第一章_復(fù)合材料緒論

1、復(fù)合材料的發(fā)展史復(fù)合材料的發(fā)展史復(fù)合材料的分類(lèi)與定義復(fù)合材料的分類(lèi)與定義復(fù)合材料的特性復(fù)合材料的特性復(fù)合材料的應(yīng)用復(fù)合材料的應(yīng)用復(fù)合材料研究存在的問(wèn)題復(fù)合材料研究存在的問(wèn)題使用純天然材料的初級(jí)階段 人類(lèi)單純利用火制造材料的階段 利用物理與化學(xué)原理合成材料的階段 材料的復(fù)合化階段 材料的智能化階段 在人類(lèi)文明的進(jìn)程中，材料大致經(jīng)歷了以下五個(gè)發(fā)展階段。 材料的復(fù)合化是材料的發(fā)展的必然趨勢(shì)之一材料的復(fù)合化是材料的發(fā)展的必然趨勢(shì)之一. .遠(yuǎn)古時(shí)代: 用稻草摻入黏土做土坯。草莖增強(qiáng)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(qiáng)度方面的發(fā)展變化材料比強(qiáng)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(fù)合材料復(fù)合材料 尼龍纖維尼龍纖維 碳纖維碳纖維強(qiáng) 度強(qiáng) 度 / /密度（密度（ 1 01 06 6）近代的復(fù)合材料: 以1942年制出的玻璃纖維強(qiáng)化塑料為起點(diǎn)。隨后為了提高纖維的彈性率，開(kāi)發(fā)了硼纖維、碳纖維、耐熱氧化鋁纖維等。Nice MyCar全電動(dòng)微型車(chē) 車(chē)身由玻璃纖維強(qiáng)化塑料制成。 我國(guó)的發(fā)展情況我國(guó)的發(fā)展情況復(fù)合材料的定義：復(fù)合材料的定義： 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）將復(fù)合材料定義為是：兩種或兩種以上物理和化學(xué)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(rèn)為復(fù)合材料是兩個(gè)或兩個(gè)以上組元或相組成的混合

3、物，并應(yīng)滿足下面三個(gè)條件：（1）組元含量大于 5 %； （2）復(fù)合材料的性能顯著不同于各組元的性能； （3）通過(guò)各種方法混合而成。 在“材料科學(xué)技術(shù)百科全書(shū)”和“材料大辭典”中將復(fù)合材料定義如下： 復(fù)合材料是由有機(jī)高分子、無(wú)機(jī)非金屬或金屬等幾類(lèi)不同材料通過(guò)復(fù)合工藝組合而成的新型材料。它與一般材料的簡(jiǎn)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(guò)復(fù)合效應(yīng)獲得原組分所不具備的性能?？梢酝ㄟ^(guò)材料設(shè)計(jì)使原組分的性能相互補(bǔ)充并彼此關(guān)聯(lián)，從而獲得更優(yōu)越的性能。復(fù)合材料的定義：復(fù)合材料的定義：復(fù)合材料定義所闡述的主要有兩點(diǎn)，即組成規(guī)律和性能特征。 盡管定義的細(xì)節(jié)有所不同，但其要點(diǎn)是共同的。 含兩種以上

4、不同的化學(xué)相。 具有每個(gè)組分所不具備的優(yōu)良性能。（問(wèn)題：骨骼，竹子，木材是否屬于復(fù)合材料的范疇呢？） 至于天然材料的骨骼、竹子、木材等是否應(yīng)屬于復(fù)合材料的范疇，尚有不同的看法。但一般認(rèn)為它們應(yīng)屬于具有復(fù)合材料形態(tài)的天然材料。這樣，復(fù)合材料的含義就還應(yīng)該包括：人工制造、成分由人們有意識(shí)的選擇；具有重復(fù)的幾何形狀等。問(wèn)題討論 普通復(fù)合材料： 普通玻璃、合成或天然纖維增強(qiáng)普通聚合物復(fù)合材料，如玻璃鋼、鋼筋混凝土等。 先進(jìn)復(fù)合材料： 高性能增強(qiáng)劑（碳、硼、Kevlar、氧化鋁、SiC纖維及晶須等）增強(qiáng)高溫聚合物、金屬、陶瓷和碳（石墨）等復(fù)合材料。結(jié)構(gòu)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)復(fù)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(qiáng)度、高剛度、耐高溫以及其它性能。功能復(fù)合材料（單一）功能復(fù)合材料（單一）：電、熱、聲、摩擦、阻尼等。包括機(jī)敏和智能復(fù)合材料?；祀s復(fù)合材料混雜復(fù)合材料：兩種或兩種以上增強(qiáng)體構(gòu)成的復(fù)合材料。通過(guò)產(chǎn)生混雜效應(yīng)改善性能和降低成本。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) / / 功能一體化復(fù)合材料（多功能）功能一體化復(fù)合材料（多功能）：在保持材料基本力學(xué)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(qiáng)體）形態(tài)分。 顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料顆粒狀分散相復(fù)合材料 纖維狀分散相復(fù)合材料 短纖維 連續(xù)纖維強(qiáng)化復(fù)合材料 分散強(qiáng)化復(fù)合材料 片晶增強(qiáng)復(fù)合材料 復(fù)合材料單向纖維強(qiáng)化復(fù)合材料 非

6、編織纖維層 2維, 3維編織纖維層晶須 隨機(jī)排列 隨機(jī)排列 定向排列定向排列不連續(xù)纖維強(qiáng)化復(fù)合材料 與傳統(tǒng)材料相比,復(fù)合材料具有以下特性:復(fù)合材料的性能可設(shè)計(jì)性材料與構(gòu)件制造的一致性優(yōu)異的物理化學(xué)性能u高比強(qiáng)度、高比模量（剛度） 比強(qiáng)度、比模量：材料的拉伸強(qiáng)度或彈性模量與其密度之比。 比強(qiáng)度 = 拉伸強(qiáng)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(píng)良好的化學(xué)穩(wěn)定性u(píng)良好的抗疲勞、蠕變、 沖擊和斷裂韌性u(píng)良好的功能性能優(yōu)異的物理化學(xué)性能各種材料的比強(qiáng)度和比模量各種材料的比強(qiáng)度和比模量材料價(jià)格高勞動(dòng)強(qiáng)度大抗擠壓和抗分

7、層能力差 力學(xué)性能受溫度/濕度影響不易檢查對(duì)鋁會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕固化時(shí)間長(zhǎng)復(fù)合材料的缺點(diǎn):2 2、取決于基體相的性能、取決于基體相的性能 復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)l20世紀(jì)40年代,玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料(整流罩)玻璃纖維的比模量不足限制了其應(yīng)用.l1960年日本和英國(guó)研制出碳纖維,幾乎同時(shí)美國(guó)研制出硼纖維使復(fù)合材料應(yīng)用于飛機(jī)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(shù)脂出現(xiàn).l70年代民用飛機(jī)開(kāi)始用復(fù)合材料做調(diào)整片,口蓋等. 美國(guó)的ACEE計(jì)劃.從舵面過(guò)渡到尾翼.l80-90年代,美國(guó)NASA的ACM計(jì)劃.重點(diǎn)發(fā)展設(shè)計(jì)制造一體化 l目前研究低成本的復(fù)合材料設(shè)計(jì)與制造技術(shù)大

8、量的仿真技術(shù)設(shè)計(jì)，制造，生產(chǎn)一體化仿真實(shí)現(xiàn)異地設(shè)計(jì)異地制造80-90年代實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料向主承力結(jié)構(gòu)應(yīng)用的過(guò)渡l（ 50% ），的出現(xiàn)（復(fù)合材料的應(yīng)用超過(guò)80%）l美國(guó)第五代戰(zhàn)機(jī)F-35復(fù)合材料使用超過(guò)20%，中國(guó)J-20僅8%左右，這是什么原因呢？ 先進(jìn)樹(shù)脂基復(fù)合材料是民用飛機(jī)的主要復(fù)合材料先進(jìn)樹(shù)脂基復(fù)合材料是民用飛機(jī)的主要復(fù)合材料.復(fù)合材料在民用飛機(jī)的應(yīng)用出現(xiàn)的幾個(gè)特征復(fù)合材料在民用飛機(jī)的應(yīng)用出現(xiàn)的幾個(gè)特征:小型小型/簡(jiǎn)單次承力結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單次承力結(jié)構(gòu) 大型復(fù)雜主要承力結(jié)構(gòu)大型復(fù)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(fù)合材料普通復(fù)合材料 先進(jìn)復(fù)合材料先進(jìn)復(fù)合材料單一復(fù)合材料單一復(fù)合材料 混合復(fù)合材料混合復(fù)合材料 在各種型號(hào)的在各種型號(hào)的民用飛機(jī)上民用飛機(jī)上( (如波音如波音737737767767、空中客車(chē)、空中客車(chē)等等) )復(fù)合材料也有較復(fù)合材料也有較多的使用，主要用作多的使用，主要用作雷達(dá)罩、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、雷達(dá)罩、發(fā)動(dòng)機(jī)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(fēng)管道、行李部的通風(fēng)管道、