复合材料全册配套最完整精品课件1.ppt

1、Company LOGO 复合材料全册配套最完整复合材料全册配套最完整 精品课件精品课件1 Company LOGO Composite Materials 复合材料 Company Logo 1.复合材料概论复合材料概论.王荣国等编著王荣国等编著.哈尔滨工业大学出版社哈尔滨工业大学出版社.1999. 2.先进复合材料先进复合材料.胡保全编著胡保全编著. 国防工业出版社，国防工业出版社，2006 4. 复合材料及其工程应用复合材料及其工程应用.车剑飞等编车剑飞等编. 机械工业出版社机械工业出版社.2006 3.复合材料吴人杰主编天津大学出版社，复合材料吴人杰主编天津大学出版社，2000 5.先

2、进复合材料手册赵渠森主编机械工业出版社，先进复合材料手册赵渠森主编机械工业出版社，2003. 参考文献参考文献 Company Logo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Company Logo 复合材料复合材料 Company Logo 第一章第一章 概论概论 v 一、材料的发展与人类社会的进步一、材料的发展与人类社会的进步 v 材料是人类社会进步的物质基础和先导，是人类材料是人类社会进步的物质基础和先导，是人类 进步的里程碑。进步的里程碑。 v 石器时代、陶器时代、青铜器时代石器时代、陶器时代、青铜器时代 v 当前材料、能源、信息和生物技术是现代科技的当前材料、能源、信息和生物技

3、术是现代科技的 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。一世纪将是一个新材料时代。 新材料新材料 金属材料金属材料非金属材料非金属材料 高分子高分子 材料材料 复合材料复合材料 金属结构材金属结构材 料料 金属功能材金属功能材 料料 树脂基复合材料树脂基复合材料 特种玻璃特种玻璃 集成电路材集成电路材 料料 磁记录材料磁记录材料 人工单晶材人工单晶材 料料 新陶瓷材料新陶瓷材料 金属基复合材料金属基复合材料 陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料 超导材料超导材料 贮氢合金贮氢合金 形 状 记 忆形 状 记 忆 合金合金 光

4、 学 性 能光 学 性 能 玻璃玻璃 导 电 性 能导 电 性 能 玻璃玻璃 优 异 机 械优 异 机 械 性能玻璃性能玻璃 敏 感 元 件敏 感 元 件 陶瓷陶瓷 超硬陶瓷超硬陶瓷 电气陶瓷电气陶瓷 黑色金属黑色金属 有色金属有色金属 生物医生物医 学材料学材料 Company Logo 第一章第一章 概论概论 v 二、二、 复合材料的提出复合材料的提出 v 现代高科技的发展更紧密地依赖于新材料的发展；现代高科技的发展更紧密地依赖于新材料的发展； v 同时也对材料提出了更高、更苛刻的要求。同时也对材料提出了更高、更苛刻的要求。 v 高温、高压、高强度、低密度、耐磨、柔韧高温、高压、高强度、低

5、密度、耐磨、柔韧 性性。 v 当前作为单一的金属、陶瓷、聚合物等材料各自当前作为单一的金属、陶瓷、聚合物等材料各自 固有的局限性而不能满足现代科学技术发展的需要。固有的局限性而不能满足现代科学技术发展的需要。 Company Logo 第一章第一章 概论概论 v 复合材料复合材料特别是特别是先进复合材料先进复合材料就是为了满就是为了满 v足以上高技术发展的需求而开发的高性能的先足以上高技术发展的需求而开发的高性能的先 v进材料。复合材料是应现代科学技术而发展出进材料。复合材料是应现代科学技术而发展出 v来的具有极大生命力的材料。来的具有极大生命力的材料。 Company Logo 第一章第一章

6、 概论概论 v三、复合材料的发展历史和意义三、复合材料的发展历史和意义 v1 1、复合材料的发展历史、复合材料的发展历史 v传统复合材料传统复合材料：6000年前人类就已经会用年前人类就已经会用稻草稻草 加粘土加粘土作为建筑复合材料。作为建筑复合材料。 v 水泥复合水泥复合材料已广泛地应用于高楼大厦和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。河堤大坝等的建筑，发挥着极为重要的作用。 Company Logo 第一章第一章 概论概论 v 复合材料的复合材料的可表示为：可表示为： 古代古代近代近代 先进复合材料先进复合材料 自然界中存在许许多多的天然复合材料。例自然界中

7、存在许许多多的天然复合材料。例 如，如，和和是是和和的复合体；的复合体； 则由则由和和复复 合而成。合而成。 Company Logo 第一章第一章 概论概论 v人类很早就接触和使用各种天然复合材料，并仿效自然界人类很早就接触和使用各种天然复合材料，并仿效自然界 制作各种各样的复合材料。例如制作各种各样的复合材料。例如 陕西半坡人陕西半坡人草梗合泥筑墙，且延用至今；草梗合泥筑墙，且延用至今； 漆器漆器麻纤维和土漆复合而成，至今已四千多年；麻纤维和土漆复合而成，至今已四千多年； 敦煌壁画敦煌壁画泥胎、宫殿建筑里园木表面的披麻覆漆。泥胎、宫殿建筑里园木表面的披麻覆漆。 Company Logo 第

8、一章第一章 概论概论 学术界开始使用学术界开始使用“复合材料复合材料”（composite materials composite materials ） 一词大约是在一词大约是在2020世纪世纪4040年代，当时出现了年代，当时出现了玻璃纤维增强不饱玻璃纤维增强不饱 和聚酯和聚酯，开辟了，开辟了现代复合材料现代复合材料的新纪元。的新纪元。 从从2020世纪世纪6060年代开始，开发出多种年代开始，开发出多种高性能纤维高性能纤维。 2020世纪世纪8080年代以后，由于人们丰富了年代以后，由于人们丰富了设计设计、制造制造和和测试测试等等 方面的知识和经验，加上各类作为复合材料基体的材料的使方面

9、的知识和经验，加上各类作为复合材料基体的材料的使 用和改进，使用和改进，使现代复合材料现代复合材料的发展达到了更高的水平，即进的发展达到了更高的水平，即进 入入高性能复合材料高性能复合材料的发展阶段。的发展阶段。 Company Logo 第一章第一章 概论概论 v近代，复合材料的发展始于近代，复合材料的发展始于20世纪世纪40年代，第年代，第 二次世界大战中，玻璃纤维增强聚酯树脂复合二次世界大战中，玻璃纤维增强聚酯树脂复合 材料被美国空军用于制造飞机构件开始算起。材料被美国空军用于制造飞机构件开始算起。 50年代得到了迅速发展。年代得到了迅速发展。 我国从我国从1958年开始发展复合材料年开

10、始发展复合材料 Company Logo 第一章第一章 概论概论 v现代复合材料的制作成功则要从现代复合材料的制作成功则要从19421942年年，第二次世界，第二次世界 大战中，玻璃纤维增强聚酯树脂复合材料被美国空军大战中，玻璃纤维增强聚酯树脂复合材料被美国空军 用于制造飞机构件开始算起。用于制造飞机构件开始算起。 v材料科学家们认为，就世界范围而论，从材料科学家们认为，就世界范围而论，从19401940年到年到 19601960年这年这2020年间，是玻璃纤维增强塑料时代，可以称年间，是玻璃纤维增强塑料时代，可以称 为复合材料发展的第一代。为复合材料发展的第一代。 v第一代：第一代：1940

11、1940年到年到19601960年，玻璃纤维增强塑料；年，玻璃纤维增强塑料； Company Logo 第一章第一章 概论概论 v第一代复合材料第一代复合材料( (玻璃纤玻璃纤维增强塑料维增强塑料) ) v美国美国S-994S-994玻璃纤维拉伸强度高达玻璃纤维拉伸强度高达4650 MPa4650 MPa，这种，这种 高强度高模量价格低廉的复合材料在武器装备、工高强度高模量价格低廉的复合材料在武器装备、工 业设备、车辆中广泛应用。国外发达国家和军事强业设备、车辆中广泛应用。国外发达国家和军事强 国也在高新技术领域、武器装备、航天航空和车辆国也在高新技术领域、武器装备、航天航空和车辆 中大量采用

12、这类复合材料，以减中大量采用这类复合材料，以减轻质量、降低成本轻质量、降低成本、 增加装置或设备的增加装置或设备的功能特性功能特性。是目前用量最大、技。是目前用量最大、技 术最为成熟的低成本复合材料之一。术最为成熟的低成本复合材料之一。 Company Logo 第一章第一章 概论概论 v19651965年英国科学家研制出碳纤维；年英国科学家研制出碳纤维； v19711971年美国杜邦公司开发出年美国杜邦公司开发出Kevler-49 Kevler-49 （开芙（开芙 拉拉-49 -49 ）；）； v19751975年先进复合材料年先进复合材料“碳纤维增强、及碳纤维增强、及KevlerKevle

13、r 纤维增强环氧树脂复合材料纤维增强环氧树脂复合材料”已用于飞机、火已用于飞机、火 箭的主承力件上。箭的主承力件上。 v这一时期被称为复合材料发展的这一时期被称为复合材料发展的第二代。第二代。 Company Logo 第一章第一章 概论概论 v第二代复合材料第二代复合材料( (碳纤碳纤维增强塑料维增强塑料) ) v以碳纤维增强复合材料为代表。它以卓越的以碳纤维增强复合材料为代表。它以卓越的比强度比强度 （12.8MPa12.8MPa）、）、比模量比模量（12.8GPa12.8GPa）凌驾于当时各种材）凌驾于当时各种材 料之首。由碳纤维增强的聚酰亚胺具有在料之首。由碳纤维增强的聚酰亚胺具有在3

14、00 300 以上以上 长期使用、长期使用、低温脆化低温脆化( (温度温度) )点达点达-196-196的优异性能，的优异性能， 因此获得了各国工业部门和军方的高度重视，在工业因此获得了各国工业部门和军方的高度重视，在工业 领域、空间技术、航天航空、地面武器装备中被广泛领域、空间技术、航天航空、地面武器装备中被广泛 使用。随着碳纤维生产规模的扩大，成本的降低，在使用。随着碳纤维生产规模的扩大，成本的降低，在 普通工业和常规兵器上的应用将获得新的突破。普通工业和常规兵器上的应用将获得新的突破。 Company Logo 第一章第一章 概论概论 19801980年到年到19901990年间，是年间

15、，是 的时代，其中以铝基复合材料的应用最为广的时代，其中以铝基复合材料的应用最为广 泛，这一时期是泛，这一时期是。 Company Logo 第一章第一章 概论概论 1990 1990年以后则被认为是复合材料发展的年以后则被认为是复合材料发展的第四代第四代，主，主 要发展要发展多功能复合材料多功能复合材料，如机敏（智能）复合材料和，如机敏（智能）复合材料和 梯度功能材料等。随着新型复合材料的不断涌现，复梯度功能材料等。随着新型复合材料的不断涌现，复 合材料不仅应用在导弹、火箭、人造卫星等尖端工业合材料不仅应用在导弹、火箭、人造卫星等尖端工业 中，在航空、汽车、造船、建筑、电子、桥梁、机械、中，

16、在航空、汽车、造船、建筑、电子、桥梁、机械、 医疗和体育等各个部门都得到应用。医疗和体育等各个部门都得到应用。 Company Logo 第一章第一章 概论概论 纵观复合材料的发展过程，可以看到：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，可称之为低，生产量大，使用面广，可称之为常用复合材常用复合材 料料。 后来随着高技术发展的需要，在此基础上又发后来随着高技术发展的需要，在此基础上又发 展出性能高的展出性能高的先进复合材料。先进复合材料。 Company Logo 第一章第一章 概论概论 v2、

17、复合材料的意义、复合材料的意义 v 现代高科技的发展更现代高科技的发展更 是离不开复合材料。是离不开复合材料。 v 例如：火箭壳体材料例如：火箭壳体材料 对射程的影响对射程的影响: v 航天领域：航天领域：1kg需费用需费用 10万元万元 Company Logo 第一章第一章 概论概论 v航空发动机材料发展预测如下航空发动机材料发展预测如下: Company Logo 第一章第一章 概论概论 四、课程的重点和要求四、课程的重点和要求 v 学习重点是使学生能够较全面和系统地理解复合学习重点是使学生能够较全面和系统地理解复合 材料及其力学的重要基本概念和理论，各类复合材料材料及其力学的重要基本概

18、念和理论，各类复合材料 的性能、成型工艺、界面特征和结构设计以及复合材的性能、成型工艺、界面特征和结构设计以及复合材 料，同时具有初步的复合材料设计能力。为学生今后料，同时具有初步的复合材料设计能力。为学生今后 在材料领域的学习和研究奠定较坚实的基础。在材料领域的学习和研究奠定较坚实的基础。 Company Logo 复合材料的应用复合材料的应用 Company Logo 复合材料在民用航空中的应用复合材料在民用航空中的应用 The excess weight would hurt aircraft efficiency, resulting in financial penalties to

19、 Airbus. Engineers, however, are still working to shave weight off of the plane. About 25 percent of the A380 is made from composites, including carbon/epoxy and Glare, and fiberglass/aluminum laminate. (1) (1) 机翼，包括中机翼，包括中 央翼盒和部分外翼。央翼盒和部分外翼。 该翼盒重该翼盒重8.8t8.8t，用，用 复合材料复合材料5.3t5.3t，较，较 金属翼盒可减重金属翼盒可减重

20、1.5t1.5t。A380A380机是第机是第 一个将复合材料用一个将复合材料用 于中央翼盒的大型于中央翼盒的大型 民机民机。 (1) (1) 机翼，包括中机翼，包括中 央翼盒和部分外翼。央翼盒和部分外翼。 该翼盒重该翼盒重8.8t8.8t，用，用 复合材料复合材料5.3t5.3t，较，较 金属翼盒可减重金属翼盒可减重 1.5t1.5t。A380A380机是第机是第 一个将复合材料用一个将复合材料用 于中央翼盒的大型于中央翼盒的大型 民机民机。 (2) (2) 垂直尾翼和水平垂直尾翼和水平 尾翼。采用碳纤维增尾翼。采用碳纤维增 强复合材料的硬壳式强复合材料的硬壳式 结构，其水平尾翼大结构，其水

21、平尾翼大 小相当于小相当于A310A310的机翼，的机翼， 垂尾则相当于垂尾则相当于A320A320的的 机翼。尾翼和中央翼机翼。尾翼和中央翼 盒均拟采用先进的自盒均拟采用先进的自 动铺带动铺带(ATL)(ATL)技术制技术制 造。造。 (4) (4) 固定机翼前缘和固定机翼前缘和 机身上的某些次加强机身上的某些次加强 件。采用热塑性复合件。采用热塑性复合 材料制造。热塑性复材料制造。热塑性复 合材料进一步扩大应合材料进一步扩大应 用正处于研究中，如用正处于研究中，如 某些翼肋和垂尾、平某些翼肋和垂尾、平 尾的固定前缘亦可能尾的固定前缘亦可能 用到。用到。 (5) (5) 各种翼身整各种翼身整

22、 流罩、襟翼滑轨流罩、襟翼滑轨 整流罩、操纵面整流罩、操纵面 和起落架舱门等和起落架舱门等 处。采用复合材处。采用复合材 料夹层面板结构料夹层面板结构 制造。制造。 (6) (6) 机翼后缘处的机翼后缘处的 襟、副翼。使用碳襟、副翼。使用碳 纤维增强复合材料，纤维增强复合材料， 当常规的技术难于当常规的技术难于 成形时，可能有部成形时，可能有部 分制件分制件( (如肋和铰如肋和铰 链等链等) )采用采用RTMRTM技术技术 制造。制造。 RTMRTM波纹梁波纹梁 (7) (7) 机身蒙皮壁机身蒙皮壁 板。在机身上计板。在机身上计 划大规模采用一划大规模采用一 种名为种名为GlareGlare层

23、层 板的超混杂复合板的超混杂复合 材料结构。材料结构。 Glare 层板是由（0. 30. 5 mm） 的铝合金薄 板与预浸玻璃纤维带(0. 20. 3 mm) 交替层压 而成的,我国称之为超混杂复合材料 复合材料在复合材料在A380A380客机上仅碳客机上仅碳 纤维复合材料的用量已达纤维复合材料的用量已达32t32t 左右，占结构总重的左右，占结构总重的15%15%，再，再 加上其他种类的复合材料，加上其他种类的复合材料， 其总用量达结构总重的其总用量达结构总重的25%25%左左 右，复合材料在右，复合材料在A380A380客机上客机上 的应用规模，已远远超过的应用规模，已远远超过 B777

24、B777的水平。的水平。这一趋势和动这一趋势和动 向引起了国内复合材料界的向引起了国内复合材料界的 密切关注。密切关注。 继继A380之后，空中客之后，空中客 车公司下一代商用飞机车公司下一代商用飞机A350 将大量使用复合材料。将大量使用复合材料。 A350结构质量的结构质量的39%39%将将 使用复合材料，主要是碳纤使用复合材料，主要是碳纤 维增强塑料复合材料，这些维增强塑料复合材料，这些 材料在垂直尾翼、机翼和机材料在垂直尾翼、机翼和机 身整流板等重要部件中已被身整流板等重要部件中已被 使用。使用。A350复合材料使用量复合材料使用量 将比将比A380有很大增加，有很大增加， A380结

25、构质量的结构质量的25%使用复使用复 合材料，而合材料，而A380之前的空中之前的空中 客车商用飞机使用比例仅客车商用飞机使用比例仅 10%10%。大量使用复合材料以大量使用复合材料以 减轻飞机重量，减少燃油减轻飞机重量，减少燃油 消耗，降低维修成本，延消耗，降低维修成本，延 长飞机使用寿命。长飞机使用寿命。 空客没有在空客没有在B787的竞争机型的竞争机型A350上使用复合材上使用复合材 料机身，而是使用了金属机身，尽管如此，空客仍然料机身，而是使用了金属机身，尽管如此，空客仍然 希望在该机型上复合材料重量能占到希望在该机型上复合材料重量能占到39%左右。（为左右。（为 响应市场趋势并与响应

26、市场趋势并与B787有力竞争，空客考虑重新设有力竞争，空客考虑重新设 计源于早期计源于早期A330系列的系列的A350，使其成为一个全新的，使其成为一个全新的 机型，拥有更大的机身和机翼。）机型，拥有更大的机身和机翼。） B787 B787 B787材料分布材料分布 机身、大梁、翼梁等部件大量采用复合材料，翼肋机身、大梁、翼梁等部件大量采用复合材料，翼肋 采用铝合金。采用铝合金。 B787自动铺丝技术应用自动铺丝技术应用 787飞机机身段整体自动铺丝成型飞机机身段整体自动铺丝成型 B787自动铺丝技术应用自动铺丝技术应用 位于西雅图波音位于西雅图波音 Developmental Center的

27、第一个的第一个 B787复合材料机身复合材料机身 B787飞机机身组装飞机机身组装 Company Logo 复合材料在航空航天中的应用复合材料在航空航天中的应用 Company Logo 复合材料在复合材料在F-22战斗机中的应用战斗机中的应用 Company Logo 复合材料在复合材料在F-22战斗机中的应用战斗机中的应用 美国美国- -“猛禽猛禽”飞机将于世纪初服役飞机将于世纪初服役, ,它爬升更快、它爬升更快、 机动性更好、能清楚地观测更远目标机动性更好、能清楚地观测更远目标, ,不用加力燃烧室可作超不用加力燃烧室可作超 音速巡航飞行音速巡航飞行, ,具有优良的隐身性能。具有优良的隐

28、身性能。 Company Logo 复合材料在复合材料在F-22战斗机中的应用战斗机中的应用 这些优异的作战性能是与其飞机结构使用了先进材料分不开的。这些优异的作战性能是与其飞机结构使用了先进材料分不开的。 - -大量使用了钛合金和复合材料大量使用了钛合金和复合材料, ,钛合金占结构重量的钛合金占结构重量的42%,42%, 复合材料占复合材料占24%,24%,传统飞机材料铝和钢只有传统飞机材料铝和钢只有20%20%。 Company Logo 复合材料在复合材料在F-22战斗机中的应用战斗机中的应用 仅就复合材料用量讲仅就复合材料用量讲, ,- -并不很高并不很高, ,只占结构重量的只占结构重

29、量的% %，但，但 与以往其他飞机相比与以往其他飞机相比, ,它的应用水平提高到了另一级别。复合材料不它的应用水平提高到了另一级别。复合材料不 只是用于蒙皮只是用于蒙皮, ,而且用于机翼梁和垂尾梁。梁和垂尾梁。该机机体上而且用于机翼梁和垂尾梁。梁和垂尾梁。该机机体上 应用复合材料的部件很多应用复合材料的部件很多, ,主要有以下几方面主要有以下几方面: : 前机身前机身: :蒙皮和骨梁、蒙皮和骨梁、 部分隔框和构架、燃油箱骨架和箱壁。部分隔框和构架、燃油箱骨架和箱壁。 Company Logo 复合材料在复合材料在F-22战斗机中的应用战斗机中的应用 中机身中机身: :中机身结构重量的中机身结构

30、重量的% %为铝合金为铝合金, ,% %为复合为复合 材料材料, ,% %为钛合金。其中部分蒙皮、部分隔框和构架、燃油为钛合金。其中部分蒙皮、部分隔框和构架、燃油 箱地板、武器舱门的蒙皮和帽型加强筋由复合材料制造。箱地板、武器舱门的蒙皮和帽型加强筋由复合材料制造。 Company Logo 复合材料在复合材料在F-22战斗机中的应用战斗机中的应用 后机身后机身: :结构重量的结构重量的% %为铝合金为铝合金, ,% %为复合材料为复合材料, ,% % 为钛合金。复合材料主要用于其中的龙骨腹板。为钛合金。复合材料主要用于其中的龙骨腹板。 Company Logo 复合材料在复合材料在F-22战斗

31、机中的应用战斗机中的应用 后机翼后机翼: :结构重量的结构重量的% %为铝合金为铝合金, ,% %为复合材料为复合材料, ,% % 为钛合金。其中蒙皮、中间梁和部分后梁用复合材料制造。尾为钛合金。其中蒙皮、中间梁和部分后梁用复合材料制造。尾 翼翼: :蒙皮和前后缘、梁和肋、水平安定面枢轴。蒙皮和前后缘、梁和肋、水平安定面枢轴。 Company Logo 复合材料在武装直升机中的应用复合材料在武装直升机中的应用 川崎重工研制全复合材料无轴承主旋翼系统的历程已经超过川崎重工研制全复合材料无轴承主旋翼系统的历程已经超过1515年，这是世年，这是世 界直升机设计中极为新颖的一种技术。川崎的该项技术首次

32、被正式应用在界直升机设计中极为新颖的一种技术。川崎的该项技术首次被正式应用在 作战飞机上，就是作战飞机上，就是OH-1OH-1直升机。川崎成功的研究出先进的复合材料成形技直升机。川崎成功的研究出先进的复合材料成形技 术，从而将术，从而将全复合材料无轴承旋翼实用化全复合材料无轴承旋翼实用化。 Company Logo 复合材料在武装直升机中的应用复合材料在武装直升机中的应用 中国已经在武直中国已经在武直1010实现了复合材料尾舵、垂直舵、非关键结构件等较大型实现了复合材料尾舵、垂直舵、非关键结构件等较大型 复合材料技术，复合材料在军用飞机上的应用比重也越来越多。复合材料技术，复合材料在军用飞机上

33、的应用比重也越来越多。 Company Logo 复合材料做为隐身涂层的应用复合材料做为隐身涂层的应用 歼歼2020的整个机体复合材料化，为中国第四代战机实现了真正意义上的大突的整个机体复合材料化，为中国第四代战机实现了真正意义上的大突 破，机身的特性涂料为歼破，机身的特性涂料为歼2020的隐形效果达到了更加完美，这点连美国和俄的隐形效果达到了更加完美，这点连美国和俄 罗斯都不得不为之赞叹。（碳罗斯都不得不为之赞叹。（碳- -耗能塑料材料加到聚氨酯泡沫之类的基体中耗能塑料材料加到聚氨酯泡沫之类的基体中 制成）制成） Company Logo Company Logo Company Logo

34、Company Logo Company Logo Company Logo Company Logo 第一章第一章 概论概论 v1.复合材料的定义复合材料的定义 v什么是复合材料什么是复合材料 (Composition Materials , Composite) ? 要给复合材料下一个严格精确而又统一的定义是很要给复合材料下一个严格精确而又统一的定义是很 困难的。概括前人的观点，有关复合材料的定义或偏困难的。概括前人的观点，有关复合材料的定义或偏 重于考虑重于考虑，或偏重于考虑，或偏重于考虑 。 Company Logo 、复合材料的定义 v 偏重于考虑偏重于考虑诸如：诸如： 复合材料是由

35、两种或更多的组分材料结合在一起，复合后复合材料是由两种或更多的组分材料结合在一起，复合后 的的应超过组分材料，保留了所期望的性能应超过组分材料，保留了所期望的性能(高强度、高强度、 刚度、轻的重量刚度、轻的重量)，抑制了所不期望的特性。，抑制了所不期望的特性。 复合材料是多功能的材料系统，它们可提供任何单一材料复合材料是多功能的材料系统，它们可提供任何单一材料 所无法获得的特性；它们是由两种或多种成分不同，性质不同，所无法获得的特性；它们是由两种或多种成分不同，性质不同， 有时形状也不同的相容性材料，以有时形状也不同的相容性材料，以结合而成的。结合而成的。 Company Logo 、复合材料

36、的定义 v 偏重于考虑偏重于考虑，诸如：，诸如： （）（）复合材料是两种或多种材料复合材料是两种或多种材料在在组合而成的一种有组合而成的一种有 用的材料。用的材料。 （）（）复合材料就是两种或两种以上的不同化学性质或不同组织相复合材料就是两种或两种以上的不同化学性质或不同组织相 的物质，的物质，以以组合而成的材料。组合而成的材料。 （）（）复合材料是不同于合金的一种材料，在合金中，每一种组分复合材料是不同于合金的一种材料，在合金中，每一种组分 都保留着它们独立的特性，而构成复合材料时，仅取它们的优点而都保留着它们独立的特性，而构成复合材料时，仅取它们的优点而 避开其缺点，从而获得一种改善了的材

37、料。避开其缺点，从而获得一种改善了的材料。 Company Logo 、复合材料的定义 FL. Matthews和和DRawlings认为，复合材料是两个或认为，复合材料是两个或 两个以上两个以上，并应满足下面三个条件：，并应满足下面三个条件： (1)组元含量大于组元含量大于5； (2)复合材料的性能显著不同于各组元的性能，复合材料的性能显著不同于各组元的性能， (3)通过各种方法混合而成。通过各种方法混合而成。 Company Logo 、复合材料的定义 按这按这Matthews和和Rawlings给出的定义，钢铁及其合金不应属于给出的定义，钢铁及其合金不应属于 复合材料，如复合材料，如Co

38、CrMoSi合金不属于复合材料，因为合金不属于复合材料，因为 这种合金经过这种合金经过过程；而仅有像过程；而仅有像SiC颗粒强化的颗粒强化的Al 合金这种混合而成的材料才属于复合材料。因此有人认为可合金这种混合而成的材料才属于复合材料。因此有人认为可 将复合材料划分为将复合材料划分为和和。 Company Logo 、复合材料的定义 从广义上讲，复合材料是由从广义上讲，复合材料是由 组合而成的材料。但在现代材料学界中，复合材料专指由组合而成的材料。但在现代材料学界中，复合材料专指由 所组成的材料。所组成的材料。 Company Logo 、复合材料的定义 复合材料可复合材料可定义定义为：用经过

39、选择的、含为：用经过选择的、含一定数量一定数量 比比的两种或两种以上的不同性能、不同形态的组分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（或称组元）材料通过人工复合人工复合组合而成的多相、三组合而成的多相、三 维结合且各相之间有明显界面的、具有维结合且各相之间有明显界面的、具有特殊性能特殊性能的材的材 料。它既保持了原组分的主要特点，又显示了原组分料。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。材料所没有的新性能。 Company Logo 、复合材料的定义 上述复合材料的定义较易被普遍接受，它不仅明确指出复合材上述复合材料的定义较易被普遍接受，它不仅

40、明确指出复合材 料是料是“通过人工复合的通过人工复合的”和和“有特殊性能的有特殊性能的”材料，而且还材料，而且还 指明了复合材料的指明了复合材料的组分、结构特点及与其他种材料组分、结构特点及与其他种材料（如简单（如简单 混合物、化合物、合金）混合物、化合物、合金）的特征区别。的特征区别。 根据上述复合材料的定义，复合材料根据上述复合材料的定义，复合材料应不包括应不包括自自然然形成的形成的 具有某些复合材料形态的物质、化合物、单相合金和多相合具有某些复合材料形态的物质、化合物、单相合金和多相合 金。金。 Company Logo 、复合材料的定义 吴人洁教授吴人洁教授“在复合材料的未来发展在复合

41、材料的未来发展”一文中指出：复合材料将一文中指出：复合材料将 由由宏观复合形式宏观复合形式向向微观微观(细观细观)复合形式复合形式发展。发展。微观复合材料微观复合材料包括：包括： 均质材料在加工过程中内部析出的增强相和剩余的基体相构成的均质材料在加工过程中内部析出的增强相和剩余的基体相构成的 原位复合材料原位复合材料或或纤维增强复合材料纤维增强复合材料，也包括用纳米级增强体的复，也包括用纳米级增强体的复 合材料以及刚强棒状分子增强的分子复合材料等。合材料以及刚强棒状分子增强的分子复合材料等。 综上所述，复合材料定义所阐述的主要有两点，即综上所述，复合材料定义所阐述的主要有两点，即组成规律国组成

42、规律国 际标准化组织际标准化组织：由两种以上：由两种以上在物理和化学上在物理和化学上不同的物质组合起来不同的物质组合起来 而得到的一种而得到的一种多相固体材料多相固体材料。 Company Logo 、复合材料的定义 中关于复合材料的定义如下：中关于复合材料的定义如下： 复合材料是由有机高分子、无机非金属或金属等几类不复合材料是由有机高分子、无机非金属或金属等几类不 同材料同材料通过复合工艺通过复合工艺组合而成的新型材料。它既保留组合而成的新型材料。它既保留 原组成材料的重要特色，又通过复合效应获得原组分原组成材料的重要特色，又通过复合效应获得原组分 所不具备的性能。可以通过所不具备的性能。可

43、以通过材料设计材料设计使各组分的性能使各组分的性能 互相补充并彼此关联，从而获得更优越的性能，互相补充并彼此关联，从而获得更优越的性能，与一与一 般材料的简便混合有本质区别般材料的简便混合有本质区别。 Company Logo 、复合材料的定义 中关于复合材料的定义为：中关于复合材料的定义为： 复合材料是根据应用的需要进行设计，把两种以上的复合材料是根据应用的需要进行设计，把两种以上的 有机聚合物材料，或无机非金属材料，或金属材料有机聚合物材料，或无机非金属材料，或金属材料 组合在一起，使之组合在一起，使之，从而制成的一类，从而制成的一类 新型材料。一般由基体组元与增强材料或功能体组新型材料。

44、一般由基体组元与增强材料或功能体组 元所组成，因此亦属于元所组成，因此亦属于范畴。范畴。 Company Logo 、复合材料的定义 根据根据中关于复合材料的定义可以看出中关于复合材料的定义可以看出,复合材料具有复合材料具有 两个鲜明的特点两个鲜明的特点: 、复合材料不仅能保持原组分的部分优点，而且产生原组分所不具、复合材料不仅能保持原组分的部分优点，而且产生原组分所不具 备的备的 、复合材料具有、复合材料具有。由于各种原材料都具有各自的优点和缺。由于各种原材料都具有各自的优点和缺 点点.因此复合材料必须通过对因此复合材料必须通过对和和 等，以使原组分材料的优点互相补充，同时利用等，以使原组分

45、材料的优点互相补充，同时利用 复合材料的复合材料的使之出现新的性能，最大限度地发挥优势。使之出现新的性能，最大限度地发挥优势。 Company Logo 1、复合材料的、复合材料的 组分和相对含组分和相对含 量是由人工选量是由人工选 择和设计的择和设计的 复合材料的特点复合材料的特点 2.复合材料是以人复合材料是以人 工制造而非天然形工制造而非天然形 成的（区别于具有成的（区别于具有 某些复合材料形态某些复合材料形态 特征的天然物质）特征的天然物质） 、复合材料的定义 Company Logo 、复合材料的定义 3 组成复合材料的组成复合材料的 某些组分在复合某些组分在复合 后仍然后仍然保持其

46、固保持其固 有的物理和化学有的物理和化学 性质性质（区别于化（区别于化 合物和合金）合物和合金）. 5 复合材料的复合材料的性能性能取取 决于决于各组成相性能各组成相性能 的协同的协同。复合材料。复合材料 具有新的、独特的具有新的、独特的 和可用的性能，这和可用的性能，这 种性能是单个组分种性能是单个组分 材料性能所不及或材料性能所不及或 不同的不同的 4 复合材料是各复合材料是各 组分之间组分之间被明被明 显界面区分显界面区分的的 多相材料多相材料 Company Logo 、复合材料的定义 综上所述，复合材料应具有以下三个特点：综上所述，复合材料应具有以下三个特点： (1)复合材料是由两种

47、或两种以上不同性能的材复合材料是由两种或两种以上不同性能的材 料组元料组元通过宏观或微观复合通过宏观或微观复合形成的一种新型材料，形成的一种新型材料， 组元之间存在着组元之间存在着明显的界面明显的界面。 (2)复合材料中各组元不但复合材料中各组元不但保持各自的固有特性保持各自的固有特性 而且可而且可最大限度发挥各种材料组元的特性最大限度发挥各种材料组元的特性，并赋，并赋 予单一材料组元所不具备的优良持殊性能。予单一材料组元所不具备的优良持殊性能。 (3)复合材料具有复合材料具有 Company Logo 、复合材的料定义 细观上是非均相材料，组分材料有明显的界面细观上是非均相材料，组分材料有明

48、显的界面 组分材料性能差距较大组分材料性能差距较大 组成组分材料后性能有较大改进组成组分材料后性能有较大改进 组分材料的体积分数大于组分材料的体积分数大于10% 复合材料的特征复合材料的特征 4 1 2 3 Company Logo 、复合材料的定义 复合材料的结构通常有一个相为连续相，称为复合材料的结构通常有一个相为连续相，称为；而；而 另一相是以独立的形态分布在整个连续相中的分散相，另一相是以独立的形态分布在整个连续相中的分散相， 与连续相相比，这种与连续相相比，这种，会使材料的性，会使材料的性 能显著增强，故常称为能显著增强，故常称为 (也称为增强材料、增强也称为增强材料、增强 相等相等

49、)。在大多数情况下，分散相较基体。在大多数情况下，分散相较基体硬硬，强度和刚强度和刚 度度较基体大。分散相可以是纤维及其编织物，也可以是较基体大。分散相可以是纤维及其编织物，也可以是 颗粒状或弥散的填料。在基体与增强体之间存在界面。颗粒状或弥散的填料。在基体与增强体之间存在界面。 Company Logo 、复合材料的定义 在制造前，基体材料的形状可以是在制造前，基体材料的形状可以是薄片、粉末、块状或无薄片、粉末、块状或无 定形的流体定形的流体，它的状态可以是，它的状态可以是固体、气态、熔融态或半固体、气态、熔融态或半 固半液态固半液态。但与增强相固结后，基体相在复合材料中就。但与增强相固结后，基体相在复合材料中就 成为包裹增强相的连续体。因此，基体相也叫连续相。成为包裹增强相的连续体。因此，基体相也叫连续相。 基体相具有支撑和保护增强相的作用基体相具有支撑和保护增强相的作用，在复合材料承受，在复合材料承受 外载荷时，基体相主要以外载荷时，基体相主要以剪切变形剪切变形的方式向增强相的方式向增强相分配分配 和传递载荷和传递载荷的作用。的作用。 Company Logo 、复合材料的定义 复合材料是由基体相、增强相和界面组成。这三相的结构与性复合材料是由基体相、增强相和