复合材料概论总论

复合材料概论1.复合材料的定义：复合材料是一个连续物理相与一个连续分散相的复合，也可以是两个或者多个连续相与一个或多个分散相在连续相中的复合，复合后的产物为固体时才称为复合材料。

2.复合材料的结构：三个“结构层次”：一次结构（由基体和增强材料复合而成的单层材料，其力学性能决定于组分材料的力学性能、相几何和界面区的性能）；二次结构（单层材料层合而成的层合体，其力学性能决定于单层材料的力学性能和铺层几何）；三次结构（工程结构或产品结构，其力学性能决定于层合体的力学性能和结构几何）。

3、复合材料与传统材料的不同：复合材料既能保持原组分材料的重要特性，又可通过复合效应使各组分的性能相互补充，获得传统材料不具备的许多优良性能。

4.金属基复合材料组成特点：非连续增强金属基复合材料，基体是主要承载物，基体的强度对非连续增强金属基复合材料具有决定性的影响。

因此要获得高性能的金属基复合材料必须选用高强度的铝合金为基体。

5.无机凝胶材料主要包括水泥、石膏、菱苦土和水玻璃等。

6.聚合物基体的种类：不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂及各种热塑性聚合物。

7.聚合物基体的组分：主要组分是聚合物，其他组分油固化剂、增韧剂、稀释剂、催化剂等。

8.聚合物基体的作用：基体材料通过与增强材料界面间的粘接成为一个整体，并以剪应力的形式向增强材料传递载荷，保护增强材料免受外界环境的作用和物理损伤。

9.不饱和树脂聚酯的固化特点：不饱和聚酯树脂的固化是一个放热反应，其过程可以分三个阶段：a.胶凝阶段：从加入促进剂到树脂变成凝胶状态的一段时间，影响凝胶时间的因素有很多，如阻聚剂、引发剂和促进剂的量，环境温度和湿度、树脂的体积、交联剂蒸发损失等。

b.硬化阶段：硬化阶段是从树脂开始凝胶到一定硬度，能把制品从模具上取下为之的一段时间。

c.完全固化阶段：通常在室温下进行，并用后处理的方法来加速，这段时间越长，制品吸水率越小，性能越好。

10.玻璃纤维的结构：玻璃纤维的结构假说有“微晶结构假说”和“网络结构假说”。

【复合材料概论】复习重点应试宝典第⼀章总论1、名词：复合材料基体增强体结构复合材料功能复合材料复合材料(Composite materials)，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的⽅法，在宏观上组成具有新性能的材料。

包围增强相并且相对较软和韧的贯连材料，称为基体相。

细丝(连续的或短切的)、薄⽚或颗粒状，具有较⾼的强度、模量、硬度和脆性，在复合材料承受外加载荷时是主要承载相，称为增强相或增强体。

它们在复合材料中呈分散形式，被基体相隔离包围，因此也称作分散相。

结构复合材料：⽤于制造受⼒构件的复合材料。

功能复合材料：具有各种特殊性能（如阻尼，导电，导磁，换能，摩擦，屏蔽等）的复合材料。

2、在材料发展过程中，作为⼀名材料⼯作者的主要任务是什么？（1）发现新的物质，测试其结构和性能；（2）由已知的物质，通过新的制备⼯艺，改变其显微结构，改善材料的性能；（3）由已知的物质进⾏复合，制备出具有优良性能的复合材料。

3、简述现代复合材料发展的四个阶段。

第⼀代：1940-1960 玻璃纤维增强塑料第⼆代：1960-1980 先进复合材料的发展时期第三代：1980-2000 纤维增强⾦属基复合材料第四代：2000年⾄今多功能复合材料（功能梯度复合材料、智能复合材料）4、简述复合材料的命名和分类⽅法。

增强材料+（/）基体+复合材料按增强材料形态分：连续纤维复合材料，短纤维复合材料，粒状填料复合材料，编织复合材料；按增强纤维种类分类：玻璃纤维复合材料，碳纤维复合材料，有机纤维复合材料，⾦属纤维复合材料，陶瓷纤维复合材料，混杂复合材料（复合材料的“复合材料”）；按基体材料分类：聚合物基复合材料，⾦属基复合材料，⽆机⾮⾦属基复合材料；按材料作⽤分类：结构复合材料，功能复合材料。

5、简述复合材料的共同性能特点。

(1)、综合发挥各组成材料的优点，⼀种材料具有多种性能；(2)、复合材料性能的可设计性；(3)、制成任意形状产品，避免多次加⼯⼯序。

第一章总论1.1 复合材料的发展概况第一代：1940年到1960年，玻璃纤维增强塑料；第二代：1960年到1980年，先进复合材料的发展时期；第三代：1980年到1990年，纤维增强金属基复合材料；第四代：1990年以后，多功能复合材料。

纵观复合材料的发展过程，可以看到：早期发展出现的复合材料，由于性能相对比较低，生产量大，使用面广，可称之为常用复合材料。

后来随着高技术发展的需要，在此基础上又发展出性能高的先进复合材料。

1.2 复合材料的定义什么是复合材料? (Composition Materials , Composite)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。

复合材料＝基体(连续相)＋增强材料(分散相)1.3 复合材料的命名复合材料在世界各国还没有统一的名称和命名方法，比较共同的趋势是根据增强体和基体的名称来命名，通常有以下三种情况：（1）强调基体时以基体材料的名称为主如树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等。

（2）强调增强体时以增强体材料的名称为主如玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、陶瓷颗粒增强复合材料等。

（3）基体材料名称与增强体材料并用。

这种命名方法常用来表示某一种具体的复合材料，习惯上把增强体材料的名称放在前面，基体材料的名称放在后面。

例如：“玻璃纤维环氧树脂复合材料”，或简称为“玻璃/环氧复合材料”。

碳纤维和金属基体构成的复合材料叫“金属基复合材料”，也可写为“碳/金属复合材料”。

碳纤维和碳构成的复合材料叫“碳/碳复合材料”。

国外还常用英文编号来表示，如MMC（Metal Matrix Composite）表示金属基复合材料，FRP （Fiber Reinforced Plastics）表示纤维增强塑料，而玻璃纤维/环氧则表示为GF/Epoxy, 或G/Ep(G-Ep)1.4 复合材料的分类按增强材料形态分类：连续纤维复合材料、短纤维复合材料、粒状填料复合材料、编织复合材料、其他: 层叠、骨架、涂层、片状、天然增强体按增强纤维种类分类：玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料、有机纤维复合材料、金属纤维复合材料、陶瓷纤维复合材料、混杂复合材料。

复合材料概论第一章总论1.复合材料的定义答：用经过选择的、含一定数量比的两种或两种以上的不同性能、不同形态的组分（或称组元）材料通过人工复合组合而成的多相、三维结合且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的材料。

它既保持了原组分的主要特点，又显示了原组分材料所没有的新性能。

2.复合材料的发展进程(四代的发展)答：第一代复合材料（玻璃纤维增强塑料）第二代复合材料(碳纤维增强塑料)第三代复合材料（纤维增强金属基复合材料）第四代复合材料（多功能复合材料）3.复合材料的特点答：a.复合材料的组分和相对含量是由人工选择和设计的b.复合材料是以人工制造而非天然形成的（区别于具有某些复合材料形态特征的天然物质）c.组成复合材料的某些组分在复合后仍然保持其固有的物理和化学性质（区别于化合物和合金）.d.复合材料是各组分之间被明显界面区分的多相材料e.复合材料的性能取决于各组成相性能的协同。

复合材料具有新的、独特的和可用的性能，这种性能是单个组分材料性能所不及或不同的。

4.复合材料结构及分类答：(1)复合材料是由基体相、增强相和界面组成。

这三相的结构与性质、它们的配置方式和相互作用以及相对含量决定了复合材料的性能。

(2)5.相关符号的代表意义答：MMC（Metal Matrix Composite）表示金属基复合材料，FRP（Fiber Reinforced Plastics）表示纤维增强塑料GF/Epoxy, 或G/Ep(G-Ep) 表示玻璃纤维/环氧第二章1.复合材料中基体的作用答：1.将纤维粘合为整体并使纤维固定，在纤维间传递载荷，并是载荷均衡；2.决定复合材料的一些性能，如高温使用性能、层间剪切性能、耐介质性能（耐水、耐化学性能）等；3.决定复合材料成型工艺方法及工艺参数选择；4.保护纤维免受各种损伤。

2.金属基体选择遵循原则答:（1）金属基复合材料的使用要求（2）金属基复合材料组成特点（3）基体金属与增强物的相容性3.常见金属基体的类型答:（1）结构用金属基复合材料的基体a.用于450 ︒C以下的轻金属基体b.用于450-700 ︒C的复合材料的金属基体c.用于1000 ︒C以上的高温复合材料的金属基体（2）功能用金属基复合材料的基体。

第一章总论一．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。

★二．复合材料的命名和分类★1．按增强材料形态分类(1)连续纤维复合材料:作为分散相的纤维，每根纤维的两个端点都位于复合材料的边界处;(2)短纤维复合材料:短纤维无规则地分散在基体材料中制成的复合材料;(3)粒状填料复合材料:微小颗粒状增强材料分散在基体中制成的复合材料;(4)编织复合材料:以平面二维或立体三维纤维编织物为增强材料与基体复合而成的复合材料。

2. 按增强纤维种类分类(1)玻璃纤维复合材料;(2)碳纤维复合材料;(3)有机纤维(芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、高强度聚烯烃纤维等)复合材料;(4)金属纤维(如钨丝、不锈钢丝等)复合材料;(5)陶瓷纤维(如氧化铝纤维、碳化硅纤维、硼纤维等)复合材料。

如果用两种或两种以上纤维增强同一基体制成的复合材料称为混杂复合材料3．按基体材料分类(1)聚合物基复合材料:以有机聚合物(主要为热固性树脂、热塑性树脂及橡胶)为基体制成的复合材料;(2)金属基复合材料:以金属为基体制成的复合材料，如铝基复合材料、钛基复合材料等;(3)无机非金属基复合材料:以陶瓷材料(也包括玻璃和水泥)为基体制成的复合材料。

4.按材料作用分类(1)结构复合材料:用于制造受力构件的复合材料;(2)功能复合材料:具有各种特殊性能(如阻尼、导电、导磁、换能、摩擦、屏蔽等)的复合材料。

三．复合材料是由多相材料复合而成，其共同的特点是:★(1)可综合发挥各种组成材料的优点，使一种材料具有多种性能，具有天然材料所没有的性能。

(2)可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造。

例如，针对方向性材料强度的设计，针对某种介质耐腐蚀性能的设计等。

(3)可制成所需的任意形状的产品，可避免多次加工工序。

四．影响复合材料性能的因素很多，主要取决于①增强材料的性能、含量及分布状况，②基体材料的性能、含量，以及③增强材料和基体材料之间的界面结合情况，作为产品还与④成型工艺和结构设计有关。

1、复合材料的定义由两种或两种以上的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。

2、同质复合材料和异质材料增强材料和基体材料属于同种物质的复合材料为同质材料。

异质材料则是不同物质。

3、金属基复合材料的性能在金属基体中加入了适量的高强度、高模量、低密度的纤维、晶须、颗粒等增强物，明显提高了复合材料的比强度和比模量。

4、树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料性能区别树脂基复合材料的使用温度一般为60℃~250℃，其导热性能为0.35~0.45W/m·K金属基复合材料为400~600℃，其导热性能为50~65W/m·K和陶瓷基复合材料性能为1000~1500℃，0.7~3.5W/m·K。

陶瓷基复合材料大于金属基复合材料的硬度，金属基复合材料大于树脂基复合材料的硬度。

5、复合材料结构的分类从固体力学角度，分为三个“结构层次”：一次结构、二次结构、三次结构。

一次结构：由基体和增强材料复合而成的单层材料，其力学性能决定于组分材料的力学性能、相几何和界面区的性能；二次结构：由单层材料层合而成的层合体，其力学性能决定于单层材料的力学性能和铺层几何；三次结构：通常所说的工程结构或产品结构，其力学性能决定于层合体的力学性能和结构几何。

6、复合材料选择基体的原则①金属基复合材料的使用要求：高性能发动机要求有高强度比、比模量性能，要求具有优良的耐高温性能，能在高温、氧化性气氛中正常工作。

在汽车发动机中要求其零件耐热、耐磨、导热，一定的高温强度等，又要求成本低廉，适合批量生产。

②金属基复合材料组成特点：对于连续纤维增强金属基复合材料，纤维是主要承载物体，纤维本身具有很高的强度和模量。

对于非连续增强金属基复合材料，基体是主要承载物，基体的强度对非连续增强基复合材料具有决定性的影响。

③基体金属与增强物的相容性。

7、与树脂相比水泥基体的特征①水泥基体为多孔体系；②纤维与水泥的弹性模量比不大；③水泥基材的断裂延伸率较低，仅是树脂基体的1/10~1/20；④水泥基材中含有粉末或颗粒状的物料，与纤维呈点接触，故纤维的掺量受到很大限制；⑤水泥基材呈碱性，对金属纤维可起保护作用，但对大多数矿物纤维是不利的。

复合材料概论
复合材料是指由两种或两种以上的基体构成的综合材料，具有单体材料无法比拟的机械性能及其它物理性能。

复合材料大致可分为有机复合材料、无机复合材料和特殊复合材料三大类。

有机复合材料是指由有机无机混合物、聚合物、天然高分子或其它有机材料构成的复合材料，如树脂基复合材料、橡胶复合材料、植物维纶复合材料等。

无机复合材料是指由非金属无机金属基体、非金属无机非金属基体、金属无机金属基体等构成的复合材料，其中矿物复合材料是最常用的类型，它由无机矿物和高分子的共混体构成。

特殊复合材料是指特定用途的复合材料，比如水性复合材料、芯片复合材料等。

复合材料和许多其它传统材料不同，它具有非常糟糕的机械性能，能有效保护结构性能，并保证了质量和外观的美观性。

它的定义不仅是有效利用存在的资源，还可以开发新的功能，可以使复合材料成为许多行业的必备材料。

近年来，由于现代技术的进步，复合材料获得了大量的研究，可以用于汽车、航空航天、海洋等行业，并且复合材料还在不断地发展和改进，使用户可以获得更好的性能和效率。