济南大学：《复合材料》第二章 复合材料基本特性、应用及其研究现状

第二章复合村料基本特性、应用及其研究现状

1 第二章 复合材料基本特性、应用及其研究现状

1、复合材料的结构和性能 复合材料的结构通常是一个相为连续相,成为基体 而另外一相是以独立的形态分布在整个连续相中的分散相 它显著增强材料的性能,故常称为增强体。 多数情况下,分散相较基体硬,刚度和弜度较基体大。 分散相可以是纤维及其编织物,也可以是颗粒状或弥散的 填料。 在基体和增强体之间存在着累面

2 1、 复合材料的结构和性能 复合材料的结构通常是一个相为连续相，成为基体； 而另外一相是以独立的形态分布在整个连续相中的分散相， 它显著增强材料的性能，故常称为增强体。 多数情况下，分散相较基体硬，刚度和强度较基体大。 分散相可以是纤维及其编织物，也可以是颗粒状或弥散的 填料。 在基体和增强体之间存在着界面

因此,复合材料是由两种以上组分以及它们之 问的界面构成。 组分材料主要指增强体和基体,它们也被称为 复合材料的强相和基体相。增强相与基体相之间 的界面区棫因为其特殊的结构组成也被视作复合材 料中的“相”,即界面相

3 因此，复合材料是由两种以上组分以及它们之 间的界面构成。 组分材料主要指增强体和基体，它们也被称为 复合材料的增强相和基体相。增强相与基体相之间 的界面区域因为其特殊的结构组成也被视作复合材 料中的“相”，即界面相

增强相和基体相是根据它们组分的物理和化学性质和在 最终复合材料中的形态来区分的。 其中一个组分是细丝(连续的或短切的)、薄片或颗粒 状,具有较高的强度、模量、硬度和脆性,在复合材料承受 外加载荷时是主要承载相,称为增强相或增强伾( reinforced phase or reinforcement 增强相或増强体在复合材料中呈分散形式,被基体相隔 离包围,因此也称作分散相;

4 增强相和基体相是根据它们组分的物理和化学性质和在 最终复合材料中的形态来区分的。 其中一个组分是细丝（连续的或短切的）、薄片或颗粒 状，具有较高的强度、模量、硬度和脆性，在复合材料承受 外加载荷时是主要承载相，称为增强相或增强体（reinforced phase or reinforcement）。 增强相或增强体在复合材料中呈分散形式，被基体相隔 离包围，因此也称作分散相；

复合材料中的另一个组分是包围增强相并 相对较软和韧的贯连材料,称为基体相 ( matrix phase)。 复合材料的各种形态示意于图中:

5 复合材料中的另一个组分是包围增强相并 相对较软和韧的贯连材料，称为基体相 （matrix phase）。 复合材料的各种形态示意于图中：

纤维状 颗粒状 层状 片状 填充状 复合材料及其增强相的各种形态

复合材料及其增强相的各种形态 6 纤维状 颗粒状 层状 片状 填充状

复合材料在制造前,基体材料的形状可以是薄片、粉 末、块体或无定形的流体,它的状态可以是固态、气态 熔融态或半固一半液态。 基体材料在与增强相固结后,基体相在复合材料中就 成为包裹增强相的连续体。因此,基体相也叫做连续相。 基体相具有支撑和保护增强相的作用,在复合材料承 受外加载荷时,基体相主要以剪切变形的方弌起向增强相 分配和传递载荷的作用

7 复合材料在制造前，基体材料的形状可以是薄片、粉 末、块体或无定形的流体，它的状态可以是固态、气态、 熔融态或半固—半液态。 基体材料在与增强相固结后，基体相在复合材料中就 成为包裹增强相的连续体。因此，基体相也叫做连续相。 基体相具有支撑和保护增强相的作用，在复合材料承 受外加载荷时，基体相主要以剪切变形的方式起向增强相 分配和传递载荷的作用

在复合材料中,增强相和基体相之间还存 在着明显的结合面。 位于增强相和基体相之间并使两相彼此相 连的、化学成分和力学性质与相邻两相有明显 区别、能够在相邻两相间起传递载荷作用的区 域,称为复合材料的界面( interface)

8 在复合材料中，增强相和基体相之间还存 在着明显的结合面。 位于增强相和基体相之间并使两相彼此相 连的、化学成分和力学性质与相邻两相有明显 区别、能够在相邻两相间起传递载荷作用的区 域，称为复合材料的界面（interface）

复合材料中界面层的厚度通常在亚微米以下,但 界面层的总面积在复合材料中很大,且复合材料的界 面特征对复合材料的性能、破坏行为及应用效能有很 大影响。 所以,人们以极大的注意力开展对复合材料界面 的研究-表面和界面工程( surface and interface engineering)

9 复合材料中界面层的厚度通常在亚微米以下，但 界面层的总面积在复合材料中很大，且复合材料的界 面特征对复合材料的性能、破坏行为及应用效能有很 大影响。 所以，人们以极大的注意力开展对复合材料界面 的研究--------表面和界面工程（surface and interface engineering）

复合材料的性能取决于组分材料的种类、性能、 含量和分布。主要包括:增强体的性能和它的表面 物理、化学状态;基体的结构和性能;增强体的配 置、分布和体积含量。 复合材料的性能还取决于复合材料的制造工艺 条件、复合方法、婴件几何形状和使用环境条件。 10

10 复合材料的性能取决于组分材料的种类、性能、 含量和分布。主要包括：增强体的性能和它的表面 物理、化学状态；基体的结构和性能；增强体的配 置、分布和体积含量。 复合材料的性能还取决于复合材料的制造工艺 条件、复合方法、零件几何形状和使用环境条件