1、复合材料及其力学基础复合材料及其力学基础西南交通大学西南交通大学应用力学与工程系应用力学与工程系20142014年年2 2月月第一章第一章 绪论绪论 1-1 复合材料的定义及分类 1-3 复合材料的力学分析方法1-4 复合材料的性能 1-5 复合材料的应用 1-6 复合材料的构造及制法 1-2 复合材料的组分 1-1 1-1 复合材料的定义及分类复合材料的定义及分类 一、复合材料的定义一、复合材料的定义广义：广义：由两相或多相组分构成的材料（包括自然的由两相或多相组分构成的材料（包括自然的和人工的）。和人工的）。狭义：狭义：由由两种两种或或多种不同性质多种不同性质的材料用物理和化学的材料用物理
2、和化学方法在宏观尺度上组成的具有新性能的材料。方法在宏观尺度上组成的具有新性能的材料。1、定义、定义 复合材料的发展，经历了古代、近代和现代三个复合材料的发展，经历了古代、近代和现代三个阶段阶段 自古以来，人们就会使用天然的复合材料自古以来，人们就会使用天然的复合材料木材、木材、竹、骨骼等。最原始的人造复合材料是在粘土泥浆中竹、骨骼等。最原始的人造复合材料是在粘土泥浆中掺稻草，制成土坯砖。掺稻草，制成土坯砖。近代复合材料最早的有近代复合材料最早的有玻璃纤维增强树脂玻璃纤维增强树脂（如酚醛树（如酚醛树脂、环氧树脂等）脂、环氧树脂等）玻璃钢。玻璃钢。原子能、航空、航天、电子、化工等的发展，对材料原
3、子能、航空、航天、电子、化工等的发展，对材料的轻质、高强、高模、高韧性、耐高温、耐磨、耐腐的轻质、高强、高模、高韧性、耐高温、耐磨、耐腐蚀、电性能等提出了更高要求，使现代蚀、电性能等提出了更高要求，使现代先进复合材料先进复合材料蓬勃发展起来蓬勃发展起来高性能纤维高性能纤维和其他各种形式的复合和其他各种形式的复合材料材料 复合材料应具有如下三个特点：复合材料应具有如下三个特点：由两种或两种以上不同性能的材料组元通过宏观由两种或两种以上不同性能的材料组元通过宏观或微观复合形成的一种新型材料，组元间存在着或微观复合形成的一种新型材料，组元间存在着明显的界面；明显的界面；各组元不但保持各自的固有特性，
4、而且还最大限各组元不但保持各自的固有特性，而且还最大限度发挥各种材料组元的特性，并赋予单一材料组度发挥各种材料组元的特性，并赋予单一材料组元所不具备的优良特殊性能；元所不具备的优良特殊性能；复合材料具有可设计性。复合材料具有可设计性。2、特点、特点3、基体和增强体、基体和增强体 基基 体：体：复合材料中比较连续的相；复合材料中比较连续的相；增强相：增强相：其它一些以独立形态分布于整个连其它一些以独立形态分布于整个连 续相中的分散相；续相中的分散相；界界 面：面：两者之间的结合部称为界面。两者之间的结合部称为界面。二、复合材料的分类二、复合材料的分类 1、按来源分：、按来源分：天然（竹、木材、麻
5、等）；天然（竹、木材、麻等）；人工人工 2、按基体材料的种类分：、按基体材料的种类分：聚合物基复合材料：热固性、热塑性、橡胶；聚合物基复合材料：热固性、热塑性、橡胶；金属基复合材料：铝，钛合金；金属基复合材料：铝，钛合金；陶瓷基复合材料；陶瓷基复合材料；石墨基复合材料：石墨基复合材料：C-C；混凝土基复合材料混凝土基复合材料 3、按增强相分类：、按增强相分类：纤维增强复合材料：长纤维，短纤维；纤维增强复合材料：长纤维，短纤维；晶须增强复合材料；晶须增强复合材料；颗粒增强复合材料；颗粒增强复合材料；混合增强复合材料：不同形态的增强相共同增强混合增强复合材料：不同形态的增强相共同增强的复合材料。的
6、复合材料。4、按用途分类：、按用途分类：结构复合材料；结构复合材料；功能复合材料：电磁学、光学、热学、声学及摩功能复合材料：电磁学、光学、热学、声学及摩擦、阻尼材料；擦、阻尼材料；智能复合材料：自适应环境。智能复合材料：自适应环境。1-2 1-2 复合材料的组分复合材料的组分 1-2-1 树脂基复合材料树脂基复合材料一、纤维（增强体）一、纤维（增强体）1、对纤维的基本要求、对纤维的基本要求 1）力学性能：一般要求要高）力学性能：一般要求要高2）表面状态：应易于与树脂浸润）表面状态：应易于与树脂浸润3）长度、根数及捻度：长度应满足）长度、根数及捻度：长度应满足FRC的要求；的要求；纤维束丝中单丝
7、根数应能符合纤维束丝中单丝根数应能符合FRC每层压厚的要求。每层压厚的要求。6）环扣强度：是衡量纤维柔韧性的一个指标，可用）环扣强度：是衡量纤维柔韧性的一个指标，可用来表明纤维工艺性能的好坏。来表明纤维工艺性能的好坏。4）细度和均匀度：细度是指单丝直径；均匀度是指）细度和均匀度：细度是指单丝直径；均匀度是指直径的均匀程度，须满足一定的规定。直径的均匀程度，须满足一定的规定。5）毛丝，毛团：为纤维束中的杂质，在一定纤维束）毛丝，毛团：为纤维束中的杂质，在一定纤维束长度上不允许超过一定数目。长度上不允许超过一定数目。2、纤维的分类：、纤维的分类：无机纤维：玻璃纤维、碳纤维、硼纤维及氧化硅、无机纤维
8、：玻璃纤维、碳纤维、硼纤维及氧化硅、氧化铝纤维等；氧化铝纤维等；有机纤维：芳纶纤维、尼龙纤维及聚烯烃纤维等。有机纤维：芳纶纤维、尼龙纤维及聚烯烃纤维等。1）玻璃纤维）玻璃纤维 3、几种常用的纤维、几种常用的纤维 拉伸强度拉伸强度2.54.58GPa；密度；密度2.142.55g/cm3；拉伸模；拉伸模量量 5586GPa；延伸率；延伸率 3.375.2%拉伸强度拉伸强度1.7GPa；拉伸模量；拉伸模量200400GPa；耐高温：；耐高温：2000。2）碳纤维）碳纤维 3）芳纶）芳纶 拉伸强度高，约为铝合金的拉伸强度高，约为铝合金的5倍；弹性模量高，比玻倍；弹性模量高，比玻璃纤维高璃纤维高1倍；
9、密度小；韧性好倍；密度小；韧性好。4）硼纤维）硼纤维 拉伸强度拉伸强度3.45GPa；密度；密度2.42.6g/cm3；拉伸模量；拉伸模量 400GPa5）氧化铝纤维）氧化铝纤维 拉伸强度拉伸强度1.72.0GPa；密度；密度3.95g/cm3；拉伸模量；拉伸模量 380GPa6）碳化硅纤维）碳化硅纤维 拉伸强度拉伸强度3.35GPa；密度；密度3.05g/cm3；拉伸模量；拉伸模量400GPa玻璃纤维绳玻璃纤维布玻璃纤维绳玻璃纤维纸纳米碳管纤维碳纤维绳二、树脂基体二、树脂基体1、FRC树脂基体的基本要求树脂基体的基本要求 1）分子量及其分布：分子量要适中，其分布范围）分子量及其分布：分子量要
10、适中，其分布范围应尽量小。应尽量小。2）粘度和流动性：若树脂粘度小，则易于浸渍纤）粘度和流动性：若树脂粘度小，则易于浸渍纤维，并且流动性好。维，并且流动性好。3）挥发分）挥发分：树脂挥发分应尽量小：树脂挥发分应尽量小4）固化特性：要求固化温度尽可能低，固化压力）固化特性：要求固化温度尽可能低，固化压力尽可能小，固化时间尽可能短。尽可能小，固化时间尽可能短。5）力学性能：具有一定的强度，模量，延伸率，）力学性能：具有一定的强度，模量，延伸率，压缩性能。压缩性能。6）与纤维的相容性：要好。）与纤维的相容性：要好。7）耐热性能：包含耐温性和耐热老化性。）耐热性能：包含耐温性和耐热老化性。8）有耐腐蚀
11、性能，介电性能，阻燃性，自熄性）有耐腐蚀性能，介电性能，阻燃性，自熄性等。等。2、树脂的分类、树脂的分类分为热固性树脂和热塑性树脂两类。分为热固性树脂和热塑性树脂两类。热固性：热固性：加温和加压固化，不溶不熔，不可再利用。加温和加压固化，不溶不熔，不可再利用。如聚酯，环氧，聚酰亚胺，酚醛等。如聚酯，环氧，聚酰亚胺，酚醛等。热塑性：热塑性：加热液化，可溶可熔，结晶态有固定熔点，加热液化，可溶可熔，结晶态有固定熔点，可再利用。如聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯等。可再利用。如聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯等。1、MMC对增强体的基本要求对增强体的基本要求1-2-2 金属基复合材料金属基复合材料一、增强体一、增强
12、体1）应具有能明显提高金属基体所需特性的性能；）应具有能明显提高金属基体所需特性的性能；2）应具有良好的化学稳定性，在金属基复合材料）应具有良好的化学稳定性，在金属基复合材料制备和使用过程中基体有良好的化学相容性，不发制备和使用过程中基体有良好的化学相容性，不发生严重的界面反应；生严重的界面反应；3）与金属有良好的浸润性或通过表面处理能与金）与金属有良好的浸润性或通过表面处理能与金属良好浸润，以保证增强物与金属基体良好的复合属良好浸润，以保证增强物与金属基体良好的复合和均匀分布。和均匀分布。2、分类、分类 按形态可分为长纤维、短纤维、晶须和颗粒增按形态可分为长纤维、短纤维、晶须和颗粒增强体；从
13、材质来看有碳纤维、氧化铝纤维、碳化硅强体；从材质来看有碳纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、石墨纤维、碳化钛纤维、氮化硼纤维等。纤维、石墨纤维、碳化钛纤维、氮化硼纤维等。二、基体二、基体 1、选择基体应注意的事项、选择基体应注意的事项 1）满足金属基复合材料的不同使用要求）满足金属基复合材料的不同使用要求 飞行器和卫星构件飞行器和卫星构件密度小的轻金属合金，如密度小的轻金属合金，如Mg、Al合金；合金；高性能发动机高性能发动机耐高温的合金，如耐高温的合金，如Ti、Ni基合金；基合金；汽车发动机汽车发动机耐磨，耐热，导热，一定的高温强度，耐磨，耐热，导热，一定的高温强度，价廉的合金，如价廉的合金，如A
14、l合金；合金；电子工业集成电路电子工业集成电路高导热，低热膨胀材料，如银，高导热，低热膨胀材料，如银，铜，铝等金属。铜，铝等金属。2）应注意金属基复合材料组成的特点）应注意金属基复合材料组成的特点长纤维复合材料长纤维复合材料纯或含有少量合金元素的合金，纯或含有少量合金元素的合金，如纯铝或铝合金（低强度）；如纯铝或铝合金（低强度）；不连续增强复合材料不连续增强复合材料高强度合金高强度合金。1-3 1-3 复合材料的性能复合材料的性能 一、复合材料的优点一、复合材料的优点 1.材料性能的可设计性材料性能的可设计性 其宏观性能可根据人们的需要通过细观性能来设计，其宏观性能可根据人们的需要通过细观性能
15、来设计，因此可充分发挥材料的潜力。因此可充分发挥材料的潜力。2.制造工艺简单，成本较低。制造工艺简单，成本较低。3.化学稳定性高。化学稳定性高。4、比强度，比刚度高比强度，比刚度高 材料材料密度密度模量模量(GPa)强度强度(MPa)比刚度比刚度比强度比强度连续连续S-玻璃纤玻璃纤维维/环氧树脂环氧树脂1.9960175030.287925%SiCw/氧氧化铝化铝3.7390900（弯曲（弯曲强度）强度）105243.2GRP(GF/EP)1.838.615002104833.3CRP(CF/EP)1.6181.01062113.1663.850%Al2O3f/Al2.913090049310
16、高强高强Al合金合金2.46840028.8166.7A3钢钢7.8621046027597、其它的特殊性能：其它的特殊性能：5、高、低温性能好，膨胀系数小高、低温性能好，膨胀系数小6、耐磨、减摩，自润性好耐磨、减摩，自润性好 具有耐烧蚀性，耐辐射性，耐蠕变性以及特殊的光，具有耐烧蚀性，耐辐射性，耐蠕变性以及特殊的光，电，磁性能。电，磁性能。二、复合材料的缺点二、复合材料的缺点 1.材料性能的各向异性严重材料性能的各向异性严重 垂直于纤维方向的力学性能较低，特别是层间剪切强垂直于纤维方向的力学性能较低，特别是层间剪切强度很低。度很低。2.材料性能分散性较大，质量控制和材料性能分散性较大，质量控
17、制和 检测比较困难。检测比较困难。3.材料成本较高。材料成本较高。4.有些复合材料韧性差，机械连接较困难。有些复合材料韧性差，机械连接较困难。1-4 1-4 复合材料的应用复合材料的应用 一、航空航天工程一、航空航天工程 碳纤维树脂基复合材料：发动机叶片。碳纤维树脂基复合材料：发动机叶片。硼纤维硼纤维/铝：铝：TF30-发动机叶片。发动机叶片。玻璃钢：直升机旋翼。玻璃钢：直升机旋翼。CF/GF复合材料：军用飞机机翼、机身。复合材料：军用飞机机翼、机身。石墨纤维复合材料：喷气发动机石墨纤维复合材料：喷气发动机 CF/KF混杂复合材料：起落架，舱门混杂复合材料：起落架，舱门复合材料的应用实例复合材
18、料的应用实例 碳纤维碳纤维/环氧树脂环氧树脂 碳纤维碳纤维/芳纶芳纶/环氧树脂环氧树脂 玻璃纤维增强塑料玻璃纤维增强塑料 芳纶芳纶/杜邦聚酰胺杜邦聚酰胺 芳纶芳纶/泡沫芯板泡沫芯板 碳纤维碳纤维/杜邦聚酰胺杜邦聚酰胺GLARE蒙皮用于蒙皮用于A380飞机的上机身蒙皮飞机的上机身蒙皮B-2隐形轰炸机隐形轰炸机 除主体结构是钛复合材料外，其它部分均由碳纤维和石墨除主体结构是钛复合材料外，其它部分均由碳纤维和石墨等复合材料构成，不易反射。等复合材料构成，不易反射。轻巧的碳轻巧的碳/碳复合材料碳复合材料全复合材料机身：轻型机的价格，中型机的宽敞客舱，客全复合材料机身：轻型机的价格，中型机的宽敞客舱，客
19、舱内站立高度为舱内站立高度为1.65米。米。目前商用飞机上复合材料仅占全机重量的目前商用飞机上复合材料仅占全机重量的50%，而，而某些直升机早已达到某些直升机早已达到90%荷兰计划研发新型绿色环保飞机荷兰计划研发新型绿色环保飞机 外形将酷似飞碟，另一个设想就是使用复合材料，如纤维增强外形将酷似飞碟，另一个设想就是使用复合材料，如纤维增强塑料。这种复合材料强度可与金属媲美，而重量却比金属轻得塑料。这种复合材料强度可与金属媲美，而重量却比金属轻得多，因此可以节省燃油。多，因此可以节省燃油。二、机械工业二、机械工业 主要用于阀、泵、齿轮、风机、风片、轴及主要用于阀、泵、齿轮、风机、风片、轴及密封件等
20、。密封件等。三、汽车工业及交通运输行业三、汽车工业及交通运输行业 主要用于整车重量的降低，是复合材料应用主要用于整车重量的降低，是复合材料应用最活跃的行业之一。最活跃的行业之一。四、化学工业四、化学工业耐蚀件，各种容器耐蚀件，各种容器。碳碳/碳复合材料碳复合材料复合材料军用吉普车复合材料军用吉普车玻璃纤维玻璃纤维/碳纤维碳纤维/增强树脂增强树脂美洲轻木美洲轻木泡沫泡沫超级跑车超级跑车车身大量应用碳纤维复合材料车身大量应用碳纤维复合材料五、兵器工业五、兵器工业 复合装甲，防弹头盔复合装甲，防弹头盔 船舶业，生物医学，运动器械，食品工业等。船舶业，生物医学，运动器械，食品工业等。六、建筑领域六、建
21、筑领域玻璃纤维增强水泥，玻璃钢等。玻璃纤维增强水泥，玻璃钢等。七、其他领域七、其他领域绿可木，生态木塑复合材料，绿可木，生态木塑复合材料，木塑复合材料吸音板木塑复合材料吸音板复合材料（玻璃钢）制品复合材料（玻璃钢）制品生物医学制品和体育运动生物医学制品和体育运动复合材料被用来预防受伤，矫正生理复合材料被用来预防受伤，矫正生理机能，和帮助病人复原。机能，和帮助病人复原。生物医学制品和以体育运动器材为主生物医学制品和以体育运动器材为主的碳纤维复合材料制品的碳纤维复合材料制品碳纤维碳纤维/树脂复合材料树脂复合材料生产充气船及其胶布制品，采用国际上先进的生产充气船及其胶布制品，采用国际上先进的A级级R
22、TP复合材料复合材料新型日光温室复合材料新型日光温室复合材料温室骨架和纵拉杆全部采用复合材料制成温室骨架和纵拉杆全部采用复合材料制成热塑性复合材料在近热塑性复合材料在近20年中，增长速率持续较快，年中，增长速率持续较快，是热固性的是热固性的3倍。倍。聚合物纳米复合材料聚合物纳米复合材料聚合物聚合物层状粘土层状粘土传统的传统的复合材料复合材料插入的插入的纳米复合材料纳米复合材料片状剥片状剥离的离的纳米复纳米复合材料合材料新型的纳米黏土新型的纳米黏土片层越小，分散得越好，则复合材料的性能越好片层越小，分散得越好，则复合材料的性能越好http:/ 1-6 复合材料的构造及制法复合材料的构造及制法 1
23、-6-1 复合材料的基本构造形式复合材料的基本构造形式 纤维按一个方向整齐排列或由双向交织纤维平面纤维按一个方向整齐排列或由双向交织纤维平面排列。（各向异性、线弹性）排列。（各向异性、线弹性）1，2，3材料的主轴：纵向：纤维方向（材料的主轴：纵向：纤维方向（1）；横）；横向：垂直于纤维方向（向：垂直于纤维方向（2）；厚度方向（）；厚度方向（3）：）：一、单层复合材料一、单层复合材料 二、叠层复合材料（层合板）二、叠层复合材料（层合板）由多层的单层板铺放成叠层形式，进行粘合，经由多层的单层板铺放成叠层形式，进行粘合，经过加热固化形成，各层单层板的纤维方向一般不同。过加热固化形成，各层单层板的纤维
24、方向一般不同。表示方法表示方法 a a/0o/90o/-a a三、短纤维复合材料三、短纤维复合材料 由随机或单向排列的短切纤维组成。由随机或单向排列的短切纤维组成。随机取向：各向同性随机取向：各向同性 单向取向：各向异性单向取向：各向异性四、颗粒增强复合材料四、颗粒增强复合材料 颗粒随机分布，宏观各向同性。颗粒随机分布，宏观各向同性。一、树脂基复合材料一、树脂基复合材料1-6-2 复合材料复合材料成型方法成型方法1、接触成型：手糊成型；喷射成型。、接触成型：手糊成型；喷射成型。2、压力成型：模压、袋压或层压成型。、压力成型：模压、袋压或层压成型。3、缠绕成型：生产、缠绕成型：生产PMC回转体结
25、构。回转体结构。4、编织成型：制备多向、三维复合材料。、编织成型：制备多向、三维复合材料。6、其他成型：注射、拉挤或树脂传递成型。、其他成型：注射、拉挤或树脂传递成型。5、夹层结构制造成型、夹层结构制造成型二、金属基复合材料二、金属基复合材料1、固态成型：扩散结合或粉末冶金成型。、固态成型：扩散结合或粉末冶金成型。2、液态成型：压铸、半固态复合铸造或无压、液态成型：压铸、半固态复合铸造或无压渗透成型。渗透成型。3、喷涂和喷射沉积成型、喷涂和喷射沉积成型4、原位复合成型：共晶合金定向凝固法、直、原位复合成型：共晶合金定向凝固法、直接金属氧化法和反应生成法。接金属氧化法和反应生成法。3 树脂基复合
26、材料成型技术简介树脂基复合材料成型技术简介3.1 手糊成型手糊成型 手糊成型是依次在模具型腔表面涂布或铺迭手糊成型是依次在模具型腔表面涂布或铺迭脱模剂、胶衣、粘度适中的树脂基体脱模剂、胶衣、粘度适中的树脂基体(胶衣凝胶后胶衣凝胶后涂覆涂覆)，手持辊子或刷子使纤维浸渍基体，并驱除，手持辊子或刷子使纤维浸渍基体，并驱除气泡，压实基层。铺层操作反复多次，直到达到气泡，压实基层。铺层操作反复多次，直到达到制品的设计厚度。制品的设计厚度。重点介绍手糊成型及模压成型重点介绍手糊成型及模压成型一一 优点优点1 1、不受产品尺寸和形状的限制，适宜尺寸大，批、不受产品尺寸和形状的限制，适宜尺寸大，批量小，整体式
27、及结构复杂产品的制作；量小，整体式及结构复杂产品的制作；2 2、可以根据设计要求合理利用增强材料，可以在、可以根据设计要求合理利用增强材料，可以在制品不同部位任意局部增强；制品不同部位任意局部增强；3 3、制品树脂含量可调，耐腐蚀性能好；、制品树脂含量可调，耐腐蚀性能好；4 4、设备简单，投资少，操作方便，生产准备时间、设备简单，投资少，操作方便，生产准备时间短，工艺简便。短，工艺简便。1、生产效率低，劳动强度大，劳动卫生条、生产效率低，劳动强度大，劳动卫生条件差；件差；2、产品质量不易控制，性能稳定性不高；、产品质量不易控制，性能稳定性不高；3、产品强度较其他成型工艺低，尺寸精度、产品强度较
28、其他成型工艺低，尺寸精度较差。较差。二二 缺点缺点纤维增强材料纤维增强材料处理处理剪裁剪裁固化固化手糊成型手糊成型检验检验后处理后处理树脂树脂脱模脱模修整修整成品成品固化剂固化剂干燥干燥模具模具涂脱模剂涂脱模剂辅助材料辅助材料树脂胶液配树脂胶液配制制增强材料准增强材料准备备准备准备准备准备为下一次手糊为下一次手糊成型做准备成型做准备基本工艺流程基本工艺流程3.2 模压成型模压成型1、生产效率较高；、生产效率较高；2、制品尺寸准确，表面光洁；、制品尺寸准确，表面光洁；3、可一次成型，无需二次加工；、可一次成型，无需二次加工；4、制品外观及尺寸的重复性好，容易实现机、制品外观及尺寸的重复性好，容易
29、实现机械化和自动化。械化和自动化。一一 优点优点二二 缺点缺点1、模具设计制造复杂，压机及模具投资高；、模具设计制造复杂，压机及模具投资高；2、制品尺寸受设备限制，一般只适合批量、制品尺寸受设备限制，一般只适合批量大的中、小型制品。大的中、小型制品。二二 工艺流程工艺流程模具预热模具预热脱模剂涂刷脱模剂涂刷料的称量料的称量料预热和料预热和预成型预成型装模装模压制压制脱模脱模打底及辅打底及辅助加工助加工检验检验成品成品后处理后处理压制前准备压制前准备压制压制4.1 固态法固态法4 金属基复合材料制备工艺简介金属基复合材料制备工艺简介只介绍固态法和液态法两大类只介绍固态法和液态法两大类 扩散结合工
30、艺中主要有三个关键步骤：扩散结合工艺中主要有三个关键步骤：（1）纤维的排布；（）纤维的排布；（2）复合材料的叠加和真）复合材料的叠加和真空封装；（空封装；（3）热压。其具体工艺流程如下：）热压。其具体工艺流程如下：一、扩散结合法一、扩散结合法 是制造连续纤维增强金属基复合材料的是制造连续纤维增强金属基复合材料的传统工艺方法。传统工艺方法。其关键步是热压，必须控制好热压工艺其关键步是热压，必须控制好热压工艺参数：主要为温度，压力和时间。参数：主要为温度，压力和时间。对 硼 纤 维 增 强 铝 复 合 材 料：温 度 为对 硼 纤 维 增 强 铝 复 合 材 料：温 度 为500600；压力为；压
31、力为5070MPa；时间为；时间为0.52小时。小时。缺点：工艺复杂，手工操作多，成本高。缺点：工艺复杂，手工操作多，成本高。二、粉末冶金法二、粉末冶金法 既可适用于连续，长纤维增强，又可用于既可适用于连续，长纤维增强，又可用于短纤维，颗粒或晶须增强的金属基复合材料。短纤维，颗粒或晶须增强的金属基复合材料。1、长纤维复合材料工艺、长纤维复合材料工艺 纤维与基体按一定比例混合纤维与基体按一定比例混合封装、排气封装、排气热等静压（热等静压（HIP）成型）成型机加工（或二次加机加工（或二次加工改变性能）。工改变性能）。热等静压封装，排气配比，混合基体粉末增强材料冷等静压冷等静压（CIP）绕结绕结热挤
32、压热挤压机加工机加工2、短纤维、颗粒或晶须复合材料工艺、短纤维、颗粒或晶须复合材料工艺 适用于批量制造短纤维、晶须增强金属基适用于批量制造短纤维、晶须增强金属基复合材料零部件，形状，尺寸均可接近零部件复合材料零部件，形状，尺寸均可接近零部件的最终尺寸。二次加工量小，成本低。的最终尺寸。二次加工量小，成本低。2-3-2 液态法液态法 液态法是目前制备颗粒、晶须和短纤维增液态法是目前制备颗粒、晶须和短纤维增强金属基复合材料的主要工艺，与固态法相比，强金属基复合材料的主要工艺，与固态法相比，其工艺设备相对简便易行，和传统金属材料的其工艺设备相对简便易行，和传统金属材料的成型工艺非常相似，制作成本较低
33、。成型工艺非常相似，制作成本较低。压铸成型压铸成型工艺流程：工艺流程：预制件预热预制件预热预制件入模预制件入模涂入液态金属涂入液态金属加压渗透加压渗透加压保压凝固加压保压凝固脱脱 模模二次加工成形二次加工成形纤维预制件脱模干燥注入模具中搅拌粘结剂水增强材料（关键是预制件的制备）（关键是预制件的制备）1、纤维与基体金属的润湿性，结合性和反应、纤维与基体金属的润湿性，结合性和反应性，即相容性问题；性，即相容性问题；2、纤维分布状态的控制；、纤维分布状态的控制；3、制备过程中纤维固热性、力学方面的原因、制备过程中纤维固热性、力学方面的原因造成的损伤、劣化；造成的损伤、劣化；4、纤维和基体金属的膨胀及
34、制造时产生的残、纤维和基体金属的膨胀及制造时产生的残余应力的分布状态；余应力的分布状态；5、纤维质量的稳定性；、纤维质量的稳定性；6、适用于工业生产，便于质量控制的制造方、适用于工业生产，便于质量控制的制造方法探索。法探索。2-4-3 工艺应主要考虑的问题工艺应主要考虑的问题作业作业：参考前面课件的介绍，任选一种复：参考前面课件的介绍，任选一种复合材料，查找阅读相关的文献，对其制备合材料，查找阅读相关的文献，对其制备方法，工艺流程，特点（优缺点）等进行方法，工艺流程，特点（优缺点）等进行阐述。阐述。完成方式：完成方式：1、写一篇、写一篇2000字以上的读书报告，注明字以上的读书报告，注明参考文
35、献。参考文献。2、做成、做成PPT（10页以上），在课堂上讲页以上），在课堂上讲一下。一下。1-5 1-5 复合材料的力学分析方法复合材料的力学分析方法一、复合材料力学的分类与应用范围一、复合材料力学的分类与应用范围复合材料力学复合材料力学复合材料的材料力学复合材料的材料力学复合材料的结构力学复合材料的结构力学细观力学细观力学宏观力学宏观力学 细观力学细观力学 以纤维、颗粒和基体为基本单元，研究单向（或单层）复以纤维、颗粒和基体为基本单元，研究单向（或单层）复合材料的平均物理性能与各相材料的物理性能和相几何之间合材料的平均物理性能与各相材料的物理性能和相几何之间的关系，以及研究复合材料各相内部
36、的真实应力与应变场分的关系，以及研究复合材料各相内部的真实应力与应变场分布。布。“典型单元典型单元”也称也称“代表性体积单元代表性体积单元”representative volume element 宏观力学宏观力学 从材料是从材料是均匀的均匀的假设出发，从复合材料的假设出发，从复合材料的平均表观平均表观性能来性能来研究复合材料的研究复合材料的宏观力学性能宏观力学性能，不考虑纤维和基体的具体，不考虑纤维和基体的具体区别，把复合材料视为一种特殊的区别，把复合材料视为一种特殊的均匀材料均匀材料。复合材料结构力学复合材料结构力学 研究对象是用复合材料组成的各种结构件。内容包括静力、研究对象是用复合材料组成的各种结构件。内容包括静力、动力和稳定分析以及结构优化设计等。动力和稳定分析以及结构优化设计等。
