第一章總論
1.2 複合材料的定義
什麼是複合材料 ? (composition materials , composite)
複合材料是由兩種或兩種以上物理和化學性質不同的物質組合而成的一種多相固體材料。
複合材料＝基體(連續相)＋增強材料(分散相)
1.3 複合材料的命名
複合材料在世界各國還沒有統一的名稱和命名方法，比較共同的趨勢是根據增強體和基體的名稱來命名，通常有以下三種情況：
（1）強調基體時以基體材料的名稱為主
如樹脂基複合材料、金屬基複合材料、陶瓷基複合材料等。
（2）強調增強體時以增強體材料的名稱為主如玻璃纖維增強複合材料、碳纖維增強複合材料、陶瓷顆粒增強複合材料等。
（3）基體材料名稱與增強體材料並用。
這種命名方法常用來表示某一種具體的複合材料，習慣上把增強體材料的名稱放在前面，基體材料的名稱放在後面。
例如：「玻璃纖維環氧樹脂複合材料」，或簡稱為「玻璃/環氧複合材料」。碳纖維和金屬基體構成的複合材料叫「金屬基複合材料」，也可寫為「碳/金屬複合材料」。
碳纖維和碳構成的複合材料叫「碳/碳複合材料」。
國外還常用英文編號來表示，如mmc（metal matrix composite）表示金屬基複合材料，frp（fiber reinforced plastics）表示纖維增強塑料，而玻璃纖維/環氧則表示為gf/epoxy, 或g/ep(g-ep)
1.4 複合材料的分類
按增強材料形態分類：連續纖維複合材料、短纖維複合材料、粒狀填料複合材料、編織複合材料、其他: 層疊、骨架、塗層、片狀、天然增強體
按增強纖維種類分類：玻璃纖維複合材料、碳纖維複合材料、有機纖維複合材料、金屬纖維複合材料、陶瓷纖維複合材料、混雜複合材料。
按基體材料分類：聚合物基複合材料、金屬基複合材料、無機非金屬基複合材料
按材料作用分類：結構複合材料、基體材料和增強體材料、功能複合材料
同質複合材料：增強材料和基體材料屬於同種物質，如碳/碳複合材料。
異質複合材料：前面提及的複合材料多屬此類。
1.5 複合材料的基本效能
複合材料的特點：
1.可綜合發揮各種組成材料的優點，使一種材料具有多種效能，具有天然材料所沒有的效能；
2.可按對材料效能的需要進行材料設計和製造；
3.可製成所需的任意形狀的產品。
複合材料效能的影響因素：
取決於增強相的效能、含量及分布狀況，基體相的效能、含量，以及它們之間的的介面結合、成型工藝、結構設計等。
聚合物基複合材料的主要效能
（１）比強度大、比模量大；
（２）耐疲勞效能好；
（３）減震性好；
（４）過載時安全性好；
（５）具有多種功能性；
（６）有很好的加工工藝性。
燒蝕是指材料在高溫時，表面發生分解，引起氣化，與此同時吸收熱量，達到冷卻的目的，隨著材料的逐漸消耗，表面出現很高的吸熱率。
① 耐燒蝕性好；
② 有良好的耐磨效能；
③ 高度的電絕緣效能；
④ 優良的耐磨蝕效能；
⑤ 有特殊的光學、電學、磁學特性。
金屬基複合材料的主要效能
（１）高比強度、高比模量；
（２）導熱、導電性能；
（３）熱膨脹係數小、尺寸穩定性好；
（４）良好的高溫效能；
（５）耐磨性好；
（６）良好的疲勞效能和斷裂效能；
（７）不吸潮、不老化、氣密性好。
陶瓷基複合材料的主要效能
高溫強度和韌性高、耐輻射效率高、抗氧化、抗開裂等。
例如：碳纖維增強碳化矽、碳化矽纖維增強碳化矽分別在1700c和1200c下保持20c時的抗拉強度。
複合材料的效能是根據使用條件進行設計的。
（1）使用溫度和材料硬度：
樹脂基： 60～250c；
金屬基： 400～ 600c；
陶瓷基： 1000～1500c。
硬度：陶瓷基 > 金屬基 > 樹脂基。
（2）力學效能：從強度方面來講，三類複合材料都可獲得較高的強度。
（3）耐老化效能：陶瓷基 > 金屬基 > 樹脂基。
（4）導熱性能：
金屬基： 50 ～ 65w/(m·k)；
陶瓷基： 0.7 ～ 3.5w/(m·k)；
樹脂基： 0.35 ～ 0.45w/(m·k)。
（5）耐化學腐蝕性能：一般來講陶瓷基和樹脂基複合材料優於金屬基複合材料。
（6）生產工藝和成本高低：
陶瓷基 > 金屬基 > 樹脂基。
1.6 複合材料結構設計基礎
1、複合材料的三個結構層次：
一次結構——單層材料——微觀力學
二次結構——層合體——巨集觀力學
三次結構——產品結構——結構力學
（１）一次結構
由基體和增強材料復合而成的單層材料，其力學效能決定於組分材料的力學效能、相幾何（各相材料的形狀、分布、含量）和介面區的效能。
微觀力學：研究各相材料之間的相互作用。
（２）二次結構
由單層材料層合而成的層合體，其力學效能決定於單層材料的力學效能和鋪層幾何（各單層的厚度、鋪設方向、鋪層序列）。
巨集觀力學：將各相材料的影響僅作為複合材料的平均表現效能來考慮。
（３）三次結構
指通常所說的工程結構或產品結構，其力學效能決定於層合體的力學效能和結構幾何。
結構力學：以纖維增強複合材料層壓結構為研究物件。
2、複合材料設計的三個層次：
一次結構 —— 單層材料設計
二次結構 —— 鋪層設計
三次結構 —— 結構設計
單層材料設計：正確選擇增強材料、基體材料及配比；
鋪層設計：對鋪層材料的鋪層方案作出合理安排；
結構設計：確定產品及其結構的形狀和尺寸。
第二章複合材料的基體材料
複合材料 = 基體材料 + 增強材料。
基體材料主要包括三部分：金屬基體材料、陶瓷基體材料、聚合物基體材料
2.1 金屬基體材料
金屬基複合材料學科主要涉及材料表面、介面、相變、凝固、塑性形變、斷裂力學等。
金屬基複合材料中，基體主要是各種金屬或金屬合金。
2.1.1 選擇基體的原則
al、mg、ti、ni、cu、fe、zn、pb及其合金，金屬間化合物（tial、nial等）。
1、金屬基複合材料的使用要求
金屬基複合材料構件的使用效能要求是選擇金屬基體材料最重要的依據。
（1）航天航空：
高比強度和比模量以及尺寸穩定性
選輕金屬，al、mg及其合金
（2）高效能發動機：
高比強度和比模量，耐高溫效能
選ti、ni及其合金
（3）汽車發動機：
耐熱、耐磨、導熱、成本低廉
選al合金
（4）積體電路：
高導熱、低膨脹
選ag、cu、al
2、金屬基複合材料組成特點
（1）連續纖維增強的複合材料
基體的主要作用應是以充分發揮增強纖維的效能為主，基體本身應與纖維有良好的相容性和塑性，而並不要求基體本身有很高的強度。
選用塑性較好的基體。
（2）非連續增強（顆粒、晶須、短纖維）的複合材料
基體是主要承載物，基體的強度對複合材料具有決定性的影響。
選用高強度合金作為基體。
3、基體金屬與增強物的相容性
化學性質穩定，潤濕性好，膨脹係數差要小，以確保兩相介面具有足夠的結合力。
抑制介面反應。
2.1.2 結構複合材料的基體
結構複合材料的基體大致可分為輕金屬基體和耐熱合金基體兩大類。
1. 用於450℃以下的輕金屬基體：鋁、鎂及其合金
2. 用於450-700℃的複合材料的金屬基體：鈦及其合金
3. 用於1000℃以上的高溫複合材料的的金屬基體：鎳基、鐵基耐熱合金和金屬間化合物
2.1.3 功能複合材料的基體
主要的金屬基體是al及其合金、cu及其合金、ag、pb、zn等。
電子封裝：al和cu。
耐磨零部件：al、mg、zn、cu、pb等金屬及合金。
集電和電觸頭：al、cu、ag及合金。
2.2 陶瓷材料
用作基體材料用的陶瓷一般應具有優異的耐高溫性質、與纖維或晶須之間有良好的介面相容性以及較好的工藝效能等。
常用的陶瓷基體主要包括：玻璃、玻璃陶瓷、氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷等。
氧化物陶瓷：a1203，mgo，sio2，zro2， 莫來石(3a12o3·2sio2)等。
非氧化物陶瓷：氮化物、碳化物、硼化物和矽化物。
2.3 聚合物材料
2.3.1 聚合物基體的種類、組分和作用
1．聚合物基體的種類
不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂及各種熱塑性聚合物等。
2．聚合物基體的組分
聚合物是聚合物基體的主要組分，除此還包括其他輔助材料，如固化劑、增韌劑、稀釋劑、催化劑等。
3．聚合物基體的作用
複合材料中的基體有三種主要作用：
（1）把纖維粘在一起；（2）分配纖維間的載荷；（3）保護纖維不受環境影響。
4. 聚合物基體的選擇
聚合物基體的選擇應遵循下列原則：
（1）能夠滿足產品的使用需要；（2）對纖維具有良好的浸潤性和粘接力；（3）容易操作；（4）低毒性、低刺激性。（5）**合理。
2.3.2 聚合物的結構與效能
1．聚合物的結構
聚合物結構的主要特點：
（1）聚合物的分子鏈由很大數目（103～105）的結構單元組成，每個結構單元相當於乙個小分子。
（2）鏈長有限的聚合物分子含有官能團或端基。
（3）聚合物分子間的作用力對於聚合物聚集態結構及複合材料的物理力學效能有密切關係。
2．聚合物的效能
（1）聚合物的力學效能
熱固性樹脂：固化後的力學效能不高，決定聚合物強度的主要因素是分子內及分子間的作用力。
熱塑性樹脂：
1）具有明顯的力學鬆弛現象；2）在外力作用下，形變較大，當應變速度不太大時，可具有相當大的斷裂延伸率；3）抗衝擊效能較好。
（2）聚合物的耐熱性能
a）聚合物的結構與耐熱性
為改善材料耐熱性能，聚合物需具有剛性分子鏈、結晶性或交聯結構。
b） 聚合物的熱穩定性
提高聚合物熱穩定性的途徑：提高聚合物分子鏈的鍵能，避免弱鍵存在；在聚合物鏈中引入較大比例的芳環和雜環。
複合材料考試總結
1.複合材料定義 由兩種或兩種以上不同效能 不同形態的組分通過復合工藝組合而成的一種多相材料，它既保持了原組分材料的主要特點又顯示了原組分材料所沒有的新效能。2.複合材料的基本特徵 可設計性。即通過對原材料的選擇 各組分分布設計和工藝條件的保證等，使原組分材料優點互補，因而呈現了出色的綜合性能 由基...
複合材料考試複習
名詞解釋 1.介面 複合材料中相與相之間的兩相交界區稱為介面 把物體與空氣接觸的面稱為表面.2.比表面積 單位體積的物質所具有的表面積稱比表面積，以as表示.3.複合材料 是指由兩種或兩種以上不同性質的單一材料通過一定的復合方法所得到的巨集觀多相材料.4.偶聯劑 偶聯劑是這樣的一類化合物，它們的分子...
複合材料概論廈門理工學院期末總結
1.1 複合材料的發展概況 第一代 1940年到1960年，玻璃纖維增強塑料 第二代 1960年到1980年，先進複合材料的發展時期 第三代 1980年到1990年，纖維增強金屬基複合材料 1990年以後，多功能複合材料。縱觀複合材料的發展過程，可以看到 早期發展出現的複合材料，由於效能相對比較低，...