复合材料教案

复合材料教案

Polymeric Composite Materials

（讲稿）

殷立霞

冀州市职教中心

2012年8月

第一讲复合材料概论

一、材料的发展与人类社会的进步

材料是人类社会进步的物质基础和先导，是人类进步的里程碑。综观人类发展和材料发展的历史，可以清楚地看到，每一种重要材料的发现和利用都会把人类支配和改造自然的能力提高到一个新的水平，给社会生产力和人类生活带来巨大的变化。材料的发展与人类进步和发展息息相关。一万年前，人类使用石头作为日常生活工具，人类进入了旧石器时代，人类战争也进入了冷兵器时代。7000年前人类在烧制陶器的同时创造了炼铜技术，青铜制品广泛地得到应用，同时又促进了人类社会发展，人类进入了青铜器时代。同时火药的发明又使人类战争进入了杀伤力更强的热兵器时代。5000年前人类开始使用铁，随着炼铁技术的发展，人类又发明了炼钢技术。十九世纪中期转炉、平炉炼钢的发展使得世界钢产量迅猛增加，大大促进了机械、铁路交通的发展。随着二十世纪中期合金钢的大量使用，人类又进入钢铁时代，钢铁在人类活动中起着举足轻重的作用。核材料的发现，又将人类引入了可以毁灭自己的核军备竞赛，同时核材料的和平利用，又给人类带来了光明。二十世纪中后期以来，高分子、陶瓷材料崛起以及复合材料的发展，又给人类带来了新的材料和技术革命，楼房可以越盖越高、飞机越飞越快，同时人类进入太空的梦想成为了现实。

当前材料、能源、信息是现代科技的三大支柱，它会将人类物质文明推向新的阶段。二十一世纪将是一个新材料时代。

二、复合材料的提出

现代高科技的发展更紧密地依赖于新材料的发展；同时也对材料提出了更高、更苛刻的要求。在现代高技术迅猛发展的今天，特别是航空、航天和海洋开发领域的发展，使材料的使用环境更加恶劣，因而对材料提出了越来越苛刻的要求。例如，航天飞机等空间飞行器在飞行过程中要受到大气阻力、地球引力、太阳辐射力、空间热环境、太阳风、宇宙射线、宇宙尘埃、流星、磁矩等的作用。飞行器发动机还要受到其热环境、内流形成的气动力、结构振动、机件高速转动、液体晃动、振荡燃烧和POGO振动等非正常破坏力的作用。同时由于飞行范围（M数、飞行高度）的扩大、发动机的推力、比推力及推 / 重比大大提高，导致了发动机压力比、涵道比、进口温度、燃烧室温度、TIT、转子转速等也日益提高。由此构成的力、热、化学和物理等效应的作用，最终都要集中到构成飞行器和发动机结构的材料上去，因此对材料的质轻、高强、高韧、耐热、抗

疲劳、抗氧化及抗腐蚀等特性也日益提出了更加苛刻的要求。

又如现代武器系统的发展对新材料提出了如下要求：

1、高比强、高比模；

2、耐高温、抗氧化；

3、防热、隔热；

4、吸波、隐身；

5、全天候；

6、高抗破甲、抗穿甲性；

7、减振、降噪，稳定、隐蔽、高精度和命中率；

8、抗激光、抗定向武器；

9、多功能；

10、高可靠性和低成本。

很明显，传统的单一材料无法满足以上综合要求，当前作为单一的金属、陶瓷、聚合物等材料虽然仍在不断日新月异地发展，但是以上这些材料由于其各自固有的局限性而不能满足现代科学技术发展的需要。例如，金属材料的强度、模量和高温性能等已几乎开发到了极限；陶瓷的脆性、有机高分子材料的低模量、低熔点等固有的缺点极大地限制了其应用。这些都促使人们研究开发并按预定性能设计新型材料。

复合材料，特别是先进复合材料就是为了满足以上高技术发展的需求而开发的高性能的先进材料。它由两种或两种以上性质不同的材料组合而成，各组分之间性能“取长补短”，起到“协同作用”，可以得到单一材料无法比拟的优秀的综合性能，极大地满足了人类发展对新材料的需求。因此，复合材料是应现代科学技术而发展出来的具有极大生命力的材料。现代科学技术不断进步的结果，是材料设计的一个突破。

三、复合材料的发展历史和意义：

实际上，在自然界就存在着许多天然的复合物。例如天然的许多植物竹子、树木等就是自生长长纤维增强复合材料；人类肌肉/ 骨骼结构也是复合材料结构原理。我们的祖先也早就创造和使用了复合材料。6000年前人类就已经会用稻草加粘土作为建筑材料砌建房屋墙壁，迄今在某些贫穷农村仍然沿用着这种原始的非连续纤维增强复合材料。在现代，复合材料的应用更比目皆是，与日常生活和国民经济密不可分。如由沙石、钢筋和水泥构成的水泥复合材料已广泛地应用于高楼大厦和河堤大坝等的建筑，发挥着极为重要的作用；玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）更是一种广泛应用的较现代化复合材料。

现代高科技的发展更是离不开复合材料。例如就航天、航空飞行器减轻结构重量这点而言，喷气发动机结构重量减1Kg ，飞机结构可减重4 Kg ，升限可提高10米；一枚小性洲际导弹第三级结构重量减轻1Kg ，整个运载火箭的起飞重量就可减轻50 Kg ，地面设备的结构重量就可减轻100 Kg ，在有效载荷不变的条件下，可增加射程15 ~ 20 Km ；而航天飞机的重量每减轻1Kg ，其发射成本费用就可以减少15000美元 (图1、图2)。因此，现代航空、航天领域对飞行器结构的减重要求已经不是“斤斤计较”，而是“克克计较”。

图1 火箭壳体材料对射程的影响

先进复合材料具有高比强度、高比模量的优点，可以显著减轻结构重量，是理想的现代飞行器结构材料。先进复合材料的使用，不仅极大地提高了现代飞行器的性能，使得人类飞天、登月的梦想变成现实，同时也创造了巨大的经济效益。先进复合材料结构在新型卫星结构中已占了85%以上，在现代高科技领域具有广泛的应用前景（图3）。

综上所述，复合材料对现代科学技术的发展有着十分重要的作用。复合材料的研究深度和应用广度及其生产发展的速度和规模已成为衡量一个国家科学技术先进水平的重要标志之一。复合材料是现代科学技术不断进步的结果，是材料设计的一个突破；复合材料的发展同时又进一步推动了现代科学技术的不断步。可以预料，随着高性能树脂先进复合材料的不断成熟和发展、金属基、特别是金属间化合物基复合材料和陶瓷基复合材料的实用化、以及微观尺度的纳米复合材料和分子复合材料的发展，复合材料在人类生活中的重要性将越来越显著。同时，随着科学技术的发展，现代复合材料也将赋予新的内容和使命。21世纪将是复合材料的新时代。

第二章复合材料概述

一、复合材料的定义和特点：

1、复合材料的定义：

国际标准化组织（ISO）将复合材料定义为是：两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。

F.L.Matthews 和 R.D.Rawlings 认为复合材料是两个或两个以上组元或相组成的混合物，并应满足下面三个条件：

（1）组元含量大于 5 %；

（2）复合材料的性能显著不同于各组元的性能；

（3）通过各种方法混合而成。

在“材料科学技术百科全书”和“材料大辞典”中将复合材料定义如下：复合材料是由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料。它与一般材料的简单混合有本质区别，既保留原组成材料的重要特色，又通过复合效应获得原组分所不具备的性能。可以通过材料设计使原组分的性能相互补充并彼此关联，从而获得更优越的性能。

复合材料将由宏观复合形式向微观（细观）复合形式发展，包括原位生长复合材料、纳米复合材料和分子复合材料等。

综上所述，复合材料定义所阐述的主要有两点，即组成规律和性能特征。

2、复合材料的特点：

1）由两种或多种不同性能的组分通过宏观或微观复合在一起的新型材料，组分之间存在着明显的界面。

2）各组分保持各自固有特性的同时可最大限度地发挥各种组分的优点，赋予单一材料所不具备的优良特殊性能。

3）复合材料具有可设计性。

3、复合材料的基本结构模式

复合材料由基体和增强剂两个组分构成：

复合材料结构通常一个相为连续相，称为基体；而另一相是一以独立的形态分布在整个基体中的分散相，这种分散相的性能优越，会使材料的性能显著改善和和增强，称为增强剂（增强相、增强体）。

增强剂（相）一般较基体硬，强度、模量较基体大，或具有其它特性。

增强剂（相）可以是纤维状、颗粒状或弥散状。

增强剂（相）与基体之间存在着明显界面。

二、复合材料的分类

——普通复合材料

—按性能分类：——先进复合材料

—热固性

—聚合物复合材料——热塑性

—金属基复合材料

—按基体分类———陶瓷基复合材料

—碳碳复合材料

—水泥基复合材料

—结构复合材料

—按用途分类———功能复合材料

—智能复合材料

—按增强剂分类———颗粒增强复合材料

—晶须增强复合材料

—短纤维增强复合材料

—连续纤维增强复合材料

—混杂纤维增强复合材料

—三向编织复合材料

普通复合材料：普通玻璃、合成或天然纤维增强普通聚合物复合材料，如玻璃钢、钢筋混凝土等。

先进复合材料（Advanced Composite，High Performance Composite）：高性能增强剂（碳、硼、Kevlar、氧化铝、SiC纤维及晶须等）增强高温聚合物、金属、陶瓷和碳（石墨）等复合材料。

一般来讲，先进复合材料的比强度和比刚度应分别达到400MPa / (g / cm3) 和40GPa / (g / cm3) 以上。

结构复合材料：用作承力和次承力结构。要求具有质量轻、高强度、高刚度、耐高温以及其它性能。

功能复合材料：电、热、声、摩擦、阻尼等。包括机敏和智能复合材料。

混杂复合材料：两种或两种以上增强体构成的复合材料。通过产生混杂效应改善性能和降低成本。

结构 / 功能一体化复合材料：在保持材料基本力学性能的前提下，具有特定功能特性，如光、电、磁、摩擦、阻尼等。

一、复合材料的基本性能（优点）：

1、高比强度、高比模量（刚度）：

图2-1 典型金属基体复合材料与基体材料合金性能的比较与传统的单一材料相比，复合材料具有很高的比强度和比模量（刚度）：比强度、比模量：材料的强度或模量与其密度之比。

比强度 = 强度/密度 MPa /（g/cm3）,

比模量 = 模量/密度 GPa /（g/cm3）。

材料的比强度愈高，制作同一零件则自重愈小；材料的比模量愈高，零件的刚度愈大。

2、良好的高温性能：

图 2 – 2 不同SiC纤维复合材料的使用温度范围

复合材料可以在广泛的温度范围内使用，同时其使用温度均高于复合材料基体。目前聚合物基复合材料的最高耐温上限为350 ?C；金属基复合材料按不同的基体性能，其使用温度在350 → 1100 ?C范围内变动；陶瓷基复合材料的使用温度可达1400?C；而碳碳复合材料的使用温度最高，可高达2800?C。

3、良好的尺寸稳定性：

加入增强体到基体材料中不仅可以提高材料的强度和刚度，而且可以使其热膨胀系数明显下降。通过改变复合材料中增强体的含量，可以调整复合材料的热膨胀系数。例如在石墨纤维增强镁基复合材料中，当石墨纤维的含量达到48% 时，复合材料的热膨胀系数为零，即在温度变化时其制品不发生热变形。这对人造卫星构件非常重要。

图2-3 不同材料的尺寸稳定性和比模量

4、良好的化学稳定性：

聚合物基复合材料和陶瓷基复合材料具有良好的抗腐蚀性。

5、良好的抗疲劳、蠕变、冲击和断裂韧性：

由于增强体的加入，复合材料的抗疲劳、蠕变、冲击和断裂韧性等性能得到提高，特别是陶瓷基复合材料的脆性得到明显改善

6、良好的功能性能：包括光、电、磁、热、烧蚀、摩擦及润滑等性能。

第二讲复合材料的增强材料

复合材料的增强材料：提高基体材料机械强度、弹性模量等力学性能的材料的统称。

复合材料的分类：从物理形态来看有纤维状增强材料、片状增强材料、颗粒状增强材料等。

纤维状材料增强作用明显的原因是其拉伸强度和拉伸弹性模量比同一块状材料要大几个数量级。

2.1玻璃纤维

玻璃纤维由熔融的玻璃经拉丝而成，可制成连续纤维和短纤维。由于其制取方便，价格便宜，是应用最多的增强纤维。

2.1.1 玻璃纤维的特点

具有不吸水、不燃烧、尺寸稳定、隔热、吸声、绝缘、能透过电磁波等特性，有良好的耐腐蚀性，除氢氟酸、浓碱、浓磷酸外，对其它溶剂有良好的化学稳定性。其缺点是脆性大，耐磨性差。质地柔软，可纺织成各种玻璃布、带等。

2.1.2 玻璃纤维的分类

1. 以玻璃原料成分分类（以含碱量区分）：

无碱玻璃纤维（碱含量<0.5%）、中碱玻璃纤维（碱含量为11.5%～12.5％）和特种玻璃纤维

2. 以单丝直径分类：

粗纤维：30μm；

初级纤维：20μm；

中级纤维：10一20μm；

高级纤维：3一l0μm(亦林纺织纤维)。对于单丝直径小于4μm的玻田纤维称为特细纤维。

3. 以外观分类：

有连续纤维（无捻粗纱及有铭粗纱（用于纺织））；短切纤维；空心玻璃纤维；玻璃粉及磨细纤维等。

4 以纤维特性分类：

高强玻璃纤维；高模量玻璃纤维；耐高温玻璃纤维；耐碱玻

璃纤维；耐酸玻璃纤维；普通玻璃纤维。

2.1.3 玻璃纤维的结构（两种假说）

微晶结构假说：玻璃是由二氧化硅的―微晶子‖ 组成，在―微晶子‖之间由硅酸块过冷溶液所填充。

网络结构假说：玻璃是由二氧化硅的四面体、铝氧三面体或硼氧三面体相互连成不规则三维网络，网络间的空隙由Na、K、Ca、Mg等阳离子所填充。二氧化硅四面体的三维网状结构是决定玻璃性能的基础（图3-1），填充的Na、Ca等阳离子称为网络改性物。

图3-1 玻璃纤维结构示意图

2.1.4 玻璃纤维的力学性能

（1）拉伸强度

微裂纹假说：纤维的理论拉伸强度可达到2000MPa～12000MPa，但实际上由于玻璃纤维表面存在微裂纹大大降低强度。特别以表面的微裂纹的危害最大。

分子取向假说：玻璃纤维成型时，由于拉丝机的牵引力作用，使玻璃纤维分子产生定向排列，从而提高玻璃纤维的强度。

影响玻璃纤维强度的因素：

①纤维直径和长度：直径越细，拉伸强度越高，长度越长拉伸强度下降。

②化学组成：含碱量越高强度越低。

③存放时间：由于老化，纤维的强度随着时间的增加而降低。

此外还有施加负荷时间、成型方法和成型条件。

（2）弹性

①延伸率。一般为3％。

②弹性模量。比人造纤维高，但比金属低，加入BeO、MgO能提高弹性模量。

（3）纤维的耐磨性和耐折性。这两个性能都较差。

3. 热性能

玻璃纤维的导热系数小，隔热性好。其耐热性高，其软化点为550℃～580℃。

4. 电性能

同一般的玻璃，可以导电，其导电性取决于化学组成、温度和湿度。

2.1.5 玻纤的界面处理(interface finishing)

1 玻纤的表面处理

有机硅烷类偶联剂

有机酸氯化铬络合物偶联剂

偶联剂的作用(functions of coupling agent)：

①在两相界面形成化学键，大幅度提高界面粘接强度

②改善了界面对应力的传递效果

③提供了一个可塑界面层，可部分消除界面残余应力

④提供了一个防水层，保护了界面，阻止了脱粘和腐蚀的发生

偶联剂对不同复合体系具有较强的选择性

2 纤维表面处理方法

1. 后处理法

此法分两步：首先除去玻璃纤维表面的纺织型浸润剂，然后经处理剂溶液浸渍、水洗、烘干等工艺，使玻璃纤维表面被覆上一层处理剂。

其主要特点是：处理的各道工序都需要专门的设备，初投资较大，玻璃纤维强度损失大，但处理效果好，是目前国内外最常使用的处理方法。

2. 前处理法

这种方法需适当改变浸润剂的配方，使之既能满足拉丝、退并、纺织各道工序的要求，又不妨碍树脂对玻璃纤维的浸润和粘结。它的优点：

①省去了复杂的处理工艺及设备，使用简便；

②避免了因热处理造成的玻璃纤维强度损失。

它是很有价值又比较理想的处理方法。但技术复杂，尚需进一步研究。

3. 迁移法

迁移法是将化学处理剂直接加入到树脂胶液中，借处理剂从纤维表面的―迁移‖作用与纤维发生作用，从而产生偶联作用。

2.2碳纤维

定义：碳纤维是一种纤维状碳材料，它是用一些含碳的有机纤维，如尼龙丝、腈纶丝、人造丝等做原料，将这些有机纤维跟塑料树脂结合在一起，放在惰性气氛中，在一定的压强下加强热碳化而成。

性能：碳纤维及其复合材料具有高比强度，高比模量，耐高温，耐腐蚀，耐疲劳，抗蠕变，导电，传热，和热膨胀系数小等一系列优异性能，它们既可以作为结构材料承载负荷，又可以作为功能材料发挥作用，目前几乎没有什么材料具有这么多方面的特性。因此，碳纤维及其复合材料近年来发展十分迅速。

以粘胶纤维为原料制取碳纤维时，先在氮或氩等惰性气体中进行400℃以下的低温稳定化处理，然后在惰性气体保护下于1000～1500℃进行碳化处理，制成含碳量90％以上的碳纤维，最后于2500～3000℃的高温下进行石墨化处理，制得石墨碳纤维。

用聚丙烯腈为原料制造碳纤维的过程为

2.2.1 碳纤维材料性能特点

（1）抗拉强度：碳纤维的抗拉强度约为钢材的10倍。

（2）弹性模量：碳纤维复合材料的拉伸弹性模量高于钢材，可达3000cN/tex以上，断裂伸长率为0.5％～2.0％。但芳纶和玻璃纤维复合材料的拉伸弹性模量则仅为钢材的一半和四分之一。

（3）疲劳强度：碳纤维和芳纶纤维复合材料的疲劳强度高于高强纲丝。金属材料在交变应力作用下，疲劳极限仅为静荷强度的30%～40%。由于纤维与基体复合可缓和裂纹扩展，以及存在纤维内力再分配的可能性，复合材料的疲劳极限较高，约为静荷强度的70%～80%，并在破坏前有变形显著的征兆。

（4）重量：约为钢材的五分之一。

（5）与碳纤维板的比较：碳纤维片材可以粘贴在各种形状的结构表面，而板材更适用于规则构件表面。此外，由于粘贴板材时底层树脂的用量比片材多、厚度大，与混凝土界面的粘接强度不如片材。

（6）碳纤维具有优良的机械性能，其断裂强度为15cN/tex左右，具有自润滑性能。

（7）其化学性质与碳相似，在室温下是惰性的，除能被强氧化剂氧化

外，一般的酸碱对碳纤维不起作用。在惰性气体中，其耐热性十分突出，在1500℃以上的高温下强度才开始降低。

（8）碳纤维导电性能好，比电阻在1×l0-2Ω·cm以下，吸附性强。

（9）碳纤维的缺点是抗压性差，易折断，耐冲击性能差。

2.2.3 碳纤维的种类

根据加工纤维时的处理温度不同，分为碳纤维和石墨纤维。碳纤维是在1000～2300℃范围内碳化得到的，石墨纤维是在2300℃以上碳化得到的，

其含碳量超过98％，结构上类似石墨，有金属光泽。

按碳纤维强度的不同，可分为普通碳纤维和高强度高模量碳纤维。普通碳纤维的强度和模量分别小于1.2GPa和100GPa；高强度高模量碳纤维的强度和模量分别高于1.5GPa和170GPa。

根据制造碳纤维所用原料的不同，可分为纤维素系碳纤维、聚丙烯腈系碳纤维、沥青系碳纤维。

2.2.4 碳纤维的结构特点

碳纤维之所以具有很高的抗拉强度主要由于类石墨结构分子层片沿纤维轴的高度取向。其基本结构如图3所示。层片分子取向度的高低和纤维内部缺陷的多少是决定碳纤维强度的主要因素。

第三讲

第2章基体材料

2.1概述

以高分子材料为基体，加入各种纤维制成的复合材料。对这类复合材料通常可以按增强纤维的不同来进行分类。如：玻璃纤维增强树脂基复合材料、碳纤维增强树脂基复合材料等。

复合材料基体：为复合材料中起到粘结增强体成为整体并转递载荷到增强体的主要组分之一。

图 2 – 1 热塑性a、b和热固性c聚合物的形态特征

2.2聚合物基体

2.2.1 热固性树脂

热固性聚合物:环氧、酚醛、双马、聚酰亚胺树脂等。通常为分子量较小的液态或固态预聚体，经加热或加固化剂发生交联化学反应并经过凝胶化和固化阶段后，形成不溶、不熔的三维网状高分子（图6 - 1c）。热固性树脂在初始阶段流动性很好，容易浸透增强体，同时工艺过程比较容易控制。这些树脂几乎适合于各种类型的增强体。通常都先制成预浸料，使浸入增强体的树脂处于半凝固状态，在低温保存条件下限制其固化反应，并应在一定期间内进行加工。各种热固性树脂的固化反应机理不同，根据使用要求的差异，采用的固化条件也有很大的差异。一般的固化条件有室温固化、中温固化（120?C左右）和高温固化（170?C以上）。这类高分子通常为无定型结构。具有耐热性好、刚度大、电性能、加工性能和尺寸稳定性好等优点。

1)环氧树脂(EP): o

一种分子中含有两个或两个以上活性环氧基团 (—C—C—) 的低聚

物。按化学结构分类如下：

缩水甘油醚 EP

—缩水甘油类缩水甘油胺 EP

缩水甘油酯 EP

—脂环族EP

—脂肪族EP

环氧树脂是线型结构，必须加入固化剂使它变为不溶不熔的网状结构才有用途。按固化工艺可分为三大类：1）含有活泼氢的化合物，它仍在固化时发生加成聚合反应； 2）离子型引发剂，它可分阴离子和阳离子；3）交联剂，它能与双酚A型环氧树脂的氢氧基进行交联。

常用的固化剂包括脂肪族或芳香族胺类，有机多元酸或酸酐等。

表2-1 热固性树脂的力学性能

2) 双马来酰亚胺树脂（BMI）

双马树脂是马来酸酐与芬香族二胺反应生成预聚体，再高温交联而成的一类热固性树脂。

交联后的双马树脂具有不熔、不溶的特点，有高的交联度，固化后的密

度在1.35~1.4 g/cm3之间，玻璃化温度（Tg）在 250 ~ 300 ?C 之间，使

用温度为150 ~ 200 ?C。

3）聚酰亚胺树脂（PMR）

聚酰亚胺树脂是主链含杂环结构的聚合物。其典型反应是芳香二酸酐与芳香二胺生成聚酰胺酸，在热作用下酰胺脱水形成聚酰亚胺。聚酰亚胺树脂

2.2.2 热塑性树脂

热塑性聚合物:包括各种通用塑料（聚丙烯、聚氯乙烯等）、工程塑料（尼龙、聚碳酸酯等）和特种耐高温聚合物（聚酰胺、聚醚砜、聚醚醚酮等）。它们是一类线形或有支链的固态高分子（图6-1a、b），可溶可熔，

可反复加工而无化学变化。在加热到一定温度时可以软化甚至流动，从而在压力和模具的作用下成型，并在冷却后硬化固定。这类聚合物必须与增强体制成连续的片（布）、带状和粒状预浸料，才能进一步加工成各种复合材料构件。这类高分子分非晶（或无定形）和结晶两类。通常结晶度在20-85 % 之间。具有质轻、比强度高、电绝缘、化学稳定性、耐磨润滑性好，生产效率高等优点。与热固性聚合物相比，具有明显的力学松弛现象；在外力作用下形变大；具有相当大的断裂延伸率（图6-2）；抗冲击性能较好。

聚合物的力学特点：

图 2–2 不同树脂材料的应力应变曲线图 2-3 温度及加载速度对高聚物

力学性能的影响决定聚合物强度的主要因素是分子内分子之间的作用力。聚合物的破坏无非是聚合物主链上化学键的断裂或是聚合物分子链之间相互作用的破坏。

高聚物的力学性能强烈依赖于温度和加载速率（时间）（图6-3、4）。同时考虑“温度—时间—环境—载荷”几方面的因素才能真实反映材料的性

能。

图2-4 热塑性聚合物状态与温度的关

1 —非晶态聚合物的温度- 形变曲线，

2 —结晶态聚合物的温度- 形变曲线

高聚物特征温度：玻璃化转变温度 Tg，熔点Tm和粘流温度T f

在Tg以下：为硬而脆或硬而韧的固体（玻璃态）；

在Tg附近：非晶高聚物转变成软而有弹性的橡胶态；半晶高聚物转变成软而韧的皮革态；

热塑高聚物Tg 基本固定；热固高聚物Tg 随其交联度的增加而增加, 当交联度很高时，达到Tg后无明显的软化现象

Tm（非晶）、T f（结晶）：成为高粘度的流体（粘流态）。

1）聚醚醚酮（PEEK）

PEEK是一种半结晶型热塑性树脂，其玻璃化转变温度为143 ?C ，熔点为334 ?C，结晶度一般在20-40%，最大结晶度为48 % 。

PEEK在空气中的热分解温度为650?C，加工温度在370~420?C，室温弹性模量与环氧树脂相当，强度优于环氧，断裂韧性极高，具有优秀的阻燃性。PEEK基复合材料可在250 ?C的温度下长期使用。

2）聚苯硫醚（PPS）

结晶型聚合物，耐化学腐蚀性极好，在室温不溶任何溶剂，可长期耐热至 240 ?C。

3）聚醚砜（PES）

非晶聚合物，玻璃化转变温度为225 ?C，可在180 ?C下长期使用；有突

出的耐蠕变性、尺寸稳定性；热膨胀系数与温度无关，无毒，不燃。

4）热塑性聚酰亚胺

聚醚酰胺（PEI）：长期使用温度为 180 ?C 。

聚酰胺酰亚胺（PAI）：Tg 达280 ?C，长期使用温度为 240 ?C 。2.3 金属

2.3.1 用于450 ?C以下的轻金属基体（铝、镁及其合金）

1-1铝及其合金:

面心立方结构，无同素异构转变。熔点为660 ?C，密度2. 7g /cm3。塑性优异，导热、导电性能好；化学活性高，强度不高。铝合金中常用的合金元素有铜、镁、锌、锰和硅等。可分变形铝合金和铸造铝合金(Z L)。变形铝合金可分为: 防锈铝(LF)、硬铝（LY）、超硬铝(LC)、锻铝（LD）。

铝合金需用固溶处理、淬火和时效来改善和提高性能。固溶处理是指通过加热使合金中第二相完全溶入α相中，并通过扩散均匀化，以固溶强化方式强化合金。淬火是指固溶处理后用水或其它介质将合金急冷至室温，获得最大饱和度的均匀固溶体。淬火是时效处理的前提。

指通过过饱和度固溶体的分解,析出介稳定的第二相(过渡相)并弥散分布。通过时效铝合金的强度和硬度明显提高。

图 6-5 铝合金的相图

1-2 镁及其合金:

镁具有密排六方结构，密度为 1. 74g / cm3。镁的强度和模量都很低，但比强度、比模量较高。其室温和低温塑性较低，但高温塑性好，可进行各种形式的热变形加工。

图 6-6 镁-铝合金相图图 6-7 镁-锌合金相图

镁的合金化也是利用固溶强化和时效强化来提高合金的常温和高温性能。其合金化元素有铝、锌、锆、锰和稀土等。镁合金主要有Mg-AL-Zn系和Mg-Zn-Zr系，分变形镁合金和铸造镁合金。

2.3.2 用于450~700 ?C复合材料的金属基体（钛及其合金）

钛的密度为4.51g/cm3 ，熔点1678?C ，热膨胀系数7.35?10-6/K，导电和导热性差，耐腐蚀性良好。钛有两种同素异构结构。882.5?C 以下为密排六方结构（α-Ti）；882.5 ?C 以上至熔点为体心立方结构（β-Ti）。

纯钛的塑性极好，其强度可通过冷加工硬化和合金化得到显著提高。钛合金一般按合金元素加入后在退火组织中的作用分为α型、β型和α +β型三类。合金化后的耐热性显著提高，可作为高温结构材料，长期使用温度可达 650?C 。

钛合金中合金元素对钛的同素异构体的作用在于能提高钛同素异构体的转变温度。扩大α区和增加α相稳定性的合金元素为α稳定元素；降低钛的同素异构体转变温度，扩大β相区，并在复相合金中优先溶于β相内的合金元素为β稳定元素，是强化β相的主要元素。

为了获得最佳的机械性能，钛合金需要进行适当的退火、淬火和失效等热处理。退火适用于各类钛及钛合金，而且是α型钛合金和β稳定化元素较少的和α + β型钛合金的唯一热处理方式。退火的目的是消除内应力，提高塑性和稳定组织及消除加工硬化。应力退火温度一般为450 ~ 650 ?C，空冷；再结晶温度为750~800 ?C，空冷。

表 6-2钛合金复合材料中常用钛及钛合金成分及性能

β型和β稳定化元素较多的α + β型钛合金可以进行淬火和失效等热处理，以提高合金的强度。这类合金的淬火温度一般选在α + β两相区的上部范围，为750~950 ?C，水冷；时效温度为450~550?C ，时间为几小时到几十小时。

钛合金的淬火时效机制类似于铝合金，但又有区别。主要区别在于铝合金固溶时，得到过饱和固溶体，而钛合金得到的是β稳定化元素欠饱和固溶体；铝合金时效强化是依靠过渡相，而钛合金时效强化是依靠弥散分布的平衡相强化。

2.3.3 用于1000 ?C高温复合材料的金属基体

3 -1 高温合金(Superalloys)

高温合金是铁基、镍基和钴基高温合金的总称，在高温下具有很的持久、蠕变和疲劳强度。为了获得高强度与高蠕变抗力，合金元素必须保证产生在高温下强而稳定的显微组织。固溶强化、弥散强化和析出硬化。其典型组织为：奥氏体基体和弥散分布于其中的强化相，它可以是碳化物相、金属间化合物相或稳定化合物质点。

铁基高温合金可做中温使用的另部件，如700?C以下使用的发动机涡轮盘，作为高温板材的固溶强化型铁基高温合金的使用温度在 900?C 以下。

镍基合金用来制造使用温度更高的、受力苛刻的热端部件，如涡轮叶

《第十章 极地地区》教案

《第十章极地地区》教案 【教学目标】 （一）知识目标 １、认识两极地区的位置范围、气候条件、自然环境、自然资源等。 ２、会用地图、景观图片和相关资料，总结归纳出两极地区的环境特点。 ３、学会在以两极为中心的地图上辨别方向。 ４、培养从图片中提取地理信息的能力。 （二）能力目标 １、掌握运用地图和相关资料说明某一地区位置特点的方法。 ２、掌握使用两极地形图和景观图片，总结归纳两极地区气候特点的方法。 ３、使用两极地区气温图表区分两极气候的特点。 ４、掌握利用经纬网在以两极地区为中心的地图上判断方向的方法。 （三）情感目标 通过学习，让学生感受到科学家热爱科学、不畏艰险、勇于探索的精神，并增强他们保护两极地区环境的意识和热爱祖国的情感。 【教学重点】 两极地区的位置、气候、自然环境、自然资源等。 【教学难点】 １、判断两极地区的方向，辨别周围环境。 ２、读图理解、区分两极地区的自然环境的差异。 ３、读图分析能力与技巧的培养。 【教学突破】 １、分别用南极地区和北极地区的地图，说明两极地区的位置。 ２、在以两极为中心的地图上，用经纬网辨别方向和周围的环境 ３、利用两极地区气温图，区分两极地区自然环境的差异。 4．利用图片等相关资料，总结、归纳两极地区的自然环境特点。 【教学准备】 北极地区图、南极地区图、两极地区气温比较图、有关阅读资料、图片、课

件等。 【教学过程】 （一）冰雪覆盖的地区 １、创设情景，导入新课。 请大家看一段录像，猜一猜片中展现的是哪儿的景象?(播放极地区的景象录像) 总结：这就是神秘的北极地区和南极地区，今天我们进入到这两个特殊地区，去解开它们神秘的面纱。 板书：两极地区。 ２、两极地区都是被冰雪覆盖的地区，为什么呢?我们来揭示这一问题。 板书：冰雪覆盖的地区。 展示北极地区图和南极地区图。 请同学们从图中查出两极地区的位置范围和周围的大洲或大洋。（北极地区：位于北纬66．5º以北，中心位置是北冰洋，周围被亚洲、欧洲、北美洲环绕。南极地区：位于南纬66．5º以南，中心位置是南极大陆，周围被太平洋、大西洋、印度洋环绕。） ３、引导：从纬度位置看，两极地区接受的热量多吗?试从这个方面解释两极地区冰雪覆盖的原因。（两极地区纬度高，太阳斜射，所得的太阳光热少，气温低，大部分地区冰雪终年不化，所以形成厚厚的冰雪，覆盖着陆地和大洋。）总结：由于太阳斜射，两极地区气温很低。都有极昼、极夜现象，这是由地球公转引起的。 ４、南北极气温比较图。 读图对比一下两极的气温值，结合课本102页有关材料，探究：在两极地区不同的气温影响下，气候和自然景观会有什么差异?（南极气候：酷寒、干旱、大风。南极景观：厚厚的冰层，附近海面有冰山，被称为“白色沙漠”和“风库”。北极气候：气温高于南极，降水多于南极，风速小于南极。北极景象：终年冰封，冰雪天地。） 板书：纬度高，气温低，冰天雪地，南极酷寒、干旱、大风。 ５、引导：尽管两极自然条件恶劣，但也有生命存在，看图10．3和图10．4，

复合材料力学

复合材料力学 论文题目：用氧化铝填充导热和电绝缘环氧 复合材料的无缺陷石墨烯纳米片 院系班级：工程力学1302 姓名：黄义良 学号： 201314060215

用氧化铝填充导热和电绝缘环氧复合材料的无缺陷石墨烯纳米片 孙仁辉1 ，姚华1 ，张浩斌1 ，李越1 ，米耀荣2 ，于中振3 （1.北京化工大学材料科学与工程学院，有机无机复合材料国家重点实验室北京 100029;2.高级材料技术中心（CAMT ），航空航天，机械和机电工程学院J07，悉尼大学;3.北京化工大学软件物理科学与工程北京先进创新中心，北京100029） 摘要：虽然石墨烯由于其高纵横比和优异的导热性可以显着地改善聚合物的导热性，但是其导致电绝缘的严重降低，并且因此限制了其聚合物复合材料在电子和系统的热管理中的广泛应用。为了解决这个问题，电绝缘Al 2O 3用于装饰高质量（无缺陷）石墨烯纳米片（GNP ）。借助超临界二氧化碳（scCO 2），通过Al(NO 3)3 前体的快速成核和水解，然后在600℃下煅烧，在惰性GNP 表面上形成许多Al 2O 3纳米颗粒。或者，通过用缓冲溶液控制Al 2(SO 4)3 前体的成核和水解，Al 2(SO 4)3 缓慢成核并在GNP 上水解以形成氢氧化铝，然后将其转化为Al 2O 3纳米层，而不通过煅烧进行相分离。与在scCO2的帮助下的Al 2O 3@GNP 混合物相比，在缓冲溶液的帮助下制备的混合物高度有效地赋予具有优良导热性的环氧树脂，同时保持其电绝缘。具有12％质量百分比的Al 2O 3@GNP 混合物的环氧复合材料表现出1.49W /（m ·K ）的高热导率，其比纯环氧树脂高677％，表明其作为导热和电绝缘填料用于基于聚合物的功能复合材料。 关键词：聚合物复合基材料（PMCs ） 功能复合材料 电气特性 热性能 Decoration of defect-free graphene nanoplatelets with alumina for thermally conductive and electrically insulating epoxy composites Renhui Sun 1，Hua Yao 1， Hao-Bin Zhang 1，Yue Li 1，Yiu-Wing Mai 2，Zhong-Zhen Yu 3 (1.State Key Laboratory of Organic-Inorganic Composites, College of Materials Science and Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China; 2.Centre for Advanced Materials Technology (CAMT), School of Aerospace, Mechanical and Mechatronic Engineering J07, The University of Sydney, Sydney, NSW 2006, Australia; 3.Beijing Advanced Innovation Center for Soft Matter Science and Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China) Abstract:Although graphene can significantly improve the thermal conductivity of polymers due to its high aspect ratio and excellent thermal conductance, it causes serious reduction in electrical insulation and thus limits the wide applications of its polymer composites in the thermal management of electronics and systems. To solve this problem, electrically insulating Al 2O 3is used to decorate high quality (defect-free) graphene nanoplatelets (GNPs). Aided by supercritical carbon dioxide (scCO 2), numerous Al 2O 3 nanoparticles are formed

复合材料概论

复合材料概论 王荣国武卫莉谷万里主编 复习 第一章总论 复合材料定义：复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料；在复合材料中通常有一个相为连续相，称为基体，另一相为分散相，陈伟增强材料。 生产量较大，适用面广，性能相对较低的为常用复合材料，高精尖的为先进复合材料。 复合材料的命名：玻璃纤维环氧树脂复合材料、玻璃/环氧复合材料，玻璃纤维复合材料，环氧树脂复合材料，玻璃纤维增强环氧树脂复合材料。 常用的分类方法： 1．按增强材料形态分类（连续纤维复合、短纤维复合、颗粒复合、编织复合） 2．按增强材料纤维种类分类（玻璃纤维、碳纤维、有机纤维、金属纤维、陶瓷纤维、混合）3．按基体材料分类（聚合物基、金属基、无机非金属基） 4．按材料作用分类（结构复合材料、功能复合材料） 复合材料的共同特点： 1．可综合发挥各组成材料的优点 2．可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造（最大特点！！） 3．可制成所需的任意形状的产品 聚合物基复合材料的主要性能： 1．比强度、比模量大 2．耐疲劳性能好

3．减震性能好 4．过载时安全性能好 5．具有多种功能性 6．良好的加工工艺性 金属基复合材料的主要性能 1．高比强度、比模量 2．导热导电性能优良 3．热膨胀系数小、尺寸稳定 4．良好的高温性能 5．耐磨性好 6．良好的疲劳性能 7．不吸潮、不老化、气密性好 陶瓷基复合材料的主要性能：强度高、硬度大、耐高温、抗氧化、高温下抗磨损性能好、耐化学腐蚀性优良、热膨胀系数和相对密度较小；断裂韧性低，限制其为结构材料使用。 复合材料力学性能取决于增强材料的性能、含量和分布，取决于基体材料的性能和含量 第二章复合材料的基体材料 1 基体材料是金属基复合材料的主要组成，起着固结增强物、传递和承受各种载荷（力热电）的作用。 2 金属基：铝及铝合金、镁合金、钛合金、镍合金、铜与铜合金、锌合金、铅、钛铝、镍铝金属间化合物等 3 在连续纤维增强金属基复合材料中基体的主要作用是以充分发挥增强纤维的性能为主，基体本身应与纤维有良好的相容性和塑性，而并不要求基体本身有很高的强度。

复合重点学习的材料重点学习的教学大纲纲要.doc

复合材料教学大纲

《复合材料》教学大纲 一、课程名称：复合材料 二、学分、学时： 2 学分、 32 学时 三、教学对象： 06 级应用化学本科 四、课程性质、教学目标 《复合材料》是应用化学专业的一门学科基 础课程，选修。复合材料是包括多学科、多领域 的一门综合性学科。 本课程以恰当的比例分别对复合材料的各种增强材料、复合材料的各种基体材料以及聚合物基复合材料、陶瓷基复合材料等的性能、制备、应用和发展动态进行了较为系统的讨论。使学生在已有的材料科学的基础上，较为系统地学习复合材料的各种基体材料和增强材料，以及各种复合材料的性能、制备方法与应用，了解材料的复合原理，以及复合材料的发展方向。从而丰富和拓宽学生在材料及材料学方面的知识。 五、课堂要求 要求认真随堂听课，认真阅读指定教材，广泛查阅有关复合材料方面的最新资料。按教学要求完成专题综述论文的撰写，并进行课堂交流。 六、教学内容与基本要求 （一）绪论（ 2 学时） 复合材料的国内外发展状况及今后的发展

方向；复合材料的分类；复合材料的基本性能；复合材料的增韧增强原理；复合材料的特性；复合材料的应用。 基本要求：掌握复合材料的基本性能及分类，了解复合材料的应用。 （二）材料的基体材料（6学时） 金属材料：金属的结构与性能、各种合金材料； 陶瓷材料：包括水泥、氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷； 聚合物材料：聚合物的种类、结构与性能，复合材料选用聚合物的原则。 基本要求：掌握常用基体材料的种类、结构性能及其选用的原则。 （三）材料的增强材料（6学时） 玻璃纤维及其制品的分类、制备、性能与应用； 碳纤维的分类、制备、性能与应用； 陶瓷纤维、芳纶纤维、晶须的制备、性能与应用； 填料（高岭土、石墨、烹饪土、烹饪土、碳酸钙、化石粉等）的性能与应用。

人教版七年级地理下册第十章《极地地区》优秀教案

人教版七年级地理下册第二十章《极地地区》 教学设计 【课标要求】 说出南北极地区自然环境的特殊性。 【教材分析】 “极地地区”是是地球上两个十分特殊的区域，是目前人类最少涉足的区域，却具有非常高的科研价值，因而成为了世界上许多科学家非常关注的地区。极地地区独特的地理位置，使得这里自然环境十分特殊，是一个冰雪世界，人迹罕至。正是由于其特殊的自然环境，使得那里留下了丰富的自然资源以及原始的自然环境，成为了科学家研究地球的重要场所。而科学考察必然会带来一系列的环境问题，如何保护极地环境，实现可持续发展是我们必须要思考的问题。教材将这些知识以三个框题呈现：独特的自然环境、科学考察的宝地、极地地区的环境保护，内容上呈现出一个递进的内在联系；也让学生通过学习，认识到极地环境保护与我们的生活存在关系，从而能够从小事做起，保护地球环境。 【学情分析】 极地地区是本册课本的最后一章，学生通过前面区域地理的学习，已经具备了基本的读图、分析问题、解决问题的能力，能够运用所学的知识解释基本的地理现象，并且明白了区域地理的基本学习方法，明白了各地理要素之间存在的联系，这是有利于学习的方面。但由于极地地区离我们较远，我们对极地地区的了解不是太多，加上七年级的学生求知欲望比较强烈，思维活跃，积极性高，所以教师可以提供充足的图文资料及视频资料，创设情境，降低难度，必要时加以正确的引导。 【教学目标】： 1.运用南极地区和北极地区图，说出两极地区的位置及范围，培养学生的读图、用图能力。

2.运用图文资料，对比说出两极地区自然环境的特殊性，培养学生综合分析的能力，让学生初步形成求真求实、热爱科学的态度 3.通过分组学习的形式，充分发挥学生的自主性，培养小组合作意识、竞争意识和团队精神。 【教学重点】： 1.两极的位置及范围 2.极地自然环境的特殊性 【教学难点】： 两极地区自然环境的特殊性。 【教法学法】： 教法：情境激趣法、图释导学法。 学法：自主探究、小组合作。 【教学过程】 一、创设情境： 播放有关南北极的视频，让学生谈感受。在谈感受的过程中，学生对极地的神秘与美丽非常向往，有想亲自去体验的冲动，从而设计极地游，导入新课。设计意图：通过视频，给学生以震撼，激发学生的学习兴趣，也吸引学生注意即将开始的新课，为下面的学习做好铺垫。 二、教学过程： 教学围绕极地之旅展开，以“在哪里”——“带什么”——“吃和住”为教学主线，依次展开。 （一：在哪里 极地揭秘——位置与范围 展示南北极地区图，出示以下问题：

复合材料导论

第一章 绪论 复合材料的定义： 复合材料(Composite materials)，是由界面分明、物理化学性质不同的组分材料，通过物理或化学的方法构成的性能优越的多相材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。 复合材料应具有以下三个特点： (1)复合材料是由两种或两种以上不同性能的材料组元通过宏观或微观复合形成的一种新型材料，组元之间存在着明显的界面。 (2)复合材料中各组元不但保持各自的固有特性而且可最大限度发挥各种材料组元的特性，并赋予单一材料组元所不具备的优良持殊性能。 (3)复合材料具有可设计性。 复合材料的发展现状 （1）玻璃钢和树脂基复合材料 非常成熟 广泛的应用 （2）金属基复合材料 开发阶段 某些结构件的关键部位 （3）陶瓷基复合材料及功能复合材料等 尚处于研究阶段 有不少科学技术问题有待解决 复合材料的组成结构特点和分类 *细观复合：一种或几种制成细微形状的材料均匀分散于另一种连续材料中 宏观复合：两层以上不同材料的叠合,层合复合材料可以是几种单成分材料,也可以细观复合材料 细观复合材料的组成结构特点： 1基体相（连续相）：Co 包围增强相并相对较软和韧的贯连材料，作用是粘结保护分散相材料和传递应力 2界面：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 3增强相（分散相）：被基体相包裹分隔，具有比基体相高的模量和强度，起到抵抗变形和破坏的作用 细观复合材料的分类 细观复合材料的分类 （按分散相分类) 1纤维增强复合材料 (包括连续纤维增强：“纤维的两端达到制成的复合材料构件的边界” 和 短纤维增强："将长纤维或纤维束切断分散于基体中"） 2 颗粒增强复合材料 3晶须增强复合材料 按连续相分类 非金属基复合材料 金属基复合材料 聚合物基复合材料 碳基复合材料 陶瓷基复合材料 热固性树脂 热塑性树脂

七年级地理下册第十章极地地区复习教案人教新课标版

第十章极地地区导学案 一.复习目标 1、熟读北极地区图和南极地区图,明确两地区的位置、范围. 2、让生说出两极地区的气候特征. 3、能知道长城站和中山站的位置及方向。 二.复习重点、难点 1、在以两极为中心的地图上判别方向. 2、在以两极为中心的地图上判别大洲和大洋的位置. 三.中考预测 本章以南极和北极图的考查为重点,选择题中可能涉及的知识点主要有南北极地区的地理位置、主要生物、气候特点等.如2008年山东卷考查了南极和北极地区冰川消融的问题.2010年在南极考察及极地保护方面命题可能性较大. 四.知识结构 复习指导一: 复习指导二: 1.复习指导一的表格内容 2. 复习指导二的表格内容 3. 如何在以两极为中心的地图上判别方向 4. 如何判读北极地区周围的三个大洲; 如何判读南极地区周围的三个大洋. 5. 南极地区有哪些别称,分别的代表的含义是什么? 六.达标训练 1.(2008 山东东营)下列有关两极地区的叙述,你认为不正确的是( ) A.南极地区以海洋为主, 北极地区以陆地为主. B.两极地区都非常寒冷,多强风 C.在南极地区能见到可爱的企鹅,在北极地区能见到胖胖的北极熊 D.两极大部分地区都有极昼极夜现象 2.(2008 山东)2007年世界气象日的主题是”极地气象,认识全球影响”.当前两极地区的冰层正在不断变薄,其原因可能是( ) A.全球气候变暖 B.两极地区降水减少 C. 两极地区陆地增厚 D. 两极地区的风速增大 3.(2007 山东泰安) 有关南极洲的叙述,不正确的是( ) A.11月至次年3月,是来南极洲科学考察的最佳季节 B.南极洲是淡水资源最丰富的大洲 C.南极洲是未来南半球各大洲间空中交通的唯一中间基地 D.极端恶劣的气候条件使南极洲生物资源相当贫乏 4.(2005 山东)有关中国南极科学考察站的说法,正确的是( ) A.中山站的建立早于长城站 B. 长城站不在南极圈内 C.中山站不属于南极地区 D.长城站和中山站都位于东半球 5.(2008 福建福州)南极的科考队员们要克服的恶劣天气是( ) A.倾盆大雨 B.酷寒烈风 C.烈日炎炎 D.阴雨绵绵 6(2007 吉林长春)读“南极洲地图”,回答下列问题. (1)字母表示有极昼、极夜现象的中国南极 站,它位于洋沿岸. (2)E点的经纬度是 . (3)近年来南极地区上空出现的会给人类环境 带来极大危害. (4)南极大陆煤炭丰富的事实为地壳运动的“” 学说提供了有力证据. 7.(2007 重庆)读“北极地区示意图”,根据所学的知识 回答下列问题. (1)图中J海峡是海峡，它是洲与洲 的分界线,该海峡东西两侧的国家分别是和 (2) 图中A国家和C国家均有广阔 的林, 两国的气候均以气候为主. (3)图中F国家是国, 它位于 (东﹑西)半球. (4)图中A在 C的方向， 若由A沿图中直线走到C处，其 前进方向是：先往方向， 后往方向。 七.课堂小结

复合材料专业概论

浅谈复合材料 温乐斐10103638复材101 摘要 复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。复合材料的组分材料虽然保持其相对独立性，但复合材料的性能却不是组分材料性能的简单加和，而是有着重要的改进。在复合材料中，通常有一相为连续相，称为基体；另一项为分散相，称为增强相（增强体）。分散相是以独立的形态分布在整个连续相中的，两相之间存在着界面相。分散相可以是增强纤维，也可以是颗粒状或弥散的填料。复合材料既可以保持原材料的某些特点，又能发挥组合后的性特征，它可以根据需要进行设计，从而最合理地达到使用所要求的性能。本文简单介绍一下复合材料的基体材料、增强材料以及两者的界面、复合材料的特点、分类、应用等。 关键字 基体材料增强材料特点分类应用 前言 现代科学技术正以日新月异的速度深刻改变、影响着当代人类衣食住行等的各个方面，而在这个过程中，材料扮演了极为重要的、无可取代的角色。材料是人类社会发展的先导者、是国家实力的重要标志、是人民生活水平提高的重要保证。 如果把科技进步作为材料开发、创新的最原始的推动力，那么材料的发现和使用则被称为“科技进步的基础和柱石”是丝毫也不过分的。 而在此之中，无机非金属材料、有机高分子材料和金属材料并列被称为“材料三巨头”彼此都具有相应的使用特点。但是金属材料容易腐蚀、密度大；无机非金属材料性质脆容易破裂；高分子材料易老化不耐高温的缺点同时也限制了它们使用的条件和范围。如何在有限的条件下尽可能更好地达到材料的性能使用要求，要求材料能单独表现出多方面的优异性能的考量促进了复合材料的创新和发展。由高性能纤维、晶须、颗粒等增强材料与树脂、金属、陶瓷基体材料组成的复合材料具有高比强度、高比模量、低热膨胀、耐热耐磨、导电导热等优异的综合性能，从而有着广阔的应用前景，是现代社会中不可或缺的高技术新材料。

复合材料教学大纲

《复合材料》教学大纲 一、课程名称：复合材料 二、学分、学时：2学分、32学时 三、教学对象：06级应用化学本科 四、课程性质、教学目标 《复合材料》是应用化学专业的一门学科基础课程，选修。复合材料是包括多学科、多领域的一门综合性学科。 本课程以恰当的比例分别对复合材料的各种增强材料、复合材料的各种基体材料以及聚合物基复合材料、陶瓷基复合材料等的性能、制备、应用和发展动态进行了较为系统的讨论。使学生在已有的材料科学的基础上，较为系统地学习复合材料的各种基体材料和增强材料，以及各种复合材料的性能、制备方法与应用，了解材料的复合原理，以及复合材料的发展方向。从而丰富和拓宽学生在材料及材料学方面的知识。 五、课堂要求 要求认真随堂听课，认真阅读指定教材，广泛查阅有关复合材料方面的最新资料。按教学要求完成专题综述论文的撰写，并进行课堂交流。 六、教学内容与基本要求 （一）绪论（2学时） 复合材料的国内外发展状况及今后的发展方向；复合材料的分类；复合材料的基本性能；复合材料的增韧增强原理；复合材料的特性；复合材料的应用。 基本要求：掌握复合材料的基本性能及分类，了解复合材料的应用。 （二）材料的基体材料 （6学时） 金属材料：金属的结构与性能、各种合金材料； 陶瓷材料：包括水泥、氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷； 聚合物材料：聚合物的种类、结构与性能，复合材料选用聚合物的原则。 基本要求：掌握常用基体材料的种类、结构性能及其选用的原则。 （三）材料的增强材料 （6学时） 玻璃纤维及其制品的分类、制备、性能与应用； 碳纤维的分类、制备、性能与应用； 陶瓷纤维、芳纶纤维、晶须的制备、性能与应用； 填料（高岭土、石墨、烹饪土、烹饪土、碳酸钙、化石粉等）的性能与应用。 基本要求：掌握常用增强材料的种类、性能及其选用的原则。 （四）传统复合材料的新发展 （4学时） 航空用先进树脂基复合材料的发展：先进复合材料在飞机上的应用、材料技术的进展、低成本复合制造技术的进展； 热塑性片材与热塑性树脂基复合材料：由片材制造成品的成型工艺、GMT片材在汽车工业中的应用； 熔体自发浸渗制备金属基复合材料：熔体自发浸渗制备金属基复合材料的原理及方法及研究现状； 陶瓷基层状复合材料：陶瓷制品的仿生结构构思、材料体系和制备技术、陶瓷基层状复合材料的结构性能及其强韧化机制、陶瓷基层状复合材料的发展方向。 基本要求：掌握常见几种传统复合材料的新应用、制备工艺与性能的基本知识，了解传统复合材料的发展方向。 （五）功能复合材料（4学时）

七年级地理下册第十章极地地区教案新人教版

第十章极地地区 【教学目标】 1.运用地图,指出北极地区和南极地区的范围,说出其地理位置特点,并能在以两极地区为中心的图上辨别方向。 2.运用比较的方法认识南极地区和北极地区自然环境特征及差异。 3.运用资料说明极地地区的科学考察价值。 4.运用地图了解本区丰富的自然资源。 5.理解极地地区环境保护的重要性,联系生活说明低碳生产与全球变暖的关系。 【教学重点】 1.两极地区自然环境特征及差异。 2.两地的科考价值。 【教学难点】 1.在以两极地区为中心的图上辨别方向。 2.理解极地环境保护的重要性。 【教学方法】 讲授法、读图归纳法、讨论法等。 【教具准备】 两极图片,多媒体课件等。 【教学过程】 情境导入 1.罗斯海新站奠基 经过不懈努力,中国第五座南极考察站罗斯海新站正式选址奠基了。我们为什么要在南极建科学考察站?这里的自然环境有什么独特之处?让我们走进极地地区考察一下。 2.冰上丝绸之路 2018年,中俄合作共建“冰上丝绸之路”受到热议,与传统航线相比,“冰上丝绸之路”有哪些优势,又会遇到哪些挑战? 讲授新课 (一)独特的自然环境 1.读南极地区图,找出南极地区中心的大洲,周围的海洋,南极地区周围的三个大洲,并观察距离南极

洲最近的大洲。 2.读北极地区图,找出北极地区中心的大洋,周围的三个大洲、格陵兰岛,找出白令海峡。 1.课件出示南极地区图片,概括南极地区的景观特征。 2.阅读教材的材料:南极地区的气候有哪些特征? 3.比较:南极地区和北极地区有哪些异同点? (1)阅读教材的内容,列表比较南、北极地区在气温、降水、风力和动物方面的差异。 (2)想一想:南极地区和北极地区有哪些共同特征?为什么? (3)小组内交流自己的思考成果。 总结:南极地区的自然环境远比北极地区更为恶劣,所以北极地区有定居居民,而南极地区没有定居居民。 1.讲述南极地区和北极地区方向判断的方法。 (1)在南极地区图上,靠近南极点为向南,远离南极点为向北;顺时针方向为向东,逆时针方向为向西。 (2)在北极地区图上,靠近北极点为向北,远离北极点为向南;逆时针方向为向东,顺时针方向为向西。 (3)方法技巧:极地地区判断两地点的相对位置,可以先研究南北方向,然后画一个向北的箭头,然后无论在南北极,都是面向北方,左西右东。 2.练习: 在南极图上,昆仑站位于长城站的什么方向? 学生练习判断。 (承转)南、北极地区自然环境恶劣,为什么许多国家奔赴两极地区进行科学考察? (二)科学考察的宝地 1.阅读教材,南极地区有哪些丰富的资源?北极地区哪些资源已经被发现和开采? 学生阅读文字,找出来。 2.播放视频: 介绍南极地区的科考价值。

【化学】3.3.4《高分子材料和复合材料》教案(苏教版选修1)

第三单元高分子材料和复合材料 第4课时 功能高分子材料复合材料 【教学目标】 1?知道功能高分子材料的分类，能举例说明其在生产生活、高新技术领域中的应用。 2?知道复合材料的组成特点，能举例说明常见复合材料的应用。 3?体验化学科学的进步与材料科学发展的联系， 能科学评价高分子材料的使用对人类生 活质量和环境质量的影响。 【板书】 四、功能高分子材料 复合材料 【引言】 什么是功能高分子材料？它的分类如何？它的性能和应用怎样？这些是我们这节课要 弄清楚 的。 【讲解】 一、功能高分子材料： 1 ?功能高分子材料的定义：功能高分子材料是指既有传统高分子材料的机械性能，又 有某些特殊功能的高分子材料。 (它是一类性能特殊、使用量小、附加值高的高分子材料。 是高分子材料渗透到电子、生物、能源等领域后开发涌现出的一种新型材料。 ) 2 ?功能高分子材料的分类： 3?日常生活中常见的几种功能高分子材料： (1) 高吸水性树脂 高吸水性树脂是一种新型的功能高分子材料， 它本身不溶于水或有机溶剂，与水接触时 能在短时间内可吸收自身质量几百倍、上千倍，最高可达 5300倍的水，即使挤压也很难脱 水，被冠于超级吸附剂”的桂冠，因此可用作农业、园林、苗木移植用保水剂。高吸水性树 脂与苯、乙醇、三氯甲烷、四氯化碳、醋酸等化学试剂混合时，可使试剂脱水，却不与试剂 发生化学反应。它吸收试剂中的水分后，变成一种凝胶状的物质。 (2) 导电性材料 如果在高分子中加入各种导电物质，如铁粉、铜粉、石墨粉等，就可制成导电橡胶、导 电塑 料、导电涂料、导电胶粘剂等。 (3) 医用高分子材料 a 性能：优异的生物相容性；很高的机械性能。 b ?应用：制作人体的皮肤、骨骼、眼、喉、心、肺、肝、肾等各种人工器官。 【过渡】 不同的材料具有不同的性能， 每种材料都有它的优缺点。 如普通金属材料强度大， 但易 被腐蚀；普通陶瓷材料耐高温，但易碎裂；合成高分子材料强度大、密度小，但易老化。航 天工业需要强度大、耐高温、密度小的材料。海洋工程需要耐高压、耐腐蚀的材料。有没有 兼具它们优点的一种材料呢？复合材料的出现很好地回答了这个问题。 【板书】 二、复合材料 【板书】 1 ?复合材料的定义：复合材料是指两种或两种以上性质不同的材料组合而成的一种新 功能咼分子材料 r 物理功能高分子材料 分离功能高分子材料 -化学功能高分子材料 如：导电材料、光敏性材料、液晶高分子材料 如：膜材料、吸附分离功能材料 如：高分子试剂、高分子卤化剂

人教版七年级下册第十章极地地区教学设计

人教版七年级下册第十章 北极地区和南极地区教学设计 一、课标要求 1、说出南、北极地区自然环境的特殊性。 2、认识开展极地科学考察和保护极地环境的重要性。 二、学情分析 本节内容是七年级地理的最后一课，是《世界地理》的终结篇章，包括“独特的地理环境”“科学考察的宝地”和“极地地区的环境保护”三个主题，其主旨是通过了解极地地区特殊的地理环境，理解两极地区是科学考察宝地，增强学生的环境保护意识、全球意识和可持续发展的观念。在通过近一年的地理学习，学生已经掌握了一定的区域地理基础知识和学习方法，具备相应的知识背景，这为本课的学习奠定了一定的知识和能力基础。但对学生来讲，两极地区的许多自然地理特征是难以想象和理解的，而且知识点多，对学生的空间概念和归纳分析能力的要求高，所以给本课教学目标的达成带来困难；又鉴于学生的认知面和身心发展的局限性，再加上课堂教学时间有限，面对教材提供的多角度的阅读资料，学生较难分析出内在成因。因此，本课通过在教学中创设问题情境，利用自主读图和合作学习调动学生的学习兴趣，通过观察、分析、讨论、查找资料、辩论等方法来体验学习的乐趣。 三、教学目标 （一）知识与技能： 1、了解两极地区的位置（经纬度位置和海陆位置）和范围，能利用南极地区和北极地区地图说出两极地区经纬度位置特点，能利用地图正确指出南极洲、北冰洋周围的大陆和大洋； 2、会用地图、景观图片和相关资料，总结归纳两极地区的环境特点及差异，了解两极地区独特的自然环境特征（气候特征、冰雪世界）； 3、了解两极地区丰富的自然资源（淡水、矿产、海洋生物等）； 4、认识极地地区开展科学考察和环境保护的重要性。 （二）过程与方法 1、课前的自主学习引导学生通过读图初步了解两级地区的位置范围，在课堂合作交流中明确两极地区的位置范围； 2、合作学习和问题情境驱动下激发学生求知欲，了解两极地区特殊的自然环境特征和差异，在合作中学会简单分析两极地区独特的自然环境特征形成的主要原因、极地地区资源开发与环境保护之间的关系，训练并加强学生的综合分析能力； 3、通过分工收集资料和课堂交流讨论，增强学生合作能力。 （三）情感、态度、价值观 1、理解在两极地区开展科学考察活动和环境保护的意义，增强保护两极地区环境的意识，认识人类可持续发展的观念； 2、了解我国在两极地区开展科学考察的状况，感受科学家不畏艰险，勇攀科学高峰的精神； 3、在小组合作活动中，促进小组凝聚力。

复合材料与工程导论课程教学大纲

复合材料与工程导论课程教学大纲 课程名称：复合材料与工程导论课程编号：0504011A2 学时/学分：32/2 课程类别/性质：通识教育/必修 适用专业：复合材料与工程专业 一、课程目标与定位 课程目标：通过对本课程的学习，使学生初步了解复合材料的定义、特点、分类和应用，了解复合材料的基本性能和发展历史，掌握近年来国内外复合材料研究的新理论、新进展，同时通过专题体验，使学生对复合材料的制备、生产、加工及应用有明确认识，为后续课程的学习和从事复合材料的研究打下坚实基础。 课程定位：复合材料与工程导论课程是复合材料与工程专业的必修课。定位于通识教育内容→工程技术知识体系→专业导论知识领域→核心知识单元。先修课程：大学英语、高等数学、基础化学等。后续课程：材料科学基础、复合材料工艺与设备、复合材料结构设计、材料性能学、材料分析测试技术、金属基复合材料、聚合物基复合材料等。 二、课程的知识、能力、素质培养目标 1. 知识培养目标 （1）了解复合材料的定义、特点、分类。 （2）了解复合材料的基本性能。 （3）了解金属基、陶瓷基、聚合物基复合材料的制备工艺。 （4）了解金属基、陶瓷基、聚合物基复合材料的性能。 （5）了解金属基、陶瓷基、聚合物基复合材料的应用。 2.能力培养目标 （1）具有对复合材料与工程现状及发展趋势的分析能力。 （2）具有辨别常用复合材料种类与性能能力。 （3）具有深入学习复合材料与工程专业理论知识的能力。 （4）具有接受国内外复合材料研究新理论、新方法的能力。 （5）初步具备从工程角度认识和处理复合材料材料与工程问题的能力。 3. 素质培养目标 通过课程学习与实践，培养学生具备从事复合材料与工程相关行业工作所需的知识素质、能力素质，培养学生的创新能力、实践能力及团队合作精神。 三、课程基本内容和学时安排 1. 复合材料与工程专业介绍（2学时） 教学内容：复合材料的发展与人类社会的进步；复合材料的提出；复合材料与工程职业要求；市场需求和人才定位；课程的重点和要求。 教学目标：培养学生对复合材料与工程专业的了解。

《 复合材料》教案(1)

复合材料 二. 教学目的 1、了解复合材料的形成和组成部分 2、体会物质的元素组成与材料性能的关系 3、能列举几种常见的复合材料及其在生产、生活中的重要应用…… 三. 教学重点、难点复合材料的组成 四. 知识分析 科学技术是人类文明进步的基本推动力。20世纪的历史表明：科学技术的发展常常会超乎我们的想像，但科学技术的发展又离不开我们的想像。人类正面临着新科技革命的挑战。而新材料技术是技术的基础，它是文明大厦的基石，它包括对超导材料、高温材料、人工合成材料、陶瓷材料、非晶态材料、单晶材料、纤维材料、高性能材料等的开发和利用。 运动员在登山时用的保险绳、滑雪时用的滑雪板及钓鱼竿上的渔线等这些小巧、灵活而强度高的东西是用什么材料构成的呢？ （一）认识复合材料 1、材料科学的发展过程 材料科学的发展经历了天然材料、无机非金属材料、金属材料、有机合成材料、复合材料这五个过程。 其中，无机非金属材料主要包括陶瓷材料、玻璃材料、无机非金属涂层材料等。此类材料一般耐高温、抗腐蚀，有些材料还有独特的光电特性。硅酸盐材料主要指水泥、玻璃、陶瓷等，是传统的无机非金属材料。而半导体材料、超硬耐高温材料、发光材料等是新型无机非金属材料。 2、复合材料的定义及组成 复合材料是将两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而制成的。 复合材料由两部分组成，一部分称为基体，在复合材料中起黏结作用；另一部分称为增强体，在复合材料中起骨架作用。 3、复合材料的分类 按基体分类，可分为树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料。 按增强体分，可分为颗粒增强复合材料、夹层增强复合材料和纤维增强复合材料。 发展较快、应用较广的是纤维做增强体的复合材料。 4、复合材料的特点

复合材料力学笔记

《复合材料力学》沈观林编著清华大学出版社 第一章复合材料概论 1.1复合材料及其种类 1、复合材料是由两种或多种不同性质的材料用物理和化学方法在宏观尺度上组成的具有新性能的材料。 2、复合材料从应用的性质分为功能复合材料和结构复合材料两大类。功能复合材料主要具有特殊的功能。 3、结构复合材料由基体材料和增强材料两种组分组成。其中增强材料在复合材料中起主要作用，提供刚度和强度，基本控制其性能。基体材料起配合作用，支持和固定纤维材料，传递纤维间的载荷，保护纤维。 根据复合材料中增强材料的几何形状，复合材料可分为三大类：颗粒复合材料、纤维增强复合材料(fiber-reinforced composite)、层和复合材料。 (1)颗粒：非金属颗粒在非金属基体中的复合材料如混凝土；金属颗粒在非金属基体如固体火箭推进剂；非金属在金属集体中如金属陶瓷。 (2)层合（至少两层材料复合而成）：双金属片；涂覆金属；夹层玻璃。 (3)纤维增强：按纤维种类分为玻璃纤维（玻璃钢）、硼纤维、碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维和芳纶纤维等。 按基体材料分为各种树脂基体、金属基体、陶瓷基体、和碳基体。 按纤维形状、尺寸可分为连续纤维、短纤维、纤维布增强复合材料。 还有两种或更多纤维增强一种基体的复合材料。如玻璃纤维和碳纤维增强树脂称为混杂纤维复合材料。 5、常用纤维（性能表见P7表1-1） 玻璃纤维（高强度、高延伸率、低弹性模量、耐高温） 硼纤维（早期用于飞行器，价高） 碳纤维（主要以聚丙烯腈PAN纤维或沥青为原料，经加热氧化，碳化、石墨化处理而成；可分为高强度、高模量、极高模量，后两种成为石墨纤维（经石墨化2500~3000°C）；密度比玻璃纤维小、弹性模

复合材料1.概论

高性能复合材料学 郝元恺肖加余 1 概论 1．1 高性能复合材料的发展史 现代复合材料是材料历史中合成材料时期的产物，这里所说的现代复合材料不包括天然复合材料和许多历史遗迹中所证实的所谓早期复合材料。学术界开始使用“复合材料(composite materials)”一词大约是在20世纪40年代，当时出现了玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂，开辟了现代复合材料新纪元。由20世纪60年代开始，陆续开发出多种高性能纤维。80年代以后，由于人们丰富了设计、制造和测试等方面的知识和经验，加上各类作为复合材料基体的材料的使用和改进，使现代复合材料的发展达到了更高的水平，即进入高性能复合材料的发展阶段。高性能复合材料是本书研究的主要对象，为了弄清它的发展进程，本节简要介绍材料及复合材料的发展。 1．1．1 材料发展史 在《辞海》中，材料被定义为“经过人类劳动取得的劳动对象”。材料是能为人类经济地制造有用器件的物质。材料的发展标志着社会生产力的发展水平和人类文明进步的程度。每一种新材料的出现和制造技术的进步都在不同程度上促进了生产力的发展。同时，材料的发展又为先进生产力发展的要求所推动，并受制于当时生产力发展的总水平。 在考古研究和历史学中，材料作为划分时代的依据，将人类历史划分为：石器时代（距今10000~6000年）、青铜器时代（距今6000~2500年）、铁器时代（距今2500年起）。从铁器时代起，世界各国多已进入有文字记载的文明时代。 按照材料的工艺和性质可将材料划分为天然材料、人工材料和合成材料三大类。 大约在1万年前的旧石器时代，人类使用的是天然材料，即只将自然界的物质从形态上加以改变制成所需的物品，而不改变材料本身的构成与性质。如将石块敲碎、磨凿制作工具；用木材、磨制的动物骨骼作武器和工具；堆石、挖坑作屋；用泥土制泥坯（日晒泥砖）砌墙或夯泥成墙（干打垒）；用木材架屋顶并用茅草覆盖和用动物毛皮御寒等。 新石器时代出现陶器，最初的陶器是一种质地粗糙且不透明的粘土制品。但它属于人工材料，即不仅在形态上，而且在质地上改变了天然物质的性质。从天然材料到人工材料，这是材料发展中的第一次飞跃。陶器由粘土（或掺加石英等）经成型、干燥和烧制而成。主要作为生活用具。恩格斯认为，陶器是人类从蒙昧时代进入野蛮时代的标志。另一个人工材料的例子是砖。古埃及人用尼罗河的泥土烧砖修建住宅。中国秦代曾用大量砖瓦修筑长城和宫殿。铜和铁是人类历史上最重要的人工材料，分别由铜矿石（孔雀石）和铁矿石（赤铁矿）冶炼而成。用铜制剑、祭器和酒具；用铁制盔甲、兵器和工具等在史料中均有记载。 材料的发展与人类认识、使用和驾驭能源能力的水平密切相关。19世纪的产业革命也是人类开发和获取能源的革命，它促进了钢铁、有色金属等材料的发展，造就了现代文明。由于革新了材料的制造技术，人们利用合成方法制成了自然界不存在的材料，称为合成材料。20世纪初（1909年），贝克兰德（L.H.Backland）用苯酚和甲醛经缩聚反应合成了实用酚醛树脂（俗称电木），这是最早的合成材料。合成材料不仅包含有机材料系列，如酚醛树脂、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚甲醛、环氧树脂等，而且包括无机材料系列，如超铀元素钚（238Pu）、立方晶系氮化硼（CBN）、氧化铝和碳化硅等。 1.1.2 复合材料发展史 复合材料的历史一般可以分为两个阶段，即早期复合材料和现代复合材料。这里不包括具有复合材料特征的天然物质（如木材、骨骼、贝壳和海带等）。 早期复合材料的历史较长，很多实例散见于现存的历史遗迹中，并且多少可以从中发现现代复合材料的思想萌芽。

2019-2020学年高中化学 第四章 元素与材料世界 4.3 复合材料教案 鲁科版必修1.doc

2019-2020学年高中化学第四章元素与材料世界 4.3 复合材料教案 鲁科版必修1 一. 教学内容：第4章第3节复合材料 二. 教学目的 1、了解复合材料的形成和组成部分 2、体会物质的元素组成与材料性能的关系 3、能列举几种常见的复合材料及其在生产、生活中的重要应用…… 三. 教学重点、难点复合材料的组成 四. 知识分析 科学技术是人类文明进步的基本推动力。20世纪的历史表明：科学技术的发展常常会超乎我们的想像，但科学技术的发展又离不开我们的想像。人类正面临着新科技革命的挑战。而新材料技术是技术的基础，它是文明大厦的基石，它包括对超导材料、高温材料、人工合成材料、陶瓷材料、非晶态材料、单晶材料、纤维材料、高性能材料等的开发和利用。 运动员在登山时用的保险绳、滑雪时用的滑雪板及钓鱼竿上的渔线等这些小巧、灵活而强度高的东西是用什么材料构成的呢？ （一）认识复合材料 1、材料科学的发展过程 材料科学的发展经历了天然材料、无机非金属材料、金属材料、有机合成材料、复合材料这五个过程。 其中，无机非金属材料主要包括陶瓷材料、玻璃材料、无机非金属涂层材料等。此类材料一般耐高温、抗腐蚀，有些材料还有独特的光电特性。硅酸盐材料主要指水泥、玻璃、陶瓷等，是传统的无机非金属材料。而半导体材料、超硬耐高温材料、发光材料等是新型无机非金属材料。 2、复合材料的定义及组成 复合材料是将两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而制成的。 复合材料由两部分组成，一部分称为基体，在复合材料中起黏结作用；另一部分称为增强体，在复合材料中起骨架作用。 3、复合材料的分类 按基体分类，可分为树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料。 按增强体分，可分为颗粒增强复合材料、夹层增强复合材料和纤维增强复合材料。 发展较快、应用较广的是纤维做增强体的复合材料。 4、复合材料的特点

复合材料力学讲义

复合材料力学讲义-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1

复合材料力学讲义 第一部分简单层板宏观力学性能 1.1各向异性材料的应力—应变关系 应力—应变的广义虎克定律可以用简写符号写成为： （1—1） 其中σi为应力分量，C ij为刚度矩阵εj为应变分量．对于应力和应变张量对称的情形(即不存在体积力的情况)，上述简写符号和常用的三维应力—应变张量符号的对照列于表1—1。 按表1—l，用简写符号表示的应变定义为： 表1—1 应力——应变的张量符号与简写符号的对照 注：γij（i≠j）代表工程剪应变，而εij（i≠j）代表张量剪应变 （1—2） 其中u，v，w是在x，y，z方向的位移。 在方程(1—2)中，刚度矩阵C ij有30个常数．但是当考虑应变能时可以证明弹性材料的实际独立常数是少于36个的．存在有弹性位能或应变能密度函数的弹性材料当应力σi作用于应变dεj时，单位体积的功的增量为： （1—3） 由应力—应变关系式(1—1)，功的增量为：

（1—4） 沿整个应变积分，单位体积的功为： （1—5） 虎克定律关系式(1—1)可由方程(1—5)导出： （1—6） 于是 （1—7） 同样 （1—8） 因W的微分与次序无，所以： （1—9） 这样刚度矩阵是对称的且只有21个常数是独立的。 用同样的方法我们可以证明： （1—10） 其中S ij是柔度矩阵，可由反演应力—变关系式来确定应变应力关系式为 （1—11） 同理 （1—12） 即柔度矩阵是对称的，也只有21个独立常数．刚度和柔度分量可认为是弹性常数。 在线性弹性范围内，应力—应变关系的一般表达式为： （1—13）