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1、复合材料第第4 4章章 材料家族中的元素材料家族中的元素 “神州八号神州八号”载人飞载人飞船穿过大气层时，外壳和船穿过大气层时，外壳和大气层摩擦产生几千摄氏大气层摩擦产生几千摄氏度的高温，是什么材料经度的高温，是什么材料经受了这种考验而使飞船安受了这种考验而使飞船安然无恙呢？是金属、陶瓷，然无恙呢？是金属、陶瓷，还是塑料？还是塑料？材料材料 交流交流研讨研讨 金属材料金属材料无机非金无机非金属材料属材料 实例实例 缺点缺点钢铁钢铁有机合有机合成材料成材料塑料塑料优点优点普通玻普通玻璃璃硬度大硬度大易加工易加工抗腐蚀抗腐蚀耐高温耐高温耐腐蚀耐腐蚀易被腐蚀易被腐蚀易破碎易破碎易老化，不耐易老化，不
2、耐高温高温 1 复合材料定义复合材料定义：注意注意：由两种或两种以上的材料。由两种或两种以上的材料。特殊加工不是简单的混合，特殊加工不是简单的混合，而是复杂的物理化学变化。而是复杂的物理化学变化。将两种或两种以上的性质不同的材料经将两种或两种以上的性质不同的材料经过特殊的加工制成的材料称为复合材料。过特殊的加工制成的材料称为复合材料。竹、木、茅草、贝壳、骨骼竹、木、茅草、贝壳、骨骼传统复合材料传统复合材料天然复合材料天然复合材料：麻刀（纸筋）石灰、麻刀（纸筋）石灰、土土柸柸（草秆、粘土）、（草秆、粘土）、钢筋混泥土钢筋混泥土 追根寻缘追根寻缘 【1】木材坚固、耐用，可作木材坚固、耐用，可作为建
3、筑材料，它由木质长纤维组为建筑材料，它由木质长纤维组成，靠被称为木质素的物质粘接成，靠被称为木质素的物质粘接起来木质长纤维比较柔软，木质起来木质长纤维比较柔软，木质素较脆，它们各自都不能承受重素较脆，它们各自都不能承受重压，但这两种物质复合后就构成压，但这两种物质复合后就构成了强壮的树干。了强壮的树干。【2 2】人们做泥砖时，人们做泥砖时，往泥中掺入禾秸，可往泥中掺入禾秸，可以提高泥砖的强度。以提高泥砖的强度。【3 3】把钢筋嵌入把钢筋嵌入混凝土中，制成了更混凝土中，制成了更为坚固的钢筋混凝土，为坚固的钢筋混凝土，用来建造高楼。用来建造高楼。你从上述事实获得啥启示？你从上述事实获得啥启示？2复
4、合材料的性质：复合材料的性质：既保持了原有材既保持了原有材料的特点，又使各组料的特点，又使各组分间协同作用，形成分间协同作用，形成了优于原材料的特性。了优于原材料的特性。骨骨肉肉骨骼（骨肉）骨骼（骨肉）粘接作用粘接作用骨架作用骨架作用 3复合材料的组成：复合材料的组成：基基体体 起起粘粘结结作作用用增强体增强体起骨架作用起骨架作用复合材料复合材料复合材料复合材料性能性能预测预测基体材料的基体材料的类型类型增强体材料的增强体材料的化学组成化学组成 金属金属金属金属 C C 陶瓷陶瓷陶瓷陶瓷 SiOSiO2 2合成树脂合成树脂合成树脂合成树脂SiOSiO2 2 AlAl2 2OO3 3MgOMgO
5、 合成树脂合成树脂合成树脂合成树脂C C耐酸碱，化学稳定性好，强度高，耐酸碱，化学稳定性好，强度高，密度小，韧性好密度小，韧性好强度高，抗冲击，绝缘性好，耐热强度高，抗冲击，绝缘性好，耐热温度低物温度低物300300耐高温，强度高，导电性好，导热耐高温，强度高，导电性好，导热性好性好耐耐16001600以上的高温，强度高，密以上的高温，强度高，密度小度小 4 4复合材料的分类复合材料的分类：（1）按基体分类）按基体分类树脂基复合材料树脂基复合材料金属基复合材料金属基复合材料陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料（2）按增强体）按增强体 的形状分类的形状分类颗粒增强复合材料颗粒增强复合材料夹层增强复合材料
6、夹层增强复合材料纤维增强复合材料纤维增强复合材料形形色色的复合材料形形色色的复合材料 （1 1）玻璃钢）玻璃钢 （2 2）碳纤维增强树脂基复合材料）碳纤维增强树脂基复合材料 生产生活中常生产生活中常用的复合材料用的复合材料航空、航天领域中航空、航天领域中的复合材料的复合材料（3 3）纤维增强金属基复合材料）纤维增强金属基复合材料（4 4）纤维增强陶瓷基复合材料）纤维增强陶瓷基复合材料形形色色的复合材料形形色色的复合材料B-2隐形轰炸机隐形轰炸机B-2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等复合材料构成，不易反射。1 1）碳纤维复合材料碳纤维复合材料碳纤维复碳纤维复合材料
7、合材料基体：基体：增强体：增强体：性能：性能：应用：应用：1生产生活中常用的复合材料 合成树脂合成树脂碳纤维碳纤维韧性好，强度高，质量轻韧性好，强度高，质量轻纺织机械和化工机械的制造，人纺织机械和化工机械的制造，人体组织中韧带的制作，制造高尔体组织中韧带的制作，制造高尔夫球杆、网球拍等等体育用具夫球杆、网球拍等等体育用具碳素跑车碳素跑车碳素笔记本碳素笔记本碳素自行车碳素自行车碳素建筑物碳素建筑物碳素消防衣碳素消防衣碳素隐形轰炸机碳素隐形轰炸机2 2）玻）玻 璃璃 钢钢基体：基体：增强体：增强体：玻璃钢玻璃钢应用：应用：性能：性能：合成树脂合成树脂玻璃纤维玻璃纤维克服了玻璃易碎、密度较大，合成树
8、脂强度不够高的缺点，它具有强度高、密度小、韧性好、耐腐、耐磨、耐撞、绝缘、产品美观、制造方便等优良特性。可广泛用于制作小型娱乐设施、管道、小可广泛用于制作小型娱乐设施、管道、小舟、化工设施、小型建筑等舟、化工设施、小型建筑等玻璃钢盐酸罐玻璃钢盐酸罐玻璃钢电缆保护管玻璃钢电缆保护管玻璃钢化粪池玻璃钢化粪池玻璃钢电表箱玻璃钢电表箱玻璃钢桌椅玻璃钢桌椅玻璃钢雕塑玻璃钢雕塑机翼、机身、导弹壳体和尾翼的复合材料组成机翼、机身、导弹壳体和尾翼的复合材料组成 2 2、航空、航天领域的复合材料、航空、航天领域的复合材料1 1）机翼、机身、导弹壳体和尾翼的）机翼、机身、导弹壳体和尾翼的复合材料组成复合材料组成基
9、体：基体：金属（金属（用得较多的是铝、镁、钛等用得较多的是铝、镁、钛等密度小的轻金属密度小的轻金属）增强体：增强体：纤维（碳纤维、硼纤维、碳纤维（碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维等）化硅纤维、氧化铝纤维等）性能：性能：耐高温、强度高、导电导热性好、耐高温、强度高、导电导热性好、不吸湿和不易老化，密度小。不吸湿和不易老化，密度小。全复合材料机身：轻型机的价格，中型机的宽敞客舱，客舱内站立高度为米。目前商用目前商用飞飞机上复合材料机上复合材料仅仅占全机重量的占全机重量的50%，而某些直升机早已达到，而某些直升机早已达到90%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
10、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。中国自研大飞机面临发动机与复合材料两大难题哥伦比亚号航天飞机坠毁哥伦比亚号航天飞机坠毁 哥伦比亚号在2003年2月1日，在代号STS-107的第28次任务重返大气层的阶段中与控制中心失去联系，并且在不久後被发现在德克萨斯州上空爆炸解体，机上7名太空人全数罹难。超高温空气从机体表面缝隙入侵隔热瓦下部，最终造成航天飞机在返航途中解体坠毁。2 2）机身隔热复合材料：）机身隔热复合材料：组成组成基体：基体：陶瓷陶瓷增强体：增强体：碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维性能：性能：耐高温、韧性好耐高温、韧性好隔热陶瓷瓦本节教材小结本节教材小结2012年2月28日