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复合材料. 材料学院 沈卫平 13693054652 shenwp@mater.ustb.edu.cn http://www.sciencenet.cn/blog/ 沈卫平 .htm. 引言. 人类为了谋求 生存 和 发展 ，企求用理想 材料 制成新 工具 的愿望总是随着历史的发展不断探索不断前进。因此，人类发展的历史就和材料的发展的历史息息相关。 研究人类历史的人们都可以清楚地知道，人类历史上各方面的进步是与新材料的发现、制造和应用分不开的。 历史学家把人类发展史划分为： 石器时代、陶器时代、青铜器时代、铁器时代。
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复合材料 材料学院 沈卫平 13693054652 shenwp@mater.ustb.edu.cn http://www.sciencenet.cn/blog/沈卫平.htm
引言 • 人类为了谋求生存和发展，企求用理想材料制成新工具的愿望总是随着历史的发展不断探索不断前进。因此，人类发展的历史就和材料的发展的历史息息相关。 • 研究人类历史的人们都可以清楚地知道，人类历史上各方面的进步是与新材料的发现、制造和应用分不开的。 • 历史学家把人类发展史划分为： 石器时代、陶器时代、青铜器时代、铁器时代。 其后人类又发明了高分子材料、先进复合材料和智能材料。
人类从天然物质中选择提炼出人类生活所必要的物质而加以利用。人类从天然物质中选择提炼出人类生活所必要的物质而加以利用。 制造这些物质有两种方法： • 一种是利用了化学反应的物质合成； • 另一种是通过组合两种以上的物质，制成具有更高性能的材料。用后一种方法制造出的物质称之为复合材料。
The Materials Science Tetrahedron材料科学四面体 结构 固有特性 测定性能 制作方法 使用性能 性能价格比Cost(price)performance
先进复合材料的发展史 • 40年代，玻璃纤维增强塑料（GFRP）复合材料发展的第一代 • 6080年代，先进复合材料 复合材料发展的第二代 • 80年，先进复合材料充分发展 复合材料发展的第三代
复合材料的定义 复合材料是由两种或两种以上的固相组分，以微观或宏观的形式组成的材料；它具有与其组成物质不同的新的性能。
复合材料的性能特点 比强度、比刚度（比模量）大；性能可设计、易制成结构件；各向异性、非均匀性 以聚合物基复合材料为例： • 比强度、比刚度（比模量）大 • 耐疲劳性能好 • 减震性好 • 过载时安全性好 • 具有多种功能性 • 有很好的加工工艺性
复合材料的命名 把增强剂的名称放在前面，基体的名称放在后面来命名，如碳纤维环氧复合材料。
现代复合材料学科 包括增强材料、基体材料、界面粘结、结构设计、成型工艺、性能测定等方面并逐步形成了一门与化学、物理、力学及各种应用学科有关的跨学科的、有着广泛内在联系并互相渗透和互相推动的材料学科。
复合材料发展史 • 天然复合材料 竹、木、茅草、贝壳、骨骼 • 传统复合材料 麻刀（纸筋）石灰；土坯（草秆、粘土）；钢筋混凝土； • 通用复合材料 1940年玻璃纤维增强塑料（GFRP） • 先进复合材料 1960—年，复合材料从结构复合材料→单功能复合材料→多功能复合材料→ • 机敏材料和智能材料。 智能材料具有接受、传递、处理和发射信息的功能，是信息科学溶入材料科学的产物。
先进复合材料 先进复合材料是比原有的通用复合材料有更高性能的复合材料。 包括用各种高性能增强剂(纤维等)与耐温性好的热固性和热塑性树脂基体所构成的高性能树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、玻璃基复合材料、碳基复合材料。 包括使用其力学性能的结构复合材料和使用热、电、磁、光、核、生物及其他性能的功能复合材料。
先进复合材料 • 功能材料是指除力学性能以外还提供其它物理、化学、生物等性能的复合材料。 • 包括压电、导电、雷达隐身、永磁、光致变色、吸声、阻燃、生物自吸收等种类繁多的复合材料，具有广阔的发展前途。 • 未来的功能复合材料比重将超过结构复合材料，成为复合材料发展的主流。 • 未来复合材料的研究方向主要集中在纳米复合材料、仿生复合材料、和发展多功能、机敏、智能复合材料等领域。
飞机上用的复合材料 碳纤维/环氧树脂 芳纶/杜邦聚酰胺 碳纤维/芳纶/环氧树脂 芳纶/泡沫芯板 玻璃纤维增强塑料 碳纤维/杜邦聚酰胺
飞机上用的复合材料 石墨 增韧石墨 混杂复合材料 玻璃纤维
车身：开创性的大量应用源自F1赛车的碳纤维复合材料车身：开创性的大量应用源自F1赛车的碳纤维复合材料
中国自研大飞机面临发动机与复合材料两大难题中国自研大飞机面临发动机与复合材料两大难题
大推力、高涵道比涡扇发动机大量运用了复合材料或钛合金空心宽弦叶片、整体叶盘。大推力、高涵道比涡扇发动机大量运用了复合材料或钛合金空心宽弦叶片、整体叶盘。
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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。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。
复合材料军用吉普车 玻璃纤维/ 碳纤维/ 增强树脂 美洲轻木 泡沫
生产充气船及其胶布制品，采用国际上先进的A级RTP复合材料生产充气船及其胶布制品，采用国际上先进的A级RTP复合材料
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绿可木，生态木塑复合材料，木塑复合材料吸音板绿可木，生态木塑复合材料，木塑复合材料吸音板 复合材料（玻璃钢）制品
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的碳纤维复合材料制品
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聚合物纳米复合材料 传统的 复合材料 插入的 纳米复合材料 聚合物 片状剥离的 纳米复合材料 层状粘土
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
当前常用的模压料品种有 热固性复合材料，包括SMC、BMC和TMC等；热塑性复合材料
国际上的材料专家普遍认为当前人类已经从合成材料的时代进入复合材料时代。因为想要合成一种新的单一材料使之满足各种高要求的综合指标是非常困难的。国际上的材料专家普遍认为当前人类已经从合成材料的时代进入复合材料时代。因为想要合成一种新的单一材料使之满足各种高要求的综合指标是非常困难的。 即使能研制出某种满意的单一材料，则从实验室到生产的周期也很长。 如果把现有的有机高分子、无机非金属和金属材料通过复合工艺组成复合材料．则可以利用它们所特有的复合效应使之产生原组成材料不具备的性能．而且还可以通过材料设计以达到预期的性能指标，并起到节约材料和费用的作用。
复合材料概念的提出只有50年左右。上世纪60年代的中后期由于出现了碳纤维和芳酰胺纤维等高性能增强剂和一些耐高温树脂基体，从而构成性能更高的复合材料。虽然由于技术难度大，造价高因而产量小，但是它们能满足当时高技术进展的需要，所以仍能迅速发展起来。复合材料概念的提出只有50年左右。上世纪60年代的中后期由于出现了碳纤维和芳酰胺纤维等高性能增强剂和一些耐高温树脂基体，从而构成性能更高的复合材料。虽然由于技术难度大，造价高因而产量小，但是它们能满足当时高技术进展的需要，所以仍能迅速发展起来。 为了与一般通用复合材料(指玻璃纤维增强塑料)有所区别，而获得了“先进复合材料”的名称。随后又把金属基复合材料、陶瓷基复合材料、碳基复合材料以及功能复合材料等充实到先进复合材料的范畴里来，充分体现出先进复合材料量小但性能特殊而优异的特点。
先进复合材料在高技术中的作用 高技术对材料的选用是非常严格和苛刻的，先进复合材料的优越性能比一般材料更能适合各种高技术发展的需要。
