电子工艺材料第4章高分子复合材 料
复合材料性能比较: (1)强度和模量
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复合材料性能比较:(1)强度和模量
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(2)化学稳定稳定性
金属材料不耐酸、Cl-腐蚀 金属材料不耐硫化腐蚀 塑料具有良好的耐腐蚀性能 陶瓷具有良好的耐硫腐蚀性能
料称为复合构料”。（偏重结构）
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材料的优缺点组合示意图
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复合材料的特点
(1)复合材料是由两种或两种以上不同性 能的材料组元通过宏观或微观复合形成的 一种新型材料，组元之间存在着明显的界 面（相界面）。
(2)复合材料中各组元不但保持各自的固 有特性而且可最大限度发挥各种材料组元 的特性，并赋予单一材料组元所不具备的 优良持殊性能。
按增强相的形状分 零维（颗粒） 一维（纤维） 二维（片状或平面织物） 三维（立体织物）
按用途分 结构复合材料 功能复合材料 智能复合材料
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复合材料性能特点
比强度和比模量高 比强度＝强度/密度 比模量＝模量/密度
化学稳定性好 减摩、耐摩和自润滑性能好 耐热性高 高韧性和高抗热冲击性、导电和导热性 其它特殊性能：优良的电器绝缘材料
第一节 复合材料的定义和分类
什么是复合材料：
国际标准化组织曾在塑料名词术语的定义
中，把复合材料定义为：“由两种以上物理和
化学上不同的物质组合起来而得到的一种多相
体系”。（偏重性能）
有人认为：“由连续相的基体(如聚合物—
树脂、金属、陶瓷等)与分散相的增强材料(如
各种纤维、织物及粉末填料等)组合的多相材
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纤维性能比较
纤维的柔韧性及断裂 都没有屈服 Kevlar49是韧性断裂， 其它为脆性断裂
比性能
CF的比模量最高
GF的比模量最低
PE的比强度和比模量配合最好
热稳定性
CF的耐高温性能最好
Kevalr49最差
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二 晶须
晶须(wisker)是指 具有一定长径比 (—般大于10)和截 面积小于52×10－ 5cm2的单晶纤维 材料。晶须是含 缺陷很少的单晶 短纤维，其拉伸 强度接近其纯晶 体的理论强度。
（3）复合材料具有可设计性。
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复合材料的分类
按基体分类 聚合物基复合材料 金属基复合材料 陶瓷基复合材料 石墨基复合材料（碳/碳复合材料） 水泥基复合材料
按增强相种类分 颗粒 晶须 纤维
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无机非金 属基复合 材料
复合材料的分类
二、无机纤维
玻璃纤维：有碱(>12%),中碱(6-12%), 低碱(26%)，无碱(<2%) 特点：耐腐蚀、高温；便宜；不耐磨、易折断
碳纤维：热膨胀系数小；耐高温蠕变；自润滑、 导电性高；价格高
硼纤维：在钨丝表面沉积B 氧化铝纤维：耐热性和抗氧化性好；密度大 SiC纤维
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玻璃纤维的成分和性能
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碳纤维的性能
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氧化铝纤维的性能
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SiC纤维的性能
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金属纤维
金属纤维 钢纤维
特点：导电性和导热性好，塑性和 抗冲击性能好。
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Kevlar纤维的化学稳定性
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2、聚乙烯纤维
特点：高比强度、高比模量以及耐冲击、耐磨、 自润滑、耐腐蚀、耐紫外线、耐低温、电绝缘 等多种优异性能。但熔点较低(约135)，高温容 易蠕变
用途：缆绳、武器装甲、防弹背心、航天航空
部件
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料
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三 颗粒
刚性颗粒增强体或陶瓷颗粒增强体。具有高强 度、高模量、耐热、耐磨、耐高温的陶瓷和石 墨等非金属颗粒，如碳化硅、氧化铝、氮化硅、 碳化硼、石墨、细金刚石等。 作用：提高耐磨、耐热、强度、模量和韧性 的作用。
延性颗粒增强体，主要为金属颗粒。 作用：增强材料的韧性。但高温力学性能会
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(3)减摩、耐磨和自润滑性能
碳纤维可以增加石棉的摩擦系数，也 可以降低塑料的摩擦系数。还可以增强 聚合物材料耐磨性能 PVC增加3.8倍 PTFE增加3倍 PP增加2倍
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(3)耐热性能
耐热性是指材料在一定的温度上限内 能长期使用，而其力学性能保持不低于 80％的一种性能指标。 目前聚合物基复合材料的最高耐温上限 为350 ℃，金属基复合材料的耐温性较 好，350－1100℃。 SiC Al2O3/陶瓷复合材料：1200－1400℃ SiC/Si3N4复合材料：1500℃
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复合材料的用途
机械 汽车 化学化工 航空航天 建筑 日常生活
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第二节 复合材料的增强相
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增强相的种类
纤维及织物：有机和无机纤维、金 属纤维
晶须：氧化物、氮化物和硼化物 颗粒：陶瓷和金属
有所下降。
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第三节 增强相的表面处理
作用：改善增强材料与基体的浸渍性相与界面的结合强度
聚合物基复合材料
（1）偶联剂处理：有机硅烷，钛酸脂
（2）等离子处理：
复合材料，对纤维进行表面处理的目的主要 是改善纤维的浸润性，抑制纤维与金属基体之间界面发生 反应形成界面反应层，如利用化学气相沉积技术在硼纤维 表面沉积形成碳化硅或碳化硼涂层，可以抑制热压成型时 硼纤维与钱之间的界面反应。对氧化铝纤维表面则可沉积 镍或镍合金层。
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一、有机纤维
1、kevlar纤维：芳香族酰胺纤维 特点：高强度、高模量，韧性好，密度低 Kevlar49：聚对苯撑对苯二甲胺
Kevlar29：聚对苯酰胺
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Kevlar纤维的物理性能
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