第五章复合材料第五章复合材料朱荣本章内容本章内容第一节概述第二节金属基复合材料第三节陶瓷基复合材料第四节碳基复合材料第五节聚合物基复合材料第六节纤维增强体材料第一节概述第一节概述复合材料两种或者两种以上的不同性质的材料，通过不同的工艺方法人工合成的多相材料。在现代工程中对材料的要求越来越苛刻，特别是在航天、航海及交通运输领域。例如，要求飞机结构材料既有低的密度，又具有高的强度、刚度、韧性、耐磨及耐蚀性。通常高强度材料的密度也高，增大强度或刚度则会降低材料的韧性。这种材料优异性能的组合是单一材料无法满足的。复合材料复合材料玻璃纤维增强风机叶片玻璃纤维增强尼龙车轮玻璃纤维增强塑料制自行车复合材料制小船复合材料制防弹衣复合材料在波音飞机上的应用特点特点复合材料既保持组成材料各自的最佳特性，又具有组合后的新特性。材料断裂能/J玻璃纤维7.5×10-4常用树脂2.26×10-2热固性玻璃钢17.6例1：热固性玻璃钢＝热固性树脂＋玻璃纤维热固性玻璃钢：强度高于热固性树脂脆性低于玻璃纤维泥土＋稻草水泥＋钢筋例例22：建筑材料（复合材料的应用）：建筑材料（复合材料的应用）一、复合材料的分类一、复合材料的分类复合材料种类繁多，目前尚无统一的分类方法。按基体相的性质分金属基复合材料非金属基复合材料铝基复合材料钛基复合材料铜基复合材料塑料基复合材料橡胶基复合材料陶瓷基复合材料按增强相的形态分纤维增强塑料（玻璃钢）纤维增强橡胶（轮胎）纤维增强陶瓷纤维增强金属金属陶瓷弥散强化金属纤维增强复合材料颗粒增强复合材料叠层复合材料双层金属复合材料三层复合材料纤维增强复合材料颗粒增强复合材料叠层复合材料二、复合材料的性能特点二、复合材料的性能特点1.比强度和比模量高纤维增加材料的比强度及比模量远高于金属材料，特别是碳纤维－环氧树脂复合材料比强度是钢的8倍，比模量是钢的4倍。2.抗疲劳和破断安全性好纤维增强复合材料对缺口及应力集中的敏感性小，纤维与基体界面能阻止疲劳裂纹的扩展，改变裂纹扩展的方向。（（11）比强度与比模量高）比强度与比模量高比强度、比模量是指材料的强度或模量与密度之比。比强度愈高，同一零件的自重愈小;比模量愈高，零件的刚性愈大。环氧树脂与高强度的碳纤维复合，比强度可达913kNm/kg，比模量为85MNm/kg，与高模量的碳纤维复合，比模量可达116MNm/kg，比强度为613kNm/kg,远远超过一般钢材和铝合金（钢的比强度为126kNm/kg，比模量为27MNm/kg）。（（22）化学稳定性优良）化学稳定性优良钢材一般不耐酸，尤其是含有氯离子的酸，即使含钼不锈钢在这种介质中，也会很快被腐蚀。但纤维增强塑料如玻纤增强酚醛树脂，在含氯主子的酸性介质中能长期使用。用玻纤增强塑料，可制造耐强酸、盐、酯和某些溶剂的化工管道、泵、阀、容器、风机、搅拌器等设备。如用耐碱玻纤或碳纤维与塑料复合，还能在强碱介质中使用。耐碱玻纤可用来取代钢筋与水泥复合。（（33）减摩、耐磨、自润滑性好）减摩、耐磨、自润滑性好在热塑性塑料中掺入少量短切碳纤维可大大提高它的耐磨性，其增加倍数为聚氯乙烯本身3.8倍，聚四氟乙烯本身的3倍，聚丙烯本身的2.5倍，聚酰胺本身的1.2倍，聚酯本身的2倍。碳纤维增强塑料还可降低塑料的摩擦系数，提高它的pv值[1]；pv值随碳纤维的增加而有不同程度地提高。以钢作对磨件时，碳纤维增强的磨损比玻纤增强的约小10倍。碳纤维增强塑料具有良好的自润性能，因此可用于制造无油润滑活塞环、轴承和齿轮。如用石棉之类的材料与塑料复合，则与上述情况相反，可得到摩擦系数大、制动效果好的摩阻材料。[1]p为滑动轴承投影面的压强（MPa），v为滑动线速度（m/s），各种塑料及其复合材料均有一个允许最高承载能力的p值；与允许最高滑动线速度的v值。（（44）耐热性高）耐热性高碳化硅（SiC）纤维、氧化铝纤维（α–Al2O3·SiO2）与陶瓷复合，在空气中能耐1200～1400℃高温，要比所有超高温合金的耐热性高出100℃以上。用于柴油发动机、可取消原来的散热器、水泵等冷却系统，减轻重量约100kg。用于汽车发动机，使用温度可高达1370℃。（（55）高韧性和高抗...
