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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。

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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、