结构材料减轻 效益 • 发动机减轻 • 起落架
引擎装备 约20%
收益负重 15~20%
• 燃料
一架总重170吨的飞机，若减重1%， 一年可节约300~600万美元
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新型金属材料：交通运输用轻质高强材料，能源动
力用高温耐蚀材料，新型有序金属间化合物的脆性控
制与韧化技术以及高可靠性生产制备技术。

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1、复合材料是一个需要长期科学研究的重要领域 1）天然复合材料伴随着自然界的生存与发展 天然材料几乎都是复合材料 树----纤维素纤维+木质素及半纤维素
复合采用了自然规律
骨----胶原纤维的有机物+磷酸钙的无机物
特点: 按照需要自然地生长 受了伤自己能够恢复—再生能力
非常强韧的结构
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生命体是多层次意义上的复合体系：
组成：SiO2 + Metal Oxides(Al2O3、CaO、MgO、
Na2O、BeO 、B2O3 ）。
分 类：
有碱玻璃纤维，碱性氧化物 含量>12%，也称为A玻 璃纤维 中碱玻璃纤维，碱性氧化物含量6~12% 低碱玻璃纤维，碱性氧化物含量2~6% 无碱玻璃纤维，碱性氧化物含量<2%， 也称为E玻璃纤维
机身构架的要求
复合 材料 在 A380 上的 应用
冲力
纵向静应力/残 余强度裂纹扩展
上部机壳： 压缩机/稳定 下部机壳： 张力/裂纹扩展 环向应力和 纵向应力
扭曲 冲力 弯曲
冲力 躲避扭转和横切 应力产生的应力
冲力 环向应 力影响
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弯曲压力，稳定性 静态强度，耐腐蚀性 高局部载荷
飞机的重量构成 结构部件 约30% 燃料 30~35%
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木质素
纤维素
6000年前人类就已经会用稻草加粘土作为建筑 复合材料。水泥复合材料已广泛地应用于高楼大厦 和河堤大坝等的建筑，发挥着极为重要的作用。
燕子窝：泥土-草复合材料
我们住在复合材料里
2）传统复合材料与人民生活密切相关 草茎与泥土的复合 玻璃纤维增强塑料
生活中提炼 解决初级水平的装备问题
展都离不开航空材料的相应发展。飞机对结构材料的
性能要求是多方面的,首先是“比强度”,即强度与密
度之比,同时综合考虑其他性能,例如“比刚度”、断 裂韧度、疲劳强度、耐热性、耐蚀性等。对于功能材 料,主要是要求良好的功能特性,例如隐形性能。
“哥伦比亚”航天飞机起 飞时隔热片曾被撞击
“哥伦比亚” 穿越大气层解体时的图像
交通运输业
汽车车身、底盘、结构 梁、驱动轴、方向盘、 操纵杆、发动机罩、散 热器罩等等－－聚合物 基复合材料 集装箱、火车车厢、冷 藏车－－金属基复合材 料 天然气瓶－－玻璃钢
超塑铝合金制造 的汽车模型
建筑工业
轻型结构房、卫生洁具、冷却塔、储水箱－ －玻璃钢 外墙、结构梁－－水泥基复合材料
*商务部降低 2011 年首批稀土配额 11.4%, 部分企
*国务院关税税则委员会关于 2011 年关税实施方
案的通知》（金属钕的出口关税税率由15%提高 至25%
纳米材料：主要是纳米材料制备与应用关键技术，
固态量子器件制备及纳米加工与组装技术。
Space elevator
Carbon Nanotubes
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增强体是结构复合材料中能提高材料 力学性能的组分，在复合材料中起着增加 强度、改善性能的作用。 增强体的基本特征：
能明显提高材料的一种或几种性能 具有良好的化学稳定性 具有良好的润湿性
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按形态分类： 颗粒状 （零维） 纤维、晶须状（一维） 片状 （二维） 立体编织物 （三维）
无机非金属类(共价键) 按化学特征分类： 有机聚合物类(共价键、高分子链) 金属类(金属键)。
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一、玻璃纤维 （Glass Fibers）
一种性能优异的无机非金属材料 具有不燃、耐高温、电绝然、拉伸强度高、 化学稳定性好等优良性能 是将熔融的玻璃液，以极快的速度拉成细丝 而成 无普通玻璃的脆性，质地柔软而有弹性，可 并股、加捻、纺织成各种玻璃布、玻璃带等 织物。
玻璃纤维的制造方法 主要有玻璃球法(也 称为坩埚拉丝法)和 直接熔融法(也称为 池窑拉丝法)。
神奇玻璃能自洁
TiO2, 光触媒，在受到 大于二氧化钛能隙宽度 的光线照射时（例如紫 外光），内部电子会被 激发，与空气的氧气和 水分子发生作用，产生 负氧离子和氢氧自由基。 透明度，价格 超薄二氧化钛镀膜(40 nm) 能够分解有机污垢
防皮肤癌的化妆品

奥兊斯尼卡公司推 出一款产品，因为 它含有钛氧化物纳 米粒子，可以在长 达8小时的时间内 有效地抵挡UVA和 UVB
造船业
交通艇、摩托艇、赛艇、救生艇－－纤维增强复合材料
其他行业
风机叶片、各种管道、撑杆、高尔夫球棒、网球拍、 钓鱼杆、微波炉餐具等等－－碳纤维增强聚合物复 合材料
碳纤维环氧树脂 复合材料
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降低纤维价格及开发新型纤维 扩大复合材料的应用范围 发展新的设计、制备方法和新的复合
技术 发展混杂纤维复合材料 发展功能、多功能、机敏、智能复合 材料 纳米和仿生复合材料
稀土提纯样品
“中东有石油，中国有稀土”。稀土曾是让国 人倍感自豪的优势资源，而今却略显尴尬。由 于国际市场的压价行为，以牺牲环境为代价开 采出来的稀土资源降到“白菜价”。
AIM-9“响尾蛇”系列导弹的红外引导头关键 部分使用锑化铟材料制造 稀土是制造“灵巧炸弹”精密制导武器、雷达夜 视镜等武器装备不可缺少的元素
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复合材料(composite materials): 由两种或两种以上不同性能、不 同形态的组分通过复合工艺组合 而成的一种多相材料，它既保持 了原组分材料的主要特点又显示 了原组分材料所没有的新性能。
复合材料一词，国外起源于20世纪 50年底，国内60年代；
复合材料是一类成分复杂的多元多 相体系，很难准确地予以定义；
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命名：
复合材料可根据增强材料和基体材 料的名称来命名，通常将增强材料 放在前面，基体材料放在后面，再 加上“复合材料”而构成。
玻璃纤维/环氧树脂复合材料 玻璃/环氧复合材料 环氧玻璃钢（俗称） 玻璃纤维复合材料（强调增 强材料） • 环氧树脂复合材料（强调基 体材料） • C/C复合材料 • • • •
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*美国NanoHorizons公司，
SmartSilver
*抵抗微生物和细菌侵蚀
*防菌绷带
*自动清洁和消毒的洗衣机、
电冰箱和பைடு நூலகம்调
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*能看电影的衣服 －OLED *定点杀死癌细胞的纳米药物 *轻巧结实的材料 *不会被刮花的汽车 －纳米瓷透明
涂料 （奔驰汽车）
材料的设计、制备与评价技术：
材料智能合成与制备技术 材料表面改性技术的低成本化途径与批量 生产技术 原位复合技术、仿生技术、原子尺度上的 设计与排布技术 材料微观结构的模型化技术、智能化控制 及动态实时监测分析技术 不同层次的材料设计、性能预测和评价表 征新技术。
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3） 人类在材料制造方面的局限性也促使复合材料的不
断发展 限定在很小的特定性能及机能上 人类已迚入了能够制造超天然物质的复合材料阶段 综合性角度，要制造像天然物质那样精巧的复合材料 人类的能力多少显得有些不够
仿生复合材料发展的源泉
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2、复合材料的特性决定了其巨大的发展潜力 1） 单一成分物质,有其来自自身性质的界限 高分子材料老化与耐温性
复合材料的分类：
按基体材料分类
① 聚合物基复合材料:以有机聚合物（热固性树 脂、热塑性树脂及橡胶等）为基体； ② 金属基复合材料：以金属（铝、镁、钛等） 为基体； ③ 无机非金属基复合材料：包括陶瓷基、碳基 和水泥基复合材料。
按增强材料形态分类：
①纤维增强复合材料：
a.连续纤维复合材料：作为分散相的长纤维 的两个端点都位于复合材料的边界处； b.非连续纤维复合材料：短纤维、晶须无规 则地分散在基体材料中； ②颗粒增强复合材料：微小颗粒状增强材料分 散在基体中； ③板状增强体、编织复合材料：以平面二维或 立体三维物为增强材料与基体复合而成。 其他增强体：层叠、骨架、涂层、片状、天然 增强体
此项目研制的连续纤维增韧碳化硅 陶瓷基复合材料是国际上公认的反 映一个国家先迚航空航天器制造能 力的新型热结构材料，这也使我国 成为继法国和美国之后第三个掌握 此技术的国家。
西北工业大学 张立同院士
稀土金属
稀土就是化学元素周期表中镧系元素—镧（La）、铈 （Ce）、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、 钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、 镱(Yb)、镥(Lu)，以及与镧系的15个元素密切相关的两 个元素—钪（Sc）和钇（Y）共17种元素，称为稀土元 素，简称稀土。
按含碱量可 分为：
按单丝直径 可分为：
粗纤维，单丝直径30μm 初级纤维，单丝直径30μm 中级纤维，单丝直径10~20μm 高级纤维，单丝直径3~10μm
金属材料的比重与加工性
陶瓷材料的脆性 轻质高强（高性能）
多功能（特显功能）
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新的成型方法和 技术不断开发
2）复合材料发展趋势
第一代：1940年到1960年，玻璃纤维增强塑料 第二代：1960年到1980年，先迚复合材料 1965年英国科学家研制出碳纤维 1971年美国杜邦公司开发出开芙拉-49 1975年先迚复合材料“碳纤维增强及开芙拉纤维 增强环氧树脂复合材料”用于飞机、火箭的主承力 件上。 第三代：1980年到1990年，碳纤维增强金属基复合 材料 以铝基复合材料的应用最为广泛。 第四代：1990年以后，主要发展多功能复合材料， 如智能复合材料和梯度功能材料等。