第13章复合材料
13.1复习笔记
一、概述
1．复合材料的概念
复合材料是指由两种或两种以上不同性质的材料，通过不同的工艺方法人工合成的，各组分间有明显界面且性能优于各组成材料的多相材料。
2．复合材料的分类
left join为什么会出现重复数据（1）按照基体材料可将复合材料分为以下两类：
①非金属基复合材料
a．无机非金属基复合材料，如陶瓷基、水泥基复合材料等；
b．有机材料基复合材料，如塑料基、橡胶基复合材料。
②金属基复合材料
（2）按照增强材料可将复合材料分为以下三类：
①纤维增强复合材料
②粒子增强复合材料
系统环境变量 java③叠层复合材料
3．复合材料的命名
（1）强调基体时，以基体为主来命名；
（2）强调增强材料时，则以增强材料为主命名；
（3）基体与增强材料并用的命名；
（4）以商业名称命名。
二、复合材料的增强机制及性能
1．复合材料的增强机制
（1）纤维增强复合材料的增强机制
①纤维增强复合材料
纤维增强复合材料是指由高强度、高弹性模量的连续（长）纤维或不连续（短）纤维与基体（树脂或金属、陶瓷等）复合而成的材料。
②纤维增强复合材料的增强机制
a．复合材料受力时，高强度、高模量的增强纤维承受大部分载荷，而基体主要作为媒介，传递和分散载荷。
b．单向纤维增强复合材料的断裂强度σc与各组分材料性能的关系
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式中，σf——纤维强度；
σm——基体材料的强度；
k1——常数，主要与界面强度有关。
c．单向纤维增强复合材料的弹性模量E c与各组分材料的性能的关系
式中，E m——弹性模量；
Φ——纤维体积分数；
k2——常数，主要与界面强度有关。
③达到强化的条件
为达到强化目的，必须满足下列条件：
a．增强纤维的强度、弹性模量应远远高于基体，以保证复合材料受力时主要由纤维承受外加载荷。
b．纤维和基体之间有一定结合强度，保证基体所承受的载荷能通过界面传递给纤维，并防止脆性断裂。
c．纤维的排列方向要和构件的受力方向一致，才能发挥增强作用。
d．纤维和基体之间不能发生使结合强度降低的化学反应。
e．纤维和基体的热膨胀系数应匹配，不能相差过大，否则在热胀冷缩过程中会引起纤维和基体结合强度降低。
f．纤维所占的体积分数、纤维长度L和直径d及长径比L/d等必须满足一定要求。一般是纤维所占的体积分数越高、纤维越长、越细，增强效果越好。
（2）粒子增强型复合材料的增强机制
①分类
粒子增强型复合材料按照颗粒尺寸大小和数量多少可分为：
a．弥散强化的复合材料
第一，定义
free命令作用弥散强化的复合材料是指将一种或几种材料的颗粒（＜0.1μm）弥散、均匀分布在基体材料内所形成的材料。
第二，粒子的大小和数量
其粒子直径d一般为0.01～0.1μm，粒子体积分数φp为1％～15％。
b．颗粒增强的复合材料
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颗粒增强复合材料是指用金属或高分子聚合物为粘接剂，把具有耐热性好、硬度高但不耐冲击的金属氧化物、碳化物，氮化物粘结在一起而形成的材料。
第二，粒子的大小和数量
其粒子直径d为1～50μm，体积分数为φp＞20％。
②弥散强化的复合材料的增强机制
a．增强机制
在外力的作用下，复合材料的基体将主要承受载荷，而弥散均匀分布的增强粒子将阻碍导致基体塑性变形的位错运动或分子链运动。
b．强化效果
第一，使常温下材料的强度、硬度有较大提高；
第二，在高温下材料的强度下降幅度将减少，强化效果与粒子直径及体积分数有关，质点尺寸越小、体积分数越高，强化效果越好。
③颗粒增强复合材料的增强机制
a．增强机制
由于强化相的颗粒较大（d＞1μm），它对位错的滑移（金属基）和分子链运动（聚合物基）已没有多
大的阻碍作用，因此强化效果并不显著。
b．强化效果
颗粒增强复合材料主要不是为了提高强度，而是为了改善耐磨性或者综合的力学性能。
2．复合材料的性能特点
（1）比强度和比模量高
①比强度是指强度与密度的比值。
②比模量是指弹性模量与密度的比值。
③它们是衡量材料承载能力的一个重要指标，比强度越高，在同样强度下，同一零件的自重越小；比模量越大，在重量相同的条件下零件的刚度越大。
（2）良好的抗疲劳性能
①纤维增强复合材料对缺口应力集中敏感性小；
②纤维和基体界面能够阻止疲劳裂纹扩展和改变裂纹扩展方向。因此具有良好的抗疲劳性能。
（3）破断安全性能
当纤维复合材料构件由于超载或其他原因使少数纤维断裂时，载荷就会重新分配到其他未破断的纤维上，因而构件不会在短期内突然断裂。故破断安全性好。
（4）优良的高温性能
大多数增强纤维在高温下仍能保持高的温度，用其增强金属和树脂基体时能显著提高它们的耐高温性能。
（5）减震性能好
①复合材料的比模量高，其自振频率也高。由此避免构件在工作状态下产生共振；
②纤维与基体界面能吸收振动能量，即使产生了振动也会很快地衰减下来。所以纤维增强复合材料具有很好的减震性能。
matlab虚数怎么表示三、常用复合材料
1．纤维增强复合材料
（1）常用的增强纤维
①玻璃纤维
a．玻璃纤维的形成
玻璃纤维是将熔化的玻璃以极快的速度拉成细丝而制得。
b．玻璃纤维的性能特点
第一，优点：强度高；弹性模量比金属低得多；密度小；比强度、比模量比钢高；化学稳定性好；不吸水、不燃烧、尺寸稳定、隔热、吸声、绝缘等；
第二，缺点：脆性较大，耐热性低，250℃以上开始软化。
ｃ．分类
按玻璃纤维中Na2O和K2O的含量不同，可将其分为：
无碱纤维（含碱量＜2％）、中碱纤维（含碱量2％～12％）、高碱纤维（含碱量＞12％）。
②碳纤维
a．碳纤维的形成
人造纤维在200℃～300℃空气中加热并施加一定张力进行预氧化处理，然后在氮气的保护下，在1000℃～1500℃的高温下进行碳化处理而制得。
b．碳纤维的性能特点
第一，优点：碳纤维密度小；弹性模量高；高温及低温性能好；导电性好、化学稳定性高、摩擦系数小、自润滑性能好。
第二，缺点：脆性大、易氧化、与基体结合力差，必须用硝酸对纤维进行氧化处理以增强结合力。
ｃ．分类
第一，Ⅰ型碳纤维
其碳的质量分数为98％以上。碳纤维中的石墨晶体的层面有规则地沿纤维方向排列，具有高的弹性模量，称为石墨纤维或高模量碳纤维，又称Ⅰ型碳纤维。
第二，Ⅱ型碳纤维

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