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复合材料的分类优秀课件


一、复合材料的分类
复合材料种类繁多,目前尚无统一的分类
方法。

金属基复合材料

铝基复合材料

钛基复合材料

铜基复合材料


非金属基复合材料

塑料基复合材料

橡胶基复合材料
陶瓷基复合材料
纤维增强复合材料

纤维增强塑料(玻璃钢)

纤维增强橡胶(轮胎)

纤维增强陶瓷

纤维增强金属

颗粒增强复合材料

态 分
例如,要求飞机结构材料既有低的密度, 又具有高的强度、刚度、韧性、耐磨及耐蚀 性。
通常高强度材料的密度也高,增大强度 或刚度则会降低材料的韧性。
这种材料优异性能的组合 是单一材料无法满足的。
复合材料
玻璃纤维增强风机叶片
玻璃纤维增强尼龙车轮
玻璃纤维增强塑料制自行车
复合材料制小船
复合材料制防弹衣
缺点:脆性大,易氧化,与基体结合力差。
3. 硼纤维 将元素B用蒸汽沉积的方法沉积到耐热金属
丝-纤芯(钨丝)上制得的一种复合纤维;
熔点高(2300℃); 强度、弹性模量高; 良好的耐蚀性;
缺点:密度较大,直径较粗,生产工艺复 杂,成本高;
不及玻璃纤维和碳纤维应用广泛。
4. 芳纶纤维
亦称Kevlar纤维,是一种将聚合物溶解在 溶剂中,再经纺丝制成的芳香族聚酰胺类 纤维;
密度小,比强度、比弹性模量高;
抗拉强度比玻璃纤维高45%,韧性好; 耐热性好,能在290℃下长期作用;
优良的抗疲劳性、耐蚀性、绝缘性和加工 性,且价格便宜。
5. 碳化硅纤维
是以钨丝或碳纤维作纤芯,通过气相 沉积法而制得;或用聚碳硅烷纺纱, 经烧结而得;
是一种高熔点、高强度、高模量的陶 瓷纤维,主要用于增强金属和陶瓷;
第三节 常用复合材料
塑料基复合材料 金属基复合材料 橡胶基复合材料 陶瓷基复合材料
一、塑料基复合材料
❖ 作为机械工程材料,塑料的最大优点是密度小、耐 腐蚀、可塑性好、易于加工成型。
❖ 缺点:强度低、弹性模量低、耐热性差。 ❖ 改善的方法:复合材料,主要是增强。
二、增强机制
(一)纤维增强
增强机制
① 纤维是具有强结合键的物质或硬质 材料;
② 纤维处于基体中,表面受到基体的 保护不易损伤,也不易在受载过程 中产生裂纹,承载能力增大;
③ 当材料受到较大应力时,一些有裂纹的纤维 可能断裂,但基体能阻碍裂纹扩展并改变裂 纹扩展方向。
裂纹扩展方向
纤维断裂
(二)颗粒增强
金属陶瓷 弥散强化金属
叠层复合材料
双层金属复合材料 三层复合材料





颗粒增强复合材料



叠层 复合 材料
二、复合材料的性能特点
1. 比强度和比模量高 纤维增加材料的比强度及比模量远高于
金属材料,特别是碳纤维-环氧树脂复合材 料比强度是钢的8倍,比模量是钢的4倍。 2. 抗疲劳和破断安全性好
片状增强材料
一、增强材料
(一)纤维增强材料
增强效果最明显、应用最广。 主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤 维、硼纤维、碳化硅纤维和氧化铝 纤维等
1. 玻璃纤维
由熔融玻璃经拉丝制成纤维;
密度2.4~2.7,与铝相近,弹性模量低 于金属,但比强度和比模量高;
耐热性好,软化温度550~580℃;
耐蚀性好,除氢氟酸、浓碱、浓磷酸外, 对其它溶剂有良好的化学稳定性;
纤维增强复合材料对缺口及应力集中的 敏感性小,纤维与基体界面能阻止疲劳裂纹 的扩展,改变裂纹扩展的方向。
3. 高温性能优良
大多数增强纤维在高温下仍保持高的强 度,如铝合金在400℃时弹性模量已降至近于 0,而碳纤维增强后,在此温度下强度和弹性 模量基本未变。
4. 减振性能好
复合材料的比模量大,故自振频率也高, 可避免构件在工作状态下产生共振。
颗粒增强复合是将增强颗粒高度弥散地分 布在基体中,基体承受载荷,而增强颗粒 阻碍导致基体塑性变形的位错运动(金属 基体)或分子链运动(高聚物基体)。
增强颗粒大小会直接影响增强效果: ➢ d过大(>0.1μm)易引起应力集中而降低
强度; ➢ d过小(<0.01μm)则接近于固溶体结构
,不起颗粒增强作用。 ➢ 一般颗粒直径为d=0.01~0.1 μm。
优良的高温强度,在1100℃时强度仍 高达2100MPa。
(二)颗粒增强材料
主要增强颗粒为陶瓷颗粒,如Al2O3、SiC、 Si3N4、WC、TiC、B4C及石墨等;
陶瓷颗粒性能好、成本低,易于批量生产; 在聚合物中添加不同的填料,构成以填料
为分散相、聚合物为连续相的复合材料, 可改善制品的力学性能、耐磨性能、耐热 性能、导电性能、导磁性能、耐老化性能 等。
特点
复合材料既保持组成 材料各自的最树脂+玻璃纤维
热固性玻璃钢:强度高于热固性树脂 脆性低于玻璃纤维
例2:建筑材料(复合材料的应 用)
泥土+稻草 水泥+钢筋
复合材料使用的历史可以追溯到古代。从古至今沿用的稻 草增强粘土和已使用上百年的钢筋混凝土均由两种材料复 合而成。
复合材料的分类优秀课件
复合材料的分类
第一节 概述 ▪ 分类 ▪ 性能特点 第二节 增强材料及其增强机制 ▪ 增强材料 ▪ 增强机制 第三节 常用复合材料
第一节 概述
复合材料 两种或者两种以上的不同性质的材料,通 过不同的工艺方法人工合成的多相材料。
在现代工程中对材料的要求越来越苛刻, 特别是在航天、航海及交通运输领域。
纤维与基体界面有吸收振动能量的作用, 所以纤维增强复合材料具有很好的减振性能。
第二节 增强材料及其增强机制
复合材料是一种由基体matrix 和增强相 reinforced phase 组成的多相材料,通常基体 为连续相,而增强相为分散相。

基体
金属材料、高分子材料、

陶瓷材料


增强相 颗粒增强材料、纤维增强材料、
不吸水、不燃烧、尺寸稳定、隔热、吸 声、绝缘、透过电磁波等;
制取方便,价格便宜,是应用最广的增 强纤维。
2. 碳纤维
将有机纤维(如粘胶纤维、聚丙烯腈纤维、 沥青纤维等)在惰性气氛中经高温碳化而 制成wC>90%以上的纤维;
密度低、强度和模量高;
高、低温性能好(1500℃,-180℃);
化学稳定性高,能耐浓盐酸、硫酸、磷酸、 苯、丙酮等;热胀系数小,热导率高,导 电性、自润滑性好;
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