材料科學(xué)基礎(chǔ)第27講復(fù)合材料

1、固態(tài)相變復(fù)習(xí) 1 固態(tài)相變的形核和長大特點。 2 過飽和固溶體的脫溶相變 3 過飽和固溶體的調(diào)幅分解相變 4 馬氏體相變特點 5 重要概念：共格相界，半共格相界，非共格相界，慣習(xí)面，TTT曲線，脫溶轉(zhuǎn)變，GP區(qū)，調(diào)幅分解，馬氏體相變，PSZ, 貝氏體相變。2022-6-10復(fù)合 材料2016-12-282022-6-10本講內(nèi)容 1 復(fù)合材料概述 2 復(fù)合材料增強原理 3 復(fù)合材料的界面2022-6-101 復(fù)合材料概述 1）復(fù)合材料的組成及分類 2）材料復(fù)合技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用 3）復(fù)合效應(yīng)復(fù)合材料與金屬力學(xué)性能比較 D,g/cm3 b,MPa E, GPa, /D鋼 7.8 1010 206 1

2、29鋁 2.8 461 74 165鈦 4.5 942 112 209玻璃鋼 2.0 1040 39 520碳纖維/環(huán)氧 1.45 1472 137 1015纖維力學(xué)性能 D,g/cm3 b,MPa E, GPa, ,% T,普通玻纖 2.5-2.6 1370-2160 59 2-3 700高模量玻纖 2.5-2.6 3830 93-108 4.4-5 870 碳纖維 1.7-1.9 2260-2850 275-304 1-2 2200硼纖維 1.4-1.5 2750-3140 383-392 0.7-0.8 1，復(fù)合結(jié)果大于線性加和。 2）傳遞效應(yīng)：力、磁、電、光的轉(zhuǎn)換。 3）界面效應(yīng)：界面

3、的浸潤性、相溶性、擴散性。硝酸處理碳纖維效果（環(huán)氧基） 處理方法 剪切強度MPa 縱向拉伸模量GPa 不處理 22.7（彎曲），26.8（扭轉(zhuǎn)） 343 60%硝酸 42.7 50.1 316 70%硝酸 23.3 - 1922022-6-102 復(fù)合材料增強原理 1）彌散增強 2）粒子增強 3）纖維增強2022-6-10彌散粒子增強 方法：用硬質(zhì)納米顆粒（如Al2O3, TiC,SiC, 碳黑等）分散到基體中。適用于金屬和高分子基體。原理：對金屬基體是阻礙位錯運動。 定量關(guān)系：剪切屈服強度:y=Gmb/(2dp/3p)0.5(1-p)即：顆粒越細(xì)，顆粒體積分?jǐn)?shù)越高，強化效果越好。實際用10-

4、100nm顆粒，用量p= 0.01-0.15，即1%-15%。2022-6-10粒子增強 加入1-50m顆粒到金屬、陶瓷或樹脂中。 原理：約束基體變形。 定量關(guān)系：復(fù)合材料的密度c復(fù)合混合定律，但彈性模量Ec不符合混合定律，而是在Emm+Epp和EmEp/(Emp+Epm)之間。2022-6-10纖維增強 1）長纖維增強法，即連續(xù)纖維增強法。 2）短纖維增強法。2022-6-10連續(xù)纖維增強原理 纖維方向的性能符合混合定律，即Ec=Emm+Epp 垂直于纖維方向:c =ff +mm故有：Ec=EmEp/(Emp+Epm) 臨界纖維體積分?jǐn)?shù)：fcr=mu-m*/(fu-m*)，其中m*是纖維斷裂

5、時基體的應(yīng)力。連續(xù)纖維復(fù)合材料力學(xué)分析2022-6-102022-6-10短纖維增強原理 優(yōu)點：成本低，材料是各向同性的。 增強原理：纖維限制基體的變形，并承擔(dān)載荷。 纖維臨界長度：Lc=fudf/2y. 纖維平均應(yīng)力：#=(1-Lc/2L)fu 復(fù)合材料應(yīng)力：c=#f +mm 例：短纖維復(fù)合材料力學(xué)分析2022-6-102022-6-103 復(fù)合材料的界面 1）界面結(jié)合類型：機械結(jié)合，浸潤結(jié)合，反應(yīng)結(jié)合，靜電結(jié)合。 2）界面結(jié)合改善方法：降低界面殘余應(yīng)力；基體改性；纖維改性；偶聯(lián)劑處理。金屬基復(fù)合材料界面2022-6-10本章總結(jié) 1 重要概念：晶須，復(fù)合效應(yīng)，界面效應(yīng)，尺寸效應(yīng)，臨界纖維體積分?jǐn)?shù)，臨界纖維