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《复合材料》课程笔记第一章：复合材料概述1.1 材料发展概述复合材料的发展历史可以追溯到古代，人们使用天然纤维（如草、木）与土壤、石灰等天然材料混合制作简单的复合材料，例如草绳、土木结构等。
然而，现代复合材料的真正发展始于20世纪40年代，当时因航空工业的需求，发展了玻璃纤维增强塑料（俗称玻璃钢）。
此后，复合材料技术经历了多个发展阶段，包括碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和高模量纤维的研制和应用。
70年代，芳纶纤维和碳化硅纤维的出现进一步推动了复合材料的发展。
这些高强度、高模量纤维能够与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合，形成了各种具有特色的复合材料。
1.2 复合材料基本概念、特点复合材料是由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。
复合材料具有以下特点：- 重量轻：复合材料通常具有较低的密度，比传统材料轻，有利于减轻结构重量。
例如，碳纤维复合材料的密度仅为钢材的1/5左右。
- 强度高：复合材料可以承受较大的力和压力，具有较高的强度和刚度。
例如，碳纤维复合材料的拉伸强度可达到3500MPa以上。
- 加工成型方便：复合材料可以通过各种成型工艺进行加工，如缠绕、喷射、模压等。
这些工艺能够适应不同的产品形状和尺寸要求。
- 弹性优良：复合材料具有良好的弹性和抗冲击性能，能够吸收能量并减少损伤。
例如，橡胶基复合材料在受到冲击时能够吸收大量能量。
- 耐化学腐蚀和耐候性好：复合材料对酸碱、盐雾、紫外线等环境因素具有较好的抵抗能力，适用于恶劣环境下的应用。
例如，聚酯基复合材料在户外长期暴露下仍能保持较好的性能。
1.3 复合材料应用由于复合材料的优异性能，它们在各个领域得到了广泛的应用。
主要应用领域包括：- 航空航天：飞机、卫星、火箭等结构部件。
复合材料的高强度和轻质特性使其成为航空航天领域的重要材料，能够提高飞行器的性能和燃油效率。
1.1 增强体的概念增强体的概念：复合材料中能明显提高基体材料某一性能的组元物质增强体的特征：（1）具有能明显提高基体某种所需的特殊性能；（2）增强体应具有稳定的化学性质；（3）与基体有良好的润湿性1.2 增强体的分类（1）颗粒类增强体（零维）性能特点：高强度、高模量、耐热、耐磨、耐腐蚀实例：碳化硅、氧化铝、氮化硅、碳化硼、石墨、碳化钛、滑石、碳酸钙等无机非金属颗粒复合材料性能特点：具有各向同性（2）纤维类增强体（一维）连续长纤维：长度：连续长度一般超过数百米；性能特点：沿轴向有很高的强度和弹性模量分类：分为单丝和束丝两种。
应用：成本高、性能高，只用于高性能复合材料复合材料性能特点：具有各向异性连续长纤维实例单丝：硼纤维、CVD法制备的碳化硅纤维（直径约为95-140微米）束丝：碳纤维、氧化铝纤维、氮化硅纤维烧结法制备的碳化硅纤维等（含500-12000根单丝，单丝直径5.6-14微米）短纤维：长度：连续长度一般几十毫米性能特点：沿轴向有方向性，但性能一般比长纤维低应用：成本比较低，应用广实例：硅酸铝纤维、氧化铝纤维碳纤维、氮化硼纤维等复合材料特点：无明显方向性(制造时排列无序短纤维：长度：连续长度一般几十毫米性能特点：沿轴向有方向性，但性能一般比长纤维低应用：成本比较低，应用广实例：硅酸铝纤维、氧化铝纤维碳纤维、氮化硼纤维等复合材料特点：无明显方向性(制造时排列无序)（3）晶须类增强体（一维）外形尺寸：直径0.2-1微米，长约为几十微米性能特点：有很高的强度和模量（结构细小、缺陷少）应用：陶瓷增韧（成本比颗粒高得多）实例：碳化硅、氧化铝、氮化硅等复合材料性能特点：各向同性。
（4）金属丝增强体（一维）不锈钢丝、钨丝等（W/Al、W/Ni、不锈钢丝/Al）（5）片状物增强体（二维）陶瓷薄片：SiC/C、SiC/ZrO2、Si3N4/BN等。
（6）纤维编织类增强体（三维）纤维编织成的三维结构1.3 纤维类增强体具有高强度的原因（1）固体材料的理论强度：σth = (Eγ/a0)1/2纤维类增强体：Be、B、C、Al、Si以及它们与N、O的化合物（常温下原子半径小、化学性质稳定）纤维类增强体理论强度高纤维材料所包含的缺陷的形状、位置、取向和数目都有别与同质地的块状材料内部径向最大裂纹尺寸：非常小（纤维类增强材料）一般（同质地块状材料）内部轴向最大裂纹尺寸：一般（纤维类增强材料）一般（同质地块状材料）纤维中轴向的最大裂纹尺寸虽然可与块体材料中的相比，但对轴向性能的影响则很小（纤维主要承受轴向拉伸载荷）。
第三章复合材料的增强体1.被用于复合材料的增强体主要有高性能纤维，晶须，金属丝片装物和颗粒等。
其中发展最快已经大批量生产和应用的增强纤维是碳纤维2.作为复合材料的增强体应具有以下基本特性①增强体应具有能明显提高基体某种所需特性的性能②增强体应具有良好的化学稳定性③与基体有良好的润湿性3.增强体的分类①纤维类增强体：纤维类增强体有连续长纤维和短纤维。
增强体纤维主要包括无机纤维和有机纤维。
无机纤维主要有碳纤维，氧化铝纤维，碳化硅纤维，硼纤维，氮化硼纤维，氮化硅纤维硅酸铝纤维及玻璃纤维等。
有机纤维分为刚性分子链和柔性分子链两种②颗粒类增强体：由于颗粒增强物成本低，制成的复合材料有各向同性，因此在复合材料中的应用发展非常迅速，尤其是在汽车工业中。
③晶须类增强体：晶须增强复合材料的性能基本上是各向同性的。
将陶瓷薄片叠压起来形成的陶瓷复合材料具有很高的韧性。
4.碳纤维：一般将小于1500℃碳化处理成的称为碳纤维，将碳化处理后再经高温石墨化处理（2500℃）的碳纤维称为石墨纤维。
碳纤维强度高，而石墨纤维模量高，以制取碳纤维的原丝分类，碳纤维可分为聚丙烯腈基碳纤维，黏胶基碳纤维，沥青基碳纤维和木质素纤维基碳纤维。
以其性能分类，可分为高强度碳纤维，高模量碳纤维和中模量碳纤维。
后者有耐火纤维，碳质纤维和石墨纤维等。
5.碳纤维的制造。
只能以有机物为原料，采用间接法制造。
制造方法可分为两种类型，即气相法和有机纤维碳化法。
①气相法：在惰性气氛中小分子有机物在高温沉积成纤维。
用该法只能制取短纤维或晶须，不能制取连续长丝②有机纤维碳化法：将有机纤维经过稳定话处理变成耐焰纤维然后再在惰性气氛中进行高温煅烧碳化使有机纤维失去部分碳和其他非碳原子，形成以碳为主要成分的纤维。
可制造连续长纤维。
天然纤维，再生纤维，合成纤维均可制备碳纤维6.目前为止，制作碳纤维的原料主要有三种：人造丝；聚苯烯腈纤维；沥青。
无论用何种原丝纤维制造碳纤维，都要经过五个阶段：拉丝，牵引，稳定，碳化，石墨化。
第九章复合材料第2节复合材料的增强相和增强机制第1讲复合材料的增强相复合材料增强相的形态纤维增强复合材料颗粒增强复合材料叠层复合材料→纤维→颗粒→二维片材玻璃纤维碳纤维有机纤维金属纤维陶瓷纤维纤维的种类增强相的形态1 纤维芳纶(Kevlar)纤维、聚乙烯(PE)纤维碳化硅纤维、硼纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维玻璃纤维制备方法：由熔融玻璃经拉丝制成纤维•高抗拉强度比块状玻璃高几十倍，超过高强度合金钢成分：SiO2和少量Al2O3密度：2.4～2.7g/cm3与铝相近连续纤维短切纤维•弹性模量较高比人造纤维高5~8倍，低于一般金属应用举例：玻璃纤维增强聚合物制备玻璃纤维复合材料(玻璃钢)碳纤维是一种含碳量>95%以上的高强度、高模量纤维制备碳纤维的原丝(原材料)粘胶纤维、聚丙烯腈纤维、沥青纤维关键工艺将原丝高温碳化碳纤维发展历程•爱迪生、斯旺首次制备出碳纤维•用作白炽灯泡灯丝•这种碳纤维没有抗拉强度碳纤维发展历程•20世纪50年代，美国联合碳化公司，以人造纤维丝，制备了强度高的碳纤维•日本工业研究所发明了以聚丙烯腈为前驱体，制备碳纤维的方法单体聚丙烯腈分子结构聚丙烯腈纺成丝预氧化250℃, 2h高温碳化~1000℃碳纤维丝碳纤维发展历程主要生产过程碳纤维(前)和头发(后)直径的对比碳纤维特征化学稳定性高耐酸碱，耐高低温、耐油、抗辐射纤维直径细小Φ~6μm碳纤维特征密度低1.3~2.0g/cm3弹性模量高260~400GPa> (碳钢210GPa)高温强度优异1500℃惰性气氛中，强度保持不变缺点：抗氧化能力差空气中410~450℃开始氧化应用举例：碳纤维增强聚合物，制备碳纤维复合材料有机纤维•芳香族聚酰胺纤维•聚乙烯纤维（超高相对分子量PE）芳纶纤维(Kevlar纤维)Kevlar K-29 一般工业应用Kevlar K-49 高模量高性能线缆和绳索产品Kevlar纤维Kevlar K-49•强度：比玻璃纤维高45%•密度：是钢的1/6•弹性模量：是钢丝的5倍•工作温度范围：-195~260℃•耐疲劳，易加工耐腐蚀，电绝缘性好Kevlar 纤维Kevlar纤维特征防割手套Kevlar纤维(复合材料)的应用防弹头盔防弹背心碳化硅纤维性能优势•强度高•弹性模量高•耐化学腐蚀•(与金属)反应活性低•热膨胀系数较小•抗氧化性能优异以钨丝或碳纤维作纤芯，通过气相沉积法而制得碳纤维碳化硅纤维涂层碳化硅纤维制备方法1用聚碳硅烷（前驱体）纺纱，经烧结制备SiC纤维碳化硅纤维的制备方法2先驱体转化法SiC纤维在通用公司航空发动机使用SiC纤维(复合材料)碳化硅纤维的应用增强相的形态2 颗粒(粒子)增强体应用举例：增强金属制备金属基复合材料主要为陶瓷颗粒Al2O3、SiC、Si3N4、WC、TiC、B4C石墨陶瓷颗粒优势•比纤维容易制备•易于批量生产常用颗粒增强物的性质聚合物基复合材料增强颗粒•石墨、炭黑、白炭黑•MgO、SiO2、MoS2、Fe2O3•云母、高岭土、膨润土、碳酸钙、滑石粉•空心玻璃微珠作用:改善制品的力学性能，耐磨性能，耐热性能，导电性能，导磁性能和耐老化性能。
《复合材料概论》心得与总结卫琦 1306030118通过学习《复合材料概论》，我了解了复合材料的命名、分类以及复合材料的基本性能。
复合材料的基体材料有四种：金属材料、无机胶凝材料、陶瓷材料、聚合物材料。
了解了碳纤维的优点以及碳纤维在生活中被广泛的应用。
以及对聚合物基复合材料，金属基复合材料，陶瓷基复合材料的了解。
以下是我对一些知识点的总结。
第一章总论一、复合材料定义：复合材料是由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；在复合材料中通常有一个相为连续相，称为基体，另一相为分散相，称为增强材料。
二、复合材料的分类1．按增强材料形态分类（连续纤维复合、短纤维复合、颗粒复合、编织复合）2．按增强材料纤维种类分类（玻璃纤维、碳纤维、有机纤维、金属纤维、陶瓷纤维、混合）3．按基体材料分类（聚合物基、金属基、无机非金属基）4．按材料作用分类（结构复合材料、功能复合材料）三、复合材料的基本性能1．可综合发挥各组成材料的优点2．可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造（最大特点！）3．可制成所需的任意形状的产品四、复合材料结构设计的三个结构层次①：一次结构：指由基体和增强材料复合而成的单层材料②：二次结构：指由单层材料层合而成的层合体③：三次结构：指通常所说的工程结构或者产品结构第二章复合材料的基体材料复合材料的基体材料有以下四种：①：金属材料主要包括铝及铝合金、镁合金、钛合金、镍合金、铜与铜合金、锌合金、铅、钛铝、镍铝金属间化合物等无机胶凝材料主要包括水泥、石膏、菱苦土和水玻璃等陶瓷材料主要包括玻璃、玻璃陶瓷、氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷聚合物材料主要包括不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂及各种热固性/热塑性聚合物。
第三章复合材料的增强材料一、增强材料的定义：在复合材料中，凡事能基体材料力学性能的物质，均称为增强材料。
二、玻璃纤维的分类：1．以玻璃原料成分分类：无碱玻璃纤维（E玻纤）；中碱玻璃纤维；有机玻璃纤维（A玻璃）；特种玻璃纤维。
