当前课程知识点:材料学概论 > 第11讲 复合材料和生物材料 > 11.1 复合材料的定义和分类 > 11.1.3 复合材料的特长及优势
好 我们下一节
讲复合材料的特长和优势
那么这里边
第一个问题讲优异的力学性能
第二个问题讲优异的功能特性
第三讲结构及性能的稳定性
第四讲各类复合材料性能的比较
好 复合材料的优异的力学性能
表现为它的比强度
比刚度 比模量
都比非复合材料要高
它的相对密度要低
耐疲劳 耐冲击
减震 耐磨这个性能要都好
这是利用复合材料的原因
肯定是性能优良
性能优良
复合材料的性能优良
表现在比强度
比模量 比刚度
比非复合的材料要好
这一张图表示了
几种单一材料
与聚合基复合材料的
比强度和比模量
比强度是什么
是拉伸强度比上这种材料的密度
比拉伸模量是什么意思
就是它的弹性模量
比上它的密度
我们从这张图当中可以看到
对于那些单质所组成的材料
或者是一些合金 一些合金
它的比强度跟比模量
都在这个图的左下脚
除了铍之外 铍
铍的什么
它本身的相对密度很低
因此表现它的什么
比模量是比较高的
但是它的比强度也并不是很高
为什么说
铍本身的强度不是很高
尽管它的密度比较低
原来它强度就不高
那么反过来讲复合材料
像玻璃环氧树脂
比拉伸强度就很高
像石墨环氧树脂
比模量和比强度都比较高
这是复合材料
优于普通材料的一个重要的特点
这张表当中就列出了
几种材料的比强度和比模量
比强度 比模量
我们看到最高的是什么
是硼纤维 环氧树脂 复合材料
碳纤维 环氧树脂 复合材料
如果也有碳碳复合材料
恐怕要更高
铝合金 钛合金
这些都比较低
我们刚才讲的
纤维增强复合材料
裂纹变钝
上边一个图是纤维增强的
裂纹往前面扩展
不光限于陶瓷
不光限于陶瓷
纤维增强的都是这样
裂纹往前扩展扩展扩展
见了纤维以后它就
从基体跟增强相的这个界面撕开
这一撕开就增加了好多表面
必须得有表面能
表面能就消耗裂纹扩展
那么第二张图
是裂纹垂直于纤维方向扩展
裂纹往前面走
见到这个颗粒
它绕一下 绕一下
绕 它继续往前走
见了颗粒又绕一下
那么下图的B这个部分
就是拔出 拔出
这个纤维拔出的时候
往前走的时候
纤维一拔出的时候
又增加了表面了
把这个表面露出来
增加这个表面能
表面能又消耗
就是把裂纹
往前扩展的这个过程当中
就给它消耗掉了
消耗掉了
就不容易往前扩展了
这是纤维增强的一个
很重要的一个增强机制
比方说抗疲劳
这种性能就
陶瓷材料(增韧)这些效果
而且我们看下图的第A图
我们看看在这一点上
跟这个位错遇到障碍物以后
位错绕过切过的这个效应
是一样的
我们知道
金属材料的增强有五大机制
我们在第三章讲过了
固溶强化
析出强化 晶界强化
加工硬化 有序强化
这些强化因素
都可以应用到复合材料当中来
把它过渡一下
把它过渡一下
应用到这边来
那么第二张图
这是强化本身
是析出强化
裂纹见了纤维
无论绕过它
还是把它切开
都要消耗能量
都是增强的一个
一个重要的机制
好 这个是我们看看
波音757
现在波音787
当然787现在这个可靠性不太好
飞飞停停飞飞停停有些问题
当然这些问题
不光完全是787的问题
不完全是复合材料的问题
应该说复合材料的问题是比较少
关键是它的锂电池
或者什么这些东西
它出问题了
但是总而言之
整个的航空事业
是朝着这种复合材料
这个方向发展
为什么
就是比强度 比模量比较低
飞机的重量高了
运行过程当中
白白的消耗燃料
影响速度
大量的石油烧掉了
汽油烧掉了 是干什么
是因为飞机本身自重
把这个飞机减下来
载重量也高了 速度也快了
当然是比较好
因为在飞机上
复合材料逐渐的增加
增加10% 百分之三 四十
逐渐的往前增加
所以我们国家要发展大飞机
开发复合材料
是个重要的 一个基础
上面图给出了
复合材料的
聚合物的基体材料的主要作用
有哪几部分
第一是将增强纤维黏合成整体
并使纤维为之固定
在纤维之间传递载荷
并使纤维均衡
并使载荷均衡
第二决定复合材料的一些性能
如复合材料的高温使用性能
横向性能 剪切性能 压缩性能
疲劳性能 断裂韧性
耐腐蚀性 耐水耐油性等等
第三条聚合物型
聚合物类型
决定着复合材料的成型工艺方法
及工艺参数的选用
第四条可以保护纤维
免受各种损害
由此看来
就是在复合材料当中
基体材料也是
它的作用也是非常重要
-1.1 材料的定义和分类,选择材料的标准
-1.1 材料的定义和分类,选择材料的标准--作业
-1.2 材料的作用
--1.2.7 “制造材料者制造技术”,材料可以“以不变应万变”
-1.2 材料的作用--作业
-1.3 材料科学与工程四面体
-1.3 材料科学与工程四面体--作业
-1.4 材料与创新
--1.4.2 “9.11事件”世贸大厦垮塌和“3.11大地震”福岛核事故都涉 及材料
-1.4 材料与创新--作业
-本讲作业--作业
-2.1 元素在周期表中的位置决定于其核外电子排布
--2.1.3 原子的核外电子排布(1)——量子数和电子轨道
--2.1.4 原子的核外电子排布(2)——电子排布的三个准则
-2.1 元素在周期表中的位置决定于其核外电子排布--作业
-2.2 元素周期表反映元素的规律性
--2.2.1 核外电子排布的应用(1)——碳的sp3、sp2、sp杂化
--2.2.2 核外电子排布的应用(2)——四面体键的奇妙之处
--2.2.3 核外电子排布的应用(3)——电子授受及元素氧化数变化
--2.2.4 核外电子排布的应用(4)——过渡族元素和难熔金属
-2.2 元素周期表反映元素的规律性--作业
-2.3 过渡族元素、稀土元素和镧系元素
-2.3 过渡族元素、稀土元素和镧系元素--作业
-本讲作业--作业
-3.1 材料性能与组织结构的关系
-3.1 材料性能与组织结构的关系--作业
-3.2 从轨道能级到能带——绝缘体、导体和半导体
-3.2 从轨道能级到能带——绝缘体、导体和半导体--作业
-本讲作业--作业
-4.1 高炉炼铁和转炉炼钢
-4.1 高炉炼铁和转炉炼钢--作业
-4.2 金属材料的组织结构
-4.2 金属材料的组织结构--作业
-4.3 铸锭及其组织
-4.3 铸锭及其组织--作业
-本讲作业--作业
-5.1 金属材料的加工
-5.1 金属材料的加工--作业
-5.2 钢材的热处理
--5.2.4 钢的淬火(quenching)(1)——加热和急冷的选择
--5.2.5 钢的淬火(quenching)(2)——增加淬透性和防止淬火开裂
-5.2 钢材的热处理--作业
-5.3 钢的强化机制
--5.3.6 合金钢(2)——高速钢、不锈钢、弹簧钢和轴承钢
-5.3 钢的强化机制--作业
-本讲作业--作业
-6.1 粉体材料的性能
--6.1.1 粉体及其特殊性能(1)——小粒径和高比表面积
--6.1.2 粉体及其特殊性能(2)——易流动性和高分散性
--6.1.3 粉体及其特殊性能(3)——低熔点和高化学活性
--6.1.4 粉体的特性及测定(1)——粒径和粒径分布的测定
--6.1.5 粉体的特性及测定(2)——密度及比表面积的测定
--6.1.6 粉体的特性及测定(3)——折射率和附着力的测定
-6.1 粉体材料的性能--作业
-6.2 粉体的加工与处理
-6.2 粉体的加工与处理--作业
-6.3 粉体的应用
--6.3.3 粉体精细化技术——粒度精细化及粒子形状的改善
-6.3 粉体的应用--作业
-6.4 纳米材料
-6.4 纳米材料--作业
-本讲作业--作业
-7.1 陶瓷材料的定义和分类
-7.1 陶瓷材料的定义和分类--作业
-7.2 坯体成型
--7.2.2 陶瓷成型工艺(1)——旋转制坯成型和注浆成型
--7.2.3 陶瓷成型工艺(2)——干压成型、热压注成型和等静压成型
--7.2.4 陶瓷成型工艺(3)——挤压成型、注射成型和流延成型
-7.2 坯体成型--作业
-7.3 陶瓷烧结
-7.3 陶瓷烧结--作业
-7.4 陶瓷材料的结构
-7.4 陶瓷材料的结构--作业
-7.5 结构陶瓷
--7.5.1 结构陶瓷及应用(1)——Al2O3和Zr02
--7.5.2 结构陶瓷及应用(2)——TiO2、BeO和AlN
-7.5 结构陶瓷--作业
-7.6 功能陶瓷
--7.6.4 功能陶瓷及应用(3)——微波器件、传感器和超声波马达
-7.6 功能陶瓷--作业
-本讲练习--作业
-8.1 玻璃的发展简史
-8.2 玻璃的定义和特征
-8.3 玻璃的加工
-8.1-8.3 小节练习--作业
-8.4 建筑及高铁用玻璃
--8.4 建筑及高铁用玻璃--作业
-8.5 高技术玻璃
-8.5 高技术玻璃--作业
-本讲练习--作业
-9.1 何谓高分子和聚合物
-9.1 何谓高分子和聚合物--作业
-9.2 聚合物的合成
-9.2 聚合物的合成--作业
-9.3 从结构层次看聚合物
-9.3 从结构层次看聚合物--作业
-本讲练习--作业
-10.1 高分子材料性能与加工
--10.1.8 聚合物的成形加工及设备(1)——压缩模塑和传递模塑
--10.1.9 聚合物的成形加工及设备(2)——挤出成型和射出成型
--10.1.10 聚合物的成形加工及设备(3)——塑料薄膜和纤维丝制造
-10.1 高分子材料性能与加工--作业
-10.2 胶粘剂和涂料
-10.2 胶粘剂和涂料--作业
-本讲练习--作业
-11.1 复合材料的定义和分类
-11.1 复合材料的定义和分类--作业
-11.2 增强材料和基体材料
-11.2 增强材料和基体材料--作业
-11.3 复合材料的应用
-11.4 天然复合材料
-11.5 生物材料
-11.3-11.5 节练习--作业
-本讲练习--作业
-12.1 磁性的来源
--12.1.2 过渡金属元素3d壳层的电子结构与其磁性的关系
-12.1 磁性的来源--作业
-12.2 磁性材料的分类
-12.2 磁性材料的分类--作业
-12.3 磁畴和磁滞回线
-12.3 磁畴和磁滞回线--作业
-12.4 软磁材料与硬磁材料
-12.4 软磁材料与硬磁材料--作业
-本讲练习--作业
-13.1 薄膜的定义和薄膜形成的必要条件
-13.1 薄膜的定义和薄膜形成的必要条件--作业
-13.2 薄膜制备——PVD法
-13.2 薄膜制备——PVD法--作业
-13.3 薄膜制备——CVD法
-13.3 薄膜制备——CVD法--作业
-13.4 薄膜的加工
--13.4.2 反应离子刻蚀(RIE)和反应离子束刻蚀(RIBE)
-13.4 薄膜的加工--作业
-13.5 薄膜材料的应用
-13.5 薄膜材料的应用--作业
-本讲作业--作业




