复合材料制备技术第二章复合材料概述

    一、复合材料的定义和特点:
    1、复合材料的定义:
    ISO定义为是:两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。
    复合材料应满足下面三个条件:
    (1)组元含量大于 5 %;
    (2)复合材料的性能显著不同于各组元的性能;
    (3)通过各种方法混合而成。
    2、复合材料的特点:
    1)由两种或多种不同性能的组分通过宏观或微观 复合在一起的新型材料,组分之间存在着明显的界面。
    2)各组分保持各自固有特性的同时可大限度地发挥各种组分的优点,赋予单一材料所不具备的优良特殊性能。
    3)复合材料具有可设计性。
    3、复合材料的基本结构模式
    复合材料由基体和增强剂两个组分构成:
    基体:构成复合材料的连续相;
    增强剂(增强相、增强体):复合材料中独立的形态分布在整个基体中的分散相,这种分散相的性能优越,会使材料的性能显著改善和增强。
    增强剂(相)一般较基体硬,强度、模量较基体大,或具有其它特性。可以是纤维状、颗粒状或弥散状。
    增强剂(相)与基体之间存在着明显界面。
    二、复合材料的分类
    1、按性能分类 :
    普通复合材料:普通玻璃、合成或天然纤维增强普通聚合物复合材料,如玻璃钢、钢筋混凝土等。先进复合材料:高性能增强剂(碳、硼、氧化铝、 SiC纤维及晶须等)增强高温聚合物、金属、陶瓷和碳(石墨)等复合材料。先进复合材料的比强度和比刚度应分别达到
400MPa / (g / cm3) 和40GPa / (g / cm3) 以上。
    2、按基体材料分类:
       聚合物复合材料
       金属基复合材料
       陶瓷基复合材料
       碳碳复合材料
       水泥基复合材料
    3、按用途分类
      结构复合材料        
      功能复合材料
      结构 / 功能一体化复合材料
    4、按增强剂分类
    颗粒增强复合材料
    晶须增强复合材料
    短纤维增强复合材料
    连续纤维增强复合材料         
    混杂纤维增强复合材料
    三向编织复合材料
    四、 复合材料的基本性能(优点): 
    1、高比强度、高比模量(刚度):
    比强度 = 强度/密度 MPa /(g/cm3), 
    比模量 = 模量/密度 GPa /(g/cm3)。


    2、良好的高温性能:
    目前:
    聚合物基复合材料的高耐温上限为350 C;
    金属基复合材料按不同的基体性能,
    其使用温度在350  1100 C范围内变动;
    陶瓷基复合材料的使用温度可达1400C;
    碳/碳复合材料的使用温度高可达2800C。
    3、良好的尺寸稳定性:
    加入增强体到基体材料中不仅可以提高材料的强度和刚度,而且可以使其热膨胀系数明显下降。通过改变复合材料中增强体的含量可以调整复合材料的热膨胀系数。
    4、良好的化学稳定性:
    聚合物基复合材料和陶瓷基复合材料。
    5、良好的抗疲劳、蠕变、 冲击和断裂韧性:陶瓷基复合材料的脆性得到明显改善
    6、良好的功能性能