本相对较高,
常用在航天航空和军事工业上。
金属基复合材料与树脂基复合材料比,优点在于:
工作温度高;
横向机械性能好;
层间剪切强度高;
耐磨损、导电、导热;
不吸湿、不老化;
尺寸稳定,可采用金属加工方法。
金属基复合材料的发展:
(1)产生于60年代,发展于90年代。
(2)最早应用于哥伦比亚号航天飞机的骨架:硼纤维/Al。
由于硼纤维太昂贵,现在基本用碳纤维/Al复合材料来替
代硼纤维/Al。
(3)受制备工艺的限制,基本还处于实验室阶段。
金属基复合材料的应用:
最初,比强度、比模量高,尺寸稳定等优点;而
用于航天、航空等部门;
近年来,随着新制造工艺的出现,廉价增强体
(SiC、陶瓷短纤维等),金属基复合材料开始用于
民用部门。
陶瓷基复合材料的性
陶瓷基复合材料的性
能
能
1、室温力学性能
陶瓷基复合材料来,陶瓷基体的失效低于的
失效,因此最初的失效往往是基体中晶体缺陷引起
的开裂。
材料的拉伸失效有两种:
第一:突然失效。如度低,界面合度高,基
体裂穿展,致突然失效。
第二:如果,界面合弱,基体裂沿着
展。失效前/基体界面在基体的裂尖端和
尾部脱粘。
因此,基体开裂并不致突然失效,材料的最失效
大于基体的失效。
2、高温力学性能
室温下,复合材料的抗弯强度比基体材料高10倍,性模
量提高2倍。复合材料的抗弯强度至700℃保持不,
然后强度随温度升高而急增加;但性模量却随着温度
升高从室温的137GPa降到850℃的80GPa。一化
然与材料中残余玻璃相随温度升高的化相关。
三、脂基复合材
三、脂基复合材
料
料
定义:
基体材料为树脂,增强材料主要有玻璃纤维、碳
纤维、芳纶纤维、
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