最新第一章 复合材料的概念、分类及其发展历程
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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。
第一章复合材料的概念分类及其发展历程复合材料是由两种或两种以上不同的成分构成的材料体系。
它以其各成分的优点相互补充、相互作用,达到材料性能的综合优良,被广泛应用于各个领域。
复合材料的分类主要依据是其增强相的特征,一般可分为颗粒增强复合材料、纤维增强复合材料和层状结构复合材料。
颗粒增强复合材料是将颗粒状的增强相与基体相结合而形成的材料。
增强相可以是金属颗粒、陶瓷颗粒、碳纳米管等。
颗粒增强复合材料具有良好的抗磨损性能、高硬度等特点,常用于制造耐磨材料、陶瓷刀具等。
纤维增强复合材料是以纤维为增强相的复合材料。
纤维可以是玻璃纤维、碳纤维、腈纶纤维等。
纤维增强复合材料具有高强度、高模量、低密度等特点,被广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。
层状结构复合材料是通过将两种或两种以上的不同材料叠加起来形成的复合材料。
层状结构复合材料具有多种性能,如强度、刚度、导热性、耐磨性等,常用于制造电路板、涂层等。
复合材料的发展历程可以追溯到古代,但真正的发展始于20世纪。
20世纪50年代,随着塑料和树脂材料的应用,复合材料的发展进入了一个新阶段。
20世纪60年代,纤维增强塑料的出现推动了复合材料的应用。
20世纪70年代,碳纤维复合材料的出现使复合材料的强度和刚度得到了进一步提高。
20世纪90年代以后,复合材料的应用领域不断扩大,涉及到各个行业。
复合材料的发展主要受到科学技术的推动。
随着纳米技术、材料科学等领域的不断发展,复合材料的性能和应用范围将会有更大的突破。
预计未来的复合材料将更加轻量化、高强度、高性能,可以满足更多领域的需求。
综上所述,复合材料是由两种或两种以上不同的成分构成的材料体系,根据增强相的特征可分为颗粒增强复合材料、纤维增强复合材料和层状结构复合材料。
复合材料的发展历程起源于古代,但真正的发展始于20世纪,受到科学技术的不断推动。
未来的复合材料将更加轻量化、高强度、高性能,满足更多领域的需求。
第一章绪论1.1复合材料的发展概况一、材料的发展与人类社会的进步从人类发展的历史来看,材料是社会进步的物质基础。
综观人类发展和材料发展的历史,可以看到,每一种重要材料的发现和利用都会把人类支配和改造自然的能力提高到一个新的水平,给社会生产力和人类生活带来巨大的变化。
材料的发展与人类进步和发展息息相关。
一万年前,人类使用石头作为日常生活工具,人类进入了旧石器时代,人类战争也进入了冷兵器时代。
7000年前人类在烧制陶器的同时创造了炼铜技术,青铜制品广泛地得到应用,同时又促进了人类社会发展,人类进入了青铜器时代。
同时火药的发明又使人类战争进入了杀伤力更强的热兵器时代。
5000年前人类开始使用铁,随着炼铁技术的发展,人类又发明了炼钢技术。
十九世纪中期转炉、平炉炼钢的发展使得世界钢产量迅猛增加,大大促进了机械、铁路交通的发展。
随着二十世纪中期合金钢的大量使用,人类又进入钢铁时代,钢铁在人类活动中起着举足轻重的作用。
随之核材料的发现,又将人类引入了可以毁灭自己的核军备竞赛,同时核材料的和平利用,又给人类带来了光明。
二十世纪中后期以来,高分子、陶瓷材料崛起以及复合材1料的发展,又给人类带来了新的材料和技术革命。
当前材料、能源、信息是现代科技的三大支柱,它会将人类物质文明推向新的阶段。
二十一世纪将是一个新材料时代。
二、复合材料的提出现代高科技的发展更紧密地依赖于新材料的发展;同时也对材料提出了更高、更苛刻的要求。
在现代高技术迅速发展的今天,特别是航空、航天和海洋开发领域的发展,使材料的使用环境更加恶劣,因而对材料提出了越来越苛刻的要求。
另外对材料的质轻、高强、高韧、耐热、抗疲劳、抗氧化及抗腐蚀等特性也日益提出了更加苛刻的要求。
如现代武器系统的发展对新材料提出了高比强高比模;吸波、隐身;抗穿甲性;减振、降噪,抗激光等。
很显然,传统的单一材料无法满足以上综合要求,当前作为单一的金属、陶瓷、聚合物等材料虽然仍在不断发展,但是以上这些材料由于其各自固有的局限性而不能满足现代科学技术发展的需要。