普通化學(xué)——復(fù)合材料(2015)

1、普通化學(xué)普通化學(xué)主講：梅崇珍主講：梅崇珍復(fù)合材料復(fù)合材料復(fù)合材料概述復(fù)合材料概述 定義：定義：復(fù)合材料是由兩種或兩種以上物理和化學(xué)復(fù)合材料是由兩種或兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)采用適當(dāng)?shù)墓に嚱M合而成的一種性質(zhì)不同的物質(zhì)采用適當(dāng)?shù)墓に嚱M合而成的一種多相固體材料。這種多相固體材料的性能比單一多相固體材料。這種多相固體材料的性能比單一材料的性能優(yōu)越。材料的性能優(yōu)越。 一、復(fù)合材料（一、復(fù)合材料（Composite materials）的定義）的定義復(fù)合材料概述復(fù)合材料概述 天然復(fù)合材料天然復(fù)合材料：竹子、木材、動(dòng)物皮膚、貝殼等。：竹子、木材、動(dòng)物皮膚、貝殼等。 最原始的人工復(fù)合材料最原始的人工復(fù)

2、合材料：60006000年前，我國(guó)古代勞年前，我國(guó)古代勞動(dòng)人民使用的土坯磚建筑材料是用粘土和稻草組成動(dòng)人民使用的土坯磚建筑材料是用粘土和稻草組成的。的。 古代金屬基復(fù)合材料古代金屬基復(fù)合材料：越王劍用的是一種金屬包：越王劍用的是一種金屬包層復(fù)合材料，在潮濕的環(huán)境中埋藏了幾千年，出土層復(fù)合材料，在潮濕的環(huán)境中埋藏了幾千年，出土?xí)r仍光亮奪目，鋒利無(wú)比。時(shí)仍光亮奪目，鋒利無(wú)比。復(fù)合材料概述復(fù)合材料概述小飛守角制作小飛守角制作u古代用的古代用的稻草增強(qiáng)粘土稻草增強(qiáng)粘土和已使用上百年的和已使用上百年的鋼筋混凝土鋼筋混凝土均由兩均由兩種材料復(fù)合而成。種材料復(fù)合而成。u 2020世紀(jì)世紀(jì)4040年代，因航空

3、工業(yè)的需要，發(fā)展了年代，因航空工業(yè)的需要，發(fā)展了玻璃纖維增強(qiáng)塑玻璃纖維增強(qiáng)塑料料（俗稱玻璃鋼（俗稱玻璃鋼），從此出現(xiàn)了復(fù)合材料這一名稱。），從此出現(xiàn)了復(fù)合材料這一名稱。u 5050年代以后，陸續(xù)發(fā)展了年代以后，陸續(xù)發(fā)展了碳纖維、石墨纖維和硼纖維等高強(qiáng)碳纖維、石墨纖維和硼纖維等高強(qiáng)度和高模量纖維度和高模量纖維。u 7070年代出現(xiàn)了芳綸纖維和碳化硅纖維。這些高強(qiáng)度、高模量年代出現(xiàn)了芳綸纖維和碳化硅纖維。這些高強(qiáng)度、高模量纖維能與合成樹脂、碳、石墨、陶瓷、橡膠等非金屬基體或纖維能與合成樹脂、碳、石墨、陶瓷、橡膠等非金屬基體或鋁、鎂、鈦等金屬基體復(fù)合，構(gòu)成各具特色的復(fù)合材料。鋁、鎂、鈦等金屬基體復(fù)合

4、，構(gòu)成各具特色的復(fù)合材料。NoImageNoImage復(fù)合材料的歷史復(fù)合材料的歷史 復(fù)合材料發(fā)展第一代復(fù)合材料發(fā)展第一代：19421960年，年，玻璃纖維增強(qiáng)塑料玻璃纖維增強(qiáng)塑料時(shí)代。時(shí)代。 復(fù)合材料發(fā)展第二代復(fù)合材料發(fā)展第二代：19601980年，先進(jìn)復(fù)合材料發(fā)展時(shí)代，年，先進(jìn)復(fù)合材料發(fā)展時(shí)代，主要研究主要研究增強(qiáng)材料增強(qiáng)材料，英國(guó)研制碳纖維，美國(guó)研制了，英國(guó)研制碳纖維，美國(guó)研制了Kevlar纖維纖維（凱芙拉，一種新型復(fù)合材料聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺）。用于（凱芙拉，一種新型復(fù)合材料聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺）。用于飛機(jī)、火箭的主承力構(gòu)件。飛機(jī)、火箭的主承力構(gòu)件。 復(fù)合材料發(fā)展第三代復(fù)合材料發(fā)展第三代

5、：19801990年，年，纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料時(shí)代，其中鋁基復(fù)合材料應(yīng)用最廣泛；同時(shí)陶瓷基復(fù)合材料料時(shí)代，其中鋁基復(fù)合材料應(yīng)用最廣泛；同時(shí)陶瓷基復(fù)合材料也得到研究和發(fā)展。也得到研究和發(fā)展。 復(fù)合材料發(fā)展第四代復(fù)合材料發(fā)展第四代：1990至今，主要發(fā)展至今，主要發(fā)展多功能復(fù)合材多功能復(fù)合材料，料，梯度功能材料、納米復(fù)合材料、仿生復(fù)合材料。梯度功能材料、納米復(fù)合材料、仿生復(fù)合材料。復(fù)合材料概述復(fù)合材料概述二、復(fù)合材料的組成二、復(fù)合材料的組成組成：組成：復(fù)合材料由基體復(fù)合材料由基體(matrix)、增強(qiáng)體、增強(qiáng)體(reinforcement)和兩者之間的界面組成。和兩者之間的界

6、面組成。基體：基體：處于連續(xù)相的材料為基體；處于連續(xù)相的材料為基體； 增強(qiáng)體：增強(qiáng)體：分散在基體中的粒子或纖維稱為增分散在基體中的粒子或纖維稱為增強(qiáng)材料，又叫分散材料。主要有纖維、晶須強(qiáng)材料，又叫分散材料。主要有纖維、晶須和顆粒。和顆粒。復(fù)合材料概述復(fù)合材料概述三、復(fù)合材料的命名及表示方法三、復(fù)合材料的命名及表示方法1 1、強(qiáng)調(diào)、強(qiáng)調(diào)基體材料基體材料時(shí)以基體時(shí)以基體材料命名，如金屬基復(fù)合材料命名，如金屬基復(fù)合材料。材料。2 2、強(qiáng)調(diào)、強(qiáng)調(diào)增強(qiáng)材料增強(qiáng)材料時(shí)以增強(qiáng)時(shí)以增強(qiáng)材料命名，如碳纖維增強(qiáng)材料命名，如碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。復(fù)合材料。3 3、強(qiáng)調(diào)、強(qiáng)調(diào)基體材料和增強(qiáng)材基體材料和增強(qiáng)材料料時(shí)，兩者

7、并用，如玻璃時(shí)，兩者并用，如玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。料。復(fù)合材料概述復(fù)合材料概述1 1、增強(qiáng)材料、增強(qiáng)材料/ /基體材料基體材料 如如WC/Co（讀作：由碳化鎢增強(qiáng)的鈷基復(fù)合材料）；（讀作：由碳化鎢增強(qiáng)的鈷基復(fù)合材料）； SiC（P）/Al（讀作：由碳化硅顆粒增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料）；（讀作：由碳化硅顆粒增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料）； C（F）/EP（讀作：由碳纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料）。（讀作：由碳纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料）。2 2、英文編號(hào)的縮寫、英文編號(hào)的縮寫 如如 FRP：纖維增強(qiáng)塑料（：纖維增強(qiáng)塑料（Fiber Reinforced Plastics）；）； PM

8、C：聚合物基復(fù)合材料；：聚合物基復(fù)合材料； MMC：金屬基復(fù)合材料；：金屬基復(fù)合材料； CMC：陶瓷基復(fù)合材料；：陶瓷基復(fù)合材料； FRC：纖維增強(qiáng)復(fù)合材料；：纖維增強(qiáng)復(fù)合材料；三、復(fù)合材料的命名及表示方法三、復(fù)合材料的命名及表示方法復(fù)合材料概述復(fù)合材料概述四、復(fù)合材料的分類四、復(fù)合材料的分類按基體材料分類按基體材料分類1、聚合物基復(fù)合材料、聚合物基復(fù)合材料（Polymer Matrix Composites，簡(jiǎn)寫，簡(jiǎn)寫PMC）2、金屬基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料（Metal Matrix Composites，簡(jiǎn)寫，簡(jiǎn)寫MMC）3、陶瓷基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料（Ceramic Matrix

9、Composites，簡(jiǎn)寫，簡(jiǎn)寫CMC）4、碳碳基復(fù)合材料、碳碳基復(fù)合材料（Carbon-Carbon Composites，簡(jiǎn)寫，簡(jiǎn)寫C/C）復(fù)合材料概述復(fù)合材料概述按增強(qiáng)材料的形狀分按增強(qiáng)材料的形狀分類類1 1、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料：將各種將各種纖維增強(qiáng)體纖維增強(qiáng)體置于基體材料置于基體材料內(nèi)復(fù)合而成。如纖維增強(qiáng)塑料、纖維增強(qiáng)金屬等。內(nèi)復(fù)合而成。如纖維增強(qiáng)塑料、纖維增強(qiáng)金屬等。2 2、夾層增強(qiáng)復(fù)合材料夾層增強(qiáng)復(fù)合材料：由性質(zhì)不同的表面材料和芯材組由性質(zhì)不同的表面材料和芯材組合而成。通常面材強(qiáng)度高、??；芯材質(zhì)輕、強(qiáng)度低，但合而成。通常面材強(qiáng)度高、薄；芯材質(zhì)輕、強(qiáng)度低，但具有一定剛度

10、和厚度。具有一定剛度和厚度。3 3、顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料：將硬質(zhì)細(xì)顆粒均勻分布于基體中，將硬質(zhì)細(xì)顆粒均勻分布于基體中，如彌散強(qiáng)化合金、如彌散強(qiáng)化合金、金屬陶瓷金屬陶瓷等。等。4 4、混雜復(fù)合材料混雜復(fù)合材料：由兩種或兩種以上增強(qiáng)相材料混雜于由兩種或兩種以上增強(qiáng)相材料混雜于一種基體相材料中構(gòu)成。一種基體相材料中構(gòu)成。四、復(fù)合材料的分類四、復(fù)合材料的分類復(fù)合材料概述復(fù)合材料概述小飛守角制作小飛守角制作總之，按不同的標(biāo)準(zhǔn)和要求，復(fù)合材料通常有以下總之，按不同的標(biāo)準(zhǔn)和要求，復(fù)合材料通常有以下幾種分類法幾種分類法： 1.1.按基按基體材料體材料分類分類 2.2.按增按增強(qiáng)相形強(qiáng)相形狀分類狀分

11、類 3.3.按復(fù)合按復(fù)合材料的性材料的性能分類能分類 小飛守角制作小飛守角制作 復(fù)合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。復(fù)合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。 非金屬無(wú)機(jī)材料非金屬無(wú)機(jī)材料 金屬?gòu)?fù)合材料金屬?gòu)?fù)合材料小飛守角制作小飛守角制作（一）按復(fù)合材料基體材料分類（一）按復(fù)合材料基體材料分類 氟金云母氟金云母 TPD鉆頭鉆頭井蓋井蓋聚合物基聚合物基陶瓷基陶瓷基 金屬基金屬基復(fù)合材料復(fù)合材料小飛守角制作小飛守角制作（二）按復(fù)合材料增強(qiáng)相形狀分類（二）按復(fù)合材料增強(qiáng)相形狀分類 復(fù)合材料復(fù)合材料纖維增強(qiáng)纖維增強(qiáng) 粒子增強(qiáng)粒子增強(qiáng) 材料和層狀材料和層狀 玻璃纖維垃圾桶玻璃纖維垃圾桶塑料增韌劑塑

12、料增韌劑 鈦標(biāo)準(zhǔn)件鈦標(biāo)準(zhǔn)件 小飛守角制作小飛守角制作（三）按復(fù)合材料性能分類（三）按復(fù)合材料性能分類 復(fù)合材料復(fù)合材料結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 功能功能 消防衣防火性能消防衣防火性能結(jié)構(gòu)件的環(huán)氧碳纖維結(jié)構(gòu)件的環(huán)氧碳纖維 1、高比強(qiáng)度、高比模量（剛度）：、高比強(qiáng)度、高比模量（剛度）： 比強(qiáng)度比強(qiáng)度 = 強(qiáng)度強(qiáng)度/密度密度 單位：?jiǎn)挝唬篗Pa /(g/cm3), 比模量比模量 = 模量模量/密度密度 單位：?jiǎn)挝唬篏Pa /(g/cm3)。 2、良好的高溫性能：、良好的高溫性能： 聚合物基復(fù)合材料的最高耐溫上限為聚合物基復(fù)合材料的最高耐溫上限為350 C； 金屬基復(fù)合材料按不同的基體性能，其使用溫度在金屬基復(fù)合材料

13、按不同的基體性能，其使用溫度在 350 1100 C范圍內(nèi)變動(dòng)；范圍內(nèi)變動(dòng)； 陶瓷基復(fù)合材料的使用溫度可達(dá)陶瓷基復(fù)合材料的使用溫度可達(dá)1400 C； 碳碳/碳復(fù)合材料的使用溫度最高可達(dá)碳復(fù)合材料的使用溫度最高可達(dá)2800 C。五、五、 復(fù)合材料的基本性能（優(yōu)點(diǎn)）復(fù)合材料的基本性能（優(yōu)點(diǎn)）復(fù)合材料概述復(fù)合材料概述 3 3、良好的尺寸穩(wěn)定性：加入增強(qiáng)體到基體材料中不、良好的尺寸穩(wěn)定性：加入增強(qiáng)體到基體材料中不 僅僅 可以提高材料的強(qiáng)度和剛度，而且可以使其熱膨脹系可以提高材料的強(qiáng)度和剛度，而且可以使其熱膨脹系 數(shù)明顯下降。通過(guò)改變復(fù)合材料中增強(qiáng)體的含量，可數(shù)明顯下降。通過(guò)改變復(fù)合材料中增強(qiáng)體的含量，

14、可 以調(diào)整復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)。以調(diào)整復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)。 4 4、良好的化學(xué)穩(wěn)定性：如聚合物基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)、良好的化學(xué)穩(wěn)定性：如聚合物基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù) 合材料。合材料。5 5、良好的抗疲勞、蠕變、良好的抗疲勞、蠕變、 沖擊和斷裂韌性：沖擊和斷裂韌性： 陶瓷基復(fù)合材料的脆性得到明顯改善。陶瓷基復(fù)合材料的脆性得到明顯改善。6 6、良好的功能性能。、良好的功能性能。五、五、 復(fù)合材料的基本性能（優(yōu)點(diǎn)）復(fù)合材料的基本性能（優(yōu)點(diǎn)）復(fù)合材料概述復(fù)合材料概述小飛守角制作小飛守角制作與傳統(tǒng)材料（如金屬、木材、水泥等）相與傳統(tǒng)材料（如金屬、木材、水泥等）相比，復(fù)合材料是一種新型材料。它具有許比，復(fù)

15、合材料是一種新型材料。它具有許多優(yōu)良的性能，并且其成本在逐漸下降，多優(yōu)良的性能，并且其成本在逐漸下降，成型工藝的機(jī)械化、自動(dòng)化程度也在不斷成型工藝的機(jī)械化、自動(dòng)化程度也在不斷地提高。因此，復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域日益地提高。因此，復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。廣泛。 六、復(fù)合材料的應(yīng)用六、復(fù)合材料的應(yīng)用復(fù)合材料概述復(fù)合材料概述小飛守角制作小飛守角制作1 1、復(fù)合材料在建筑上的應(yīng)用、復(fù)合材料在建筑上的應(yīng)用例如：房屋建筑、亭體建筑、例如：房屋建筑、亭體建筑、 采光建筑、園林采光建筑、園林建筑與造景、塔建筑、室內(nèi)設(shè)計(jì)裝飾等建筑與造景、塔建筑、室內(nèi)設(shè)計(jì)裝飾等上海東方明珠電視塔上海東方明珠電視塔電視塔大堂屋蓋玻

16、璃鋼電視塔大堂屋蓋玻璃鋼結(jié)構(gòu)，玻璃鋼是一種很好的復(fù)合材料，有著作為結(jié)構(gòu)，玻璃鋼是一種很好的復(fù)合材料，有著作為藝術(shù)材料服務(wù)于建筑造型的優(yōu)越性。藝術(shù)材料服務(wù)于建筑造型的優(yōu)越性。小飛守角制作小飛守角制作2、復(fù)合材料在交通工具上的應(yīng)用、復(fù)合材料在交通工具上的應(yīng)用陸地：陸地：火車、汽車、摩托車、自行車、滑板車等；火車、汽車、摩托車、自行車、滑板車等；航海：航海：輪船、游艇、軍艦等；輪船、游艇、軍艦等；航空：航空：客機(jī)、戰(zhàn)機(jī)、直升飛機(jī)等；客機(jī)、戰(zhàn)機(jī)、直升飛機(jī)等；航天：航天：火箭，宇宙飛船等?；鸺?，宇宙飛船等。直升飛機(jī)直升飛機(jī)它的槳葉采用玻璃它的槳葉采用玻璃纖維或碳纖維布等不同結(jié)構(gòu)形成，纖維或碳纖維布等不同

17、結(jié)構(gòu)形成，具有抗疲勞性，使直升飛機(jī)在高具有抗疲勞性，使直升飛機(jī)在高空中保持穩(wěn)定，平行，充分發(fā)揮空中保持穩(wěn)定，平行，充分發(fā)揮復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)特性。復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)特性。小飛守角制作小飛守角制作3 3、復(fù)合材料在醫(yī)療上的應(yīng)用、復(fù)合材料在醫(yī)療上的應(yīng)用例如：例如：假肢、關(guān)節(jié)、假肢、關(guān)節(jié)、CTCT設(shè)備、身心保健設(shè)備、超聲設(shè)備、身心保健設(shè)備、超聲診斷儀裝置、磁共振診斷裝置、殘疾人輔助工具等診斷儀裝置、磁共振診斷裝置、殘疾人輔助工具等殘疾人輪椅殘疾人輪椅它采用玻它采用玻璃纖維增強(qiáng)尼龍樹脂，特璃纖維增強(qiáng)尼龍樹脂，特殊加氣加壓成型，輕質(zhì)高殊加氣加壓成型，輕質(zhì)高強(qiáng)、造型輕便、外觀靈巧，強(qiáng)、造型輕便、外觀靈巧，便于殘疾

18、人士生活自理。便于殘疾人士生活自理。小飛守角制作小飛守角制作4 4、復(fù)合材料在體育用品上的應(yīng)用、復(fù)合材料在體育用品上的應(yīng)用例如：體育場(chǎng)館，體育設(shè)施，體育器材等例如：體育場(chǎng)館，體育設(shè)施，體育器材等籃球板籃球板玻璃玻璃鋼籃球板表面光鋼籃球板表面光滑、富有彈性、滑、富有彈性、耐磨、抗沖擊力耐磨、抗沖擊力好，是代替木質(zhì)好，是代替木質(zhì)籃板的良好選擇?；@板的良好選擇。1 1、玻璃纖維玻璃纖維(GF)(GF)：無(wú)機(jī)纖維，便宜耐熱。無(wú)機(jī)纖維，便宜耐熱。是用量最大的增強(qiáng)材料。是用量最大的增強(qiáng)材料。主要成分為主要成分為SiO2、Al2O3、CaO、B2O3、MgO、Na2O等，根據(jù)等，根據(jù)玻璃中堿含量的多少，可分

19、為無(wú)堿玻璃纖維、中堿玻璃玻璃中堿含量的多少，可分為無(wú)堿玻璃纖維、中堿玻璃纖維和高堿玻璃纖維纖維和高堿玻璃纖維。（1 1）E-E-玻璃玻璃 ：亦稱無(wú)堿玻璃，好的電氣絕緣性及機(jī)械亦稱無(wú)堿玻璃，好的電氣絕緣性及機(jī)械性能性能，缺點(diǎn)是易被無(wú)機(jī)酸侵蝕，故不適于用在酸性環(huán)境缺點(diǎn)是易被無(wú)機(jī)酸侵蝕，故不適于用在酸性環(huán)境；（2 2）C-C-玻璃玻璃： 亦稱中堿玻璃特點(diǎn)是耐化學(xué)性特別是耐亦稱中堿玻璃特點(diǎn)是耐化學(xué)性特別是耐酸性優(yōu)于無(wú)堿玻璃，但電氣性能差酸性優(yōu)于無(wú)堿玻璃，但電氣性能差；（3 3）A-A-玻璃玻璃： 亦稱高堿玻璃亦稱高堿玻璃，耐水性很差耐水性很差；（4 4）高強(qiáng)玻璃纖維高強(qiáng)玻璃纖維 ：其特點(diǎn)是高強(qiáng)度、高模

20、量其特點(diǎn)是高強(qiáng)度、高模量。一、一、纖維類纖維類增強(qiáng)體增強(qiáng)體2 2、碳、碳纖維纖維(CF)(CF)由由有機(jī)纖維有機(jī)纖維經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料微晶石墨材料。按最終碳化溫度分為按最終碳化溫度分為：（1 1）A A型纖維型纖維：即普通型（即普通型（9001000），成本低，拉），成本低，拉伸強(qiáng)伸強(qiáng) 度中等、彈性模量偏低；度中等、彈性模量偏低；（2 2）碳纖維碳纖維IIII型型：12001400，抗拉強(qiáng)度最大，彈性，抗拉強(qiáng)度最大，彈性模量模量 居中，綜合性能較好；居中，綜合性能較好；（3 3）碳纖維碳纖維I I型型：2500以上，又稱石墨纖維，含碳量以上，又稱石

21、墨纖維，含碳量99% 以上，彈性模量最高，抗拉強(qiáng)度較低。以上，彈性模量最高，抗拉強(qiáng)度較低。碳碳纖維纖維的特點(diǎn)：的特點(diǎn)：低密度、高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、抗低密度、高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、抗化學(xué)化學(xué) 腐蝕、低電阻、高熱導(dǎo)、低熱膨脹、耐化學(xué)輻射等腐蝕、低電阻、高熱導(dǎo)、低熱膨脹、耐化學(xué)輻射等優(yōu)良優(yōu)良 特性，此外，還具有纖維的柔曲性和可編特性，此外，還具有纖維的柔曲性和可編織織性性。但。但價(jià)格價(jià)格 較貴，一般用于高級(jí)文體用品及航空航天工業(yè)。較貴，一般用于高級(jí)文體用品及航空航天工業(yè)。一、一、纖維類纖維類增強(qiáng)體增強(qiáng)體3 3、硼纖維：、硼纖維：硼是熔點(diǎn)在硼是熔點(diǎn)在2000以上的高熔點(diǎn)以上的高熔點(diǎn)半導(dǎo)體元素，硬

22、度僅次于金剛石。用氫氣還原半導(dǎo)體元素，硬度僅次于金剛石。用氫氣還原三氟化硼并沉淀在高溫爐（三氟化硼并沉淀在高溫爐（ 1000-1200 ）中）中的鎢絲上，得到硼鎢纖維，直徑約的鎢絲上，得到硼鎢纖維，直徑約1000m，強(qiáng)度高，耐高溫，但難于批量生產(chǎn)，成本比碳強(qiáng)度高，耐高溫，但難于批量生產(chǎn)，成本比碳纖維更高。纖維更高。4 4、金屬纖維：、金屬纖維：有不銹鋼、鎢和鉬等高熔點(diǎn)金有不銹鋼、鎢和鉬等高熔點(diǎn)金屬纖維。屬纖維。一、一、纖維類纖維類增強(qiáng)體增強(qiáng)體5 5、陶瓷纖維：、陶瓷纖維：由鋁硅酸鹽制成的人工纖維，由鋁硅酸鹽制成的人工纖維，包括包括碳化硼、氮化硼、氧化鋁、碳化硅、氮化碳化硼、氮化硼、氧化鋁、碳化

23、硅、氮化硅纖維。硅纖維。碳化硅纖維的最高使用溫度達(dá)碳化硅纖維的最高使用溫度達(dá)1200，其耐熱性和耐氧化性均優(yōu)于碳纖維，其耐熱性和耐氧化性均優(yōu)于碳纖維，主要用作耐高溫材料和增強(qiáng)材料。已用于制造主要用作耐高溫材料和增強(qiáng)材料。已用于制造航天飛機(jī)部件、高性能發(fā)動(dòng)機(jī)等高溫結(jié)構(gòu)材料。航天飛機(jī)部件、高性能發(fā)動(dòng)機(jī)等高溫結(jié)構(gòu)材料。氧化鋁纖維是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外最新型的超輕質(zhì)高溫氧化鋁纖維是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外最新型的超輕質(zhì)高溫絕熱材料之一絕熱材料之一，有較好的耐熱穩(wěn)定性，其導(dǎo)熱，有較好的耐熱穩(wěn)定性，其導(dǎo)熱率是普通耐火磚的率是普通耐火磚的1/6?？捎米骱朔磻?yīng)堆及航?？捎米骱朔磻?yīng)堆及航天飛機(jī)的隔熱材料天飛機(jī)的隔熱材料。一、一、纖維類

24、纖維類增強(qiáng)體增強(qiáng)體u 纖維增強(qiáng)體復(fù)合原則纖維增強(qiáng)體復(fù)合原則 材料復(fù)合的目的是獲得最佳的強(qiáng)度、剛度等機(jī)械材料復(fù)合的目的是獲得最佳的強(qiáng)度、剛度等機(jī)械性能。性能。（1 1）纖維是材料的主要承載組成，因此應(yīng)該具有）纖維是材料的主要承載組成，因此應(yīng)該具有最高的強(qiáng)度和剛度。最高的強(qiáng)度和剛度。（2 2）基體起粘結(jié)纖維的作用，因此必須對(duì)纖維有）基體起粘結(jié)纖維的作用，因此必須對(duì)纖維有潤(rùn)濕性；本身具有一定的塑性和韌性，且能保護(hù)潤(rùn)濕性；本身具有一定的塑性和韌性，且能保護(hù)纖維表面。纖維表面。（3 3）纖維與基體之間應(yīng)該有高的且合適的結(jié)合強(qiáng)纖維與基體之間應(yīng)該有高的且合適的結(jié)合強(qiáng)度。度。（4 4）纖維與基體的熱膨脹性能應(yīng)

25、有較好的協(xié)調(diào)和纖維與基體的熱膨脹性能應(yīng)有較好的協(xié)調(diào)和配合。配合。（5 5）纖維必須有合理的含量、尺寸和分布。纖維必須有合理的含量、尺寸和分布。一、一、纖維類纖維類增強(qiáng)體增強(qiáng)體性狀：性狀：顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料增強(qiáng)顆粒的尺寸一般很小，直顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料增強(qiáng)顆粒的尺寸一般很小，直徑約為徑約為1002500，并且大都為硬質(zhì)顆粒，可以是金屬，并且大都為硬質(zhì)顆粒，可以是金屬或非金屬，最常見的是氧化物（或非金屬，最常見的是氧化物（Al2O3、ZrO2）、碳化）、碳化物物(SiC、TiC、ZrC)等。等。作用機(jī)理：作用機(jī)理：這些彌散于金屬或合金基體中的顆粒，可以這些彌散于金屬或合金基體中的顆粒，可以有效地阻礙位錯(cuò)

26、的運(yùn)動(dòng)有效地阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，或在聚合物基體中，顆?？勺杌蛟诰酆衔锘w中，顆?？勺璧K大分子鏈的運(yùn)動(dòng)；或在陶瓷基體中，顆粒對(duì)裂紋可起礙大分子鏈的運(yùn)動(dòng)；或在陶瓷基體中，顆粒對(duì)裂紋可起到屏蔽作用，進(jìn)而產(chǎn)生顯著的強(qiáng)化效果。到屏蔽作用，進(jìn)而產(chǎn)生顯著的強(qiáng)化效果。性能：性能：實(shí)踐表明，復(fù)合材料的性能顯著受到顆粒大小的實(shí)踐表明，復(fù)合材料的性能顯著受到顆粒大小的影響，為提高增強(qiáng)效果，通常選擇尺寸較小的顆粒，并影響，為提高增強(qiáng)效果，通常選擇尺寸較小的顆粒，并且盡可能地使其均勻分布在基體中。且盡可能地使其均勻分布在基體中。二、顆粒增強(qiáng)體二、顆粒增強(qiáng)體纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料一、一、纖維增強(qiáng)塑料纖維增強(qiáng)塑料纖維

27、增強(qiáng)纖維增強(qiáng)塑料中的塑料中的增強(qiáng)體主要有玻璃纖維、碳纖維；增強(qiáng)體主要有玻璃纖維、碳纖維；基體主要有樹脂基體主要有樹脂。熱固性樹脂：熱固性樹脂：常用作強(qiáng)度材料，常用作強(qiáng)度材料，優(yōu)點(diǎn)是耐熱性高，優(yōu)點(diǎn)是耐熱性高，受壓不易變形，耐試劑性和蠕變性強(qiáng)；其缺點(diǎn)是韌受壓不易變形，耐試劑性和蠕變性強(qiáng)；其缺點(diǎn)是韌性較差。熱固性樹脂主要有酚醛、環(huán)氧、氨基、不性較差。熱固性樹脂主要有酚醛、環(huán)氧、氨基、不飽和聚酯以及硅醚樹脂等飽和聚酯以及硅醚樹脂等；熱塑性樹脂：熱塑性樹脂：優(yōu)點(diǎn)是加工成型簡(jiǎn)便，具有較高的機(jī)優(yōu)點(diǎn)是加工成型簡(jiǎn)便，具有較高的機(jī)械能。缺點(diǎn)是耐熱性和剛性較差。械能。缺點(diǎn)是耐熱性和剛性較差。1.GFRP GFRP（

28、Glassfiber Reinforced Plastic) 也叫也叫GRP或或FRP,中文名玻璃纖維增強(qiáng)塑料，俗稱玻璃鋼中文名玻璃纖維增強(qiáng)塑料，俗稱玻璃鋼,是一種是一種有有機(jī)非金屬跟無(wú)機(jī)非金屬機(jī)非金屬跟無(wú)機(jī)非金屬?gòu)?fù)合的塑料基復(fù)合材復(fù)合的塑料基復(fù)合材料，包含料，包含基體和增強(qiáng)體兩部分?；w和增強(qiáng)體兩部分。GFRP具有良好的電絕緣性能和粘結(jié)性能，具有良好的電絕緣性能和粘結(jié)性能，較高的機(jī)械較高的機(jī)械強(qiáng)度和耐熱性，可塑性極強(qiáng)，成型收縮率小，強(qiáng)度和耐熱性，可塑性極強(qiáng)，成型收縮率小，體積較體積較輕，施工方便。輕，施工方便。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料一、一、纖維增強(qiáng)塑料纖維增強(qiáng)塑料1.GFRP增強(qiáng)劑

29、增強(qiáng)劑 ： 玻璃纖維（主要是玻璃纖維（主要是SiO2），），比強(qiáng)度和比比強(qiáng)度和比 模量高，耐蝕，絕緣。模量高，耐蝕，絕緣。粘結(jié)劑（基體）：粘結(jié)劑（基體）：熱固性的酚醛、環(huán)熱固性的酚醛、環(huán)氧樹脂，熱氧樹脂，熱 塑性的聚脂。塑性的聚脂。性能（與基體相比）：性能（與基體相比）： ( 比比 ) 強(qiáng)度，疲強(qiáng)度，疲勞性能，韌勞性能，韌 性，蠕變抗性，蠕變抗力高。力高。用途：用途： 軸承，軸承架，齒輪，車身。軸承，軸承架，齒輪，車身。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料一、一、纖維增強(qiáng)塑料纖維增強(qiáng)塑料纖維增強(qiáng)塑料纖維增強(qiáng)塑料 GFRP的其他特點(diǎn)：的其他特點(diǎn)：1. 具有可設(shè)計(jì)性具有可設(shè)計(jì)性；2.一次成型性一次成型

30、性；3.節(jié)節(jié)能型材料能型材料 CFRP：碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic )的縮寫。的縮寫。 特點(diǎn)是輕質(zhì)高強(qiáng)。特點(diǎn)是輕質(zhì)高強(qiáng)。 CFRP被廣泛運(yùn)用于工程中，如橋梁加固、維修，還被廣泛運(yùn)用于工程中，如橋梁加固、維修，還被廣泛應(yīng)用在軍事，航空，體育用品，賽車等領(lǐng)域。被廣泛應(yīng)用在軍事，航空，體育用品，賽車等領(lǐng)域。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料一、一、纖維增強(qiáng)塑料纖維增強(qiáng)塑料 2. CFRP增強(qiáng)劑：增強(qiáng)劑： 碳纖維碳纖維 ( 石墨石墨 ) ，強(qiáng)度和彈性模量高，且，強(qiáng)度和彈性模量高，且2000以上保持不變；以上保持不變

31、；-180不變脆。不變脆。 粘結(jié)劑（基體）：粘結(jié)劑（基體）： 環(huán)氧樹脂，酚醛樹脂，聚四氟乙烯。環(huán)氧樹脂，酚醛樹脂，聚四氟乙烯。性能（與基體相比）：性能（與基體相比）： 強(qiáng)度，疲勞性能，韌性，強(qiáng)度，疲勞性能，韌性， 耐蝕，蠕變抗力高。耐蝕，蠕變抗力高。用途用途 ：火箭外殼火箭外殼 ，齒輪，軸承，活塞，密封圈，化工，齒輪，軸承，活塞，密封圈，化工 容器。容器。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料一、一、纖維增強(qiáng)塑料纖維增強(qiáng)塑料 2. CFRPCFRP優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：具有韌性好，強(qiáng)度高而質(zhì)輕的特點(diǎn)具有韌性好，強(qiáng)度高而質(zhì)輕的特點(diǎn)， 耐疲勞，即可循環(huán)受力耐疲勞，即可循環(huán)受力。二二. .纖維增強(qiáng)纖維增強(qiáng)金屬金屬基

32、體：基體：金屬材料，有鋁合金、鈦合金和鎂合金；金屬材料，有鋁合金、鈦合金和鎂合金；增強(qiáng)體：增強(qiáng)體：連續(xù)纖維主要有硼纖維、連續(xù)纖維主要有硼纖維、SiC和和C纖維。纖維。注意：注意：1、因加工溫度高，不能讓纖維產(chǎn)生損傷、老化及與金屬、因加工溫度高，不能讓纖維產(chǎn)生損傷、老化及與金屬發(fā)生反應(yīng)；發(fā)生反應(yīng)；2、金屬要與纖維有良好的結(jié)合性和浸潤(rùn)性。、金屬要與纖維有良好的結(jié)合性和浸潤(rùn)性。3、纖維和金屬間熱膨脹系數(shù)應(yīng)匹配；、纖維和金屬間熱膨脹系數(shù)應(yīng)匹配；4、要考慮纖維在基體中分布狀態(tài)的控制；、要考慮纖維在基體中分布狀態(tài)的控制；5、注意纖維質(zhì)量的穩(wěn)定性。、注意纖維質(zhì)量的穩(wěn)定性。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纖維

33、增強(qiáng)金屬特點(diǎn)：纖維增強(qiáng)金屬特點(diǎn)： 耐高溫，金屬的熔點(diǎn)高，故高強(qiáng)度耐高溫，金屬的熔點(diǎn)高，故高強(qiáng)度纖維增強(qiáng)后的金屬基復(fù)合材料（纖維增強(qiáng)后的金屬基復(fù)合材料（MMC）可以使用在較高溫）可以使用在較高溫的工作環(huán)境之下；的工作環(huán)境之下； 剛性好，由金屬引入；強(qiáng)度大。剛性好，由金屬引入；強(qiáng)度大。主要用于主要用于飛機(jī)部件、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等。飛機(jī)部件、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料1、石墨纖維增強(qiáng)的低膨脹復(fù)鹽、石墨纖維增強(qiáng)的低膨脹復(fù)鹽(由由LiO.Al2O3.nSiO2 組成組成)，可將復(fù)鹽制成泥漿，附著在石墨纖維氈上，可將復(fù)鹽制成泥漿，附著在石墨纖維氈上，1357-1425, 7MPa下熱壓下熱壓5min，其耐熱，耐沖擊，其耐熱，耐沖擊力強(qiáng)。力強(qiáng)。2、碳纖維增強(qiáng)無(wú)定型二氧化硅、碳纖維增強(qiáng)無(wú)定型二氧