第六章复合材料课件

第六章第六章 复合材料复合材料u概述概述u复合材料的复合理论复合材料的复合理论u复合材料的界面复合材料的界面u树脂基复合材料树脂基复合材料u金属基复合材料金属基复合材料u陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料u层叠复合材料层叠复合材料第六章 复合材料概述1第一节第一节 概概 述述l l复合材料的涵义复合材料的涵义l l复合材料的用途及重要性复合材料的用途及重要性l l复合材料过去、现在和未来复合材料过去、现在和未来l l复合材料的分类复合材料的分类l l复合材料的增强材料复合材料的增强材料l l复合材料的性能特点复合材料的性能特点第一节 概 述复合材料的涵义2一、复合材料的涵义一、复合材料的涵义 复合材料复合材料：由两种或两种以上性能不同的：由两种或两种以上性能不同的：由两种或两种以上性能不同的：由两种或两种以上性能不同的材料组合为一个整体，从而表现出某些优于其中材料组合为一个整体，从而表现出某些优于其中材料组合为一个整体，从而表现出某些优于其中材料组合为一个整体，从而表现出某些优于其中任何一种材料性能的材料。任何一种材料性能的材料。任何一种材料性能的材料。任何一种材料性能的材料。n n含两种以上的不同的化学相含两种以上的不同的化学相含两种以上的不同的化学相含两种以上的不同的化学相n n具有每个组分所不具备的优良性能具有每个组分所不具备的优良性能具有每个组分所不具备的优良性能具有每个组分所不具备的优良性能 复合材料的基本组分可划分为基体相复合材料的基本组分可划分为基体相复合材料的基本组分可划分为基体相复合材料的基本组分可划分为基体相(基体基体基体基体材料材料材料材料)和增强相和增强相和增强相和增强相(增强材料增强材料增强材料增强材料)两种。两种。两种。两种。一、复合材料的涵义 复合材料：由两种或两种以上3 图图6.1 两种或两种以上材料所组成的复合材料两种或两种以上材料所组成的复合材料 图6.1 两种或两种以上材料所组成的复合材料4复合材料的命名复合材料的命名 复合材料可根据增强材料与基体材料的名称来命名。复合材料可根据增强材料与基体材料的名称来命名。复合材料可根据增强材料与基体材料的名称来命名。复合材料可根据增强材料与基体材料的名称来命名。例如，玻璃纤维和环氧树脂构成的复合材料称为例如，玻璃纤维和环氧树脂构成的复合材料称为例如，玻璃纤维和环氧树脂构成的复合材料称为例如，玻璃纤维和环氧树脂构成的复合材料称为“玻璃玻璃玻璃玻璃纤纤纤纤维环氧树脂复合材料维环氧树脂复合材料维环氧树脂复合材料维环氧树脂复合材料”。为书写简便，也可仅写增强材料和基体材料的缩写名为书写简便，也可仅写增强材料和基体材料的缩写名为书写简便，也可仅写增强材料和基体材料的缩写名为书写简便，也可仅写增强材料和基体材料的缩写名称，中间加一斜线隔开，后面再加称，中间加一斜线隔开，后面再加称，中间加一斜线隔开，后面再加称，中间加一斜线隔开，后面再加“复合材料复合材料复合材料复合材料“。如。如。如。如“玻璃玻璃玻璃玻璃环氧复合材料环氧复合材料环氧复合材料环氧复合材料”。有时为突出增强材料和基体材料，视强调的组分不同，有时为突出增强材料和基体材料，视强调的组分不同，有时为突出增强材料和基体材料，视强调的组分不同，有时为突出增强材料和基体材料，视强调的组分不同，也可简称为也可简称为也可简称为也可简称为“玻璃纤维复合材料玻璃纤维复合材料玻璃纤维复合材料玻璃纤维复合材料”或或或或“环氧树脂复合材环氧树脂复合材环氧树脂复合材环氧树脂复合材料料料料”。复合材料的命名 复合材料可根据增强材料与基体材料的名称来命名5二、复合材料的用途及重要性二、复合材料的用途及重要性应用领域应用领域应用领域应用领域n n机械工业机械工业机械工业机械工业n n汽车工业及交通运输汽车工业及交通运输汽车工业及交通运输汽车工业及交通运输n n化学工业化学工业化学工业化学工业n n航空宇航领域航空宇航领域航空宇航领域航空宇航领域n n建筑领域建筑领域建筑领域建筑领域二、复合材料的用途及重要性应用领域6图图6.2 碳纤维增强聚合物碳纤维增强聚合物 制作的导波天线制作的导波天线图图6.3 碳纤维和碳纤维和Kevlar 纤维混杂纤维混杂 复合材料制造的赛车复合材料制造的赛车图6.2 碳纤维增强聚合物图6.3 碳纤维和Kevlar7三、复合材料过去、现在和未来三、复合材料过去、现在和未来n n2020世纪世纪世纪世纪4040年代年代年代年代 纤维复合材料发展成为具有工程意义纤维复合材料发展成为具有工程意义纤维复合材料发展成为具有工程意义纤维复合材料发展成为具有工程意义的创举，的创举，的创举，的创举，6060年代，在技术上臻于成熟，在许多领域开年代，在技术上臻于成熟，在许多领域开年代，在技术上臻于成熟，在许多领域开年代，在技术上臻于成熟，在许多领域开始取代金属材料。始取代金属材料。始取代金属材料。始取代金属材料。n n6060年代末年代末年代末年代末 树脂基高性能复合材料用于制造军用飞机的树脂基高性能复合材料用于制造军用飞机的树脂基高性能复合材料用于制造军用飞机的树脂基高性能复合材料用于制造军用飞机的承力结构。承力结构。承力结构。承力结构。n n7070年代末年代末年代末年代末 发展用高强度、高模量的耐热纤维与金属复发展用高强度、高模量的耐热纤维与金属复发展用高强度、高模量的耐热纤维与金属复发展用高强度、高模量的耐热纤维与金属复合。合。合。合。n n 8080年代年代年代年代 开始逐渐发展陶瓷基复合材料开始逐渐发展陶瓷基复合材料开始逐渐发展陶瓷基复合材料开始逐渐发展陶瓷基复合材料三、复合材料过去、现在和未来20世纪40年代 纤维复8n n第一代复合材料：玻璃强化树脂第一代复合材料：玻璃强化树脂第一代复合材料：玻璃强化树脂第一代复合材料：玻璃强化树脂n n第二代复合材料：碳纤维强化塑料第二代复合材料：碳纤维强化塑料第二代复合材料：碳纤维强化塑料第二代复合材料：碳纤维强化塑料 硼纤维强化塑料硼纤维强化塑料硼纤维强化塑料硼纤维强化塑料n n第三代复合材料：金属基和陶瓷基复合材料第三代复合材料：金属基和陶瓷基复合材料第三代复合材料：金属基和陶瓷基复合材料第三代复合材料：金属基和陶瓷基复合材料第一代复合材料：玻璃强化树脂9图图6.4 复合材料的发展简图复合材料的发展简图图6.4 复合材料的发展简图10复合材料的发展趋势复合材料的发展趋势1.由宏观复合向微观复合发展由宏观复合向微观复合发展 宏观复合材料包括以纤维、晶须和颗粒等尺寸较大宏观复合材料包括以纤维、晶须和颗粒等尺寸较大宏观复合材料包括以纤维、晶须和颗粒等尺寸较大宏观复合材料包括以纤维、晶须和颗粒等尺寸较大的增强材料与基体材料复合而成。的增强材料与基体材料复合而成。的增强材料与基体材料复合而成。的增强材料与基体材料复合而成。微观复合材料包括微纤增强复合材料、纳米复合材微观复合材料包括微纤增强复合材料、纳米复合材微观复合材料包括微纤增强复合材料、纳米复合材微观复合材料包括微纤增强复合材料、纳米复合材料和分子复合材料。料和分子复合材料。料和分子复合材料。料和分子复合材料。2 2.向多元混杂复合和超混杂复合方向发向多元混杂复合和超混杂复合方向发展展 混杂复合是获得高性能复合材料有效而经济的方混杂复合是获得高性能复合材料有效而经济的方混杂复合是获得高性能复合材料有效而经济的方混杂复合是获得高性能复合材料有效而经济的方法。法。法。法。复合材料的发展趋势1.由宏观复合向微观复合发展113 3由结构复合材料为主，向结构复合材料与功由结构复合材料为主，向结构复合材料与功由结构复合材料为主，向结构复合材料与功由结构复合材料为主，向结构复合材料与功 能复合材料并重的方向发展能复合材料并重的方向发展能复合材料并重的方向发展能复合材料并重的方向发展 功能复合材料的最大特点是设计的自由度比一般均功能复合材料的最大特点是设计的自由度比一般均功能复合材料的最大特点是设计的自由度比一般均功能复合材料的最大特点是设计的自由度比一般均质功能材料大得多，功能复合材料可以任意改变复合质功能材料大得多，功能复合材料可以任意改变复合质功能材料大得多，功能复合材料可以任意改变复合质功能材料大得多，功能复合材料可以任意改变复合度、连接类型和对称性，使其性能达到最佳优化值。度、连接类型和对称性，使其性能达到最佳优化值。度、连接类型和对称性，使其性能达到最佳优化值。度、连接类型和对称性，使其性能达到最佳优化值。4 4由被动复合材料向主动复合材料发展由被动复合材料向主动复合材料发展由被动复合材料向主动复合材料发展由被动复合材料向主动复合材料发展5 5由常规设计向仿生设计方向发展由常规设计向仿生设计方向发展由常规设计向仿生设计方向发展由常规设计向仿生设计方向发展3由结构复合材料为主，向结构复合材料与功12四、复合材料的分类四、复合材料的分类n n按基体材料分类按基体材料分类按基体材料分类按基体材料分类 分为树脂基、金属基、陶瓷基等复合材料，目前使分为树脂基、金属基、陶瓷基等复合材料，目前使分为树脂基、金属基、陶瓷基等复合材料，目前使分为树脂基、金属基、陶瓷基等复合材料，目前使用最多的是树脂基复合材料。用最多的是树脂基复合材料。用最多的是树脂基复合材料。用最多的是树脂基复合材料。n n按增强材料的种类和形态分类按增强材料的种类和形态分类按增强材料的种类和形态分类按增强材料的种类和形态分类 分为纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料和层叠分为纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料和层叠分为纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料和层叠分为纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料和层叠增强复合材料等，其中纤维增强复合材料应用最广泛。增强复合材料等，其中纤维增强复合材料应用最广泛。增强复合材料等，其中纤维增强复合材料应用最广泛。增强复合材料等，其中纤维增强复合材料应用最广泛。n n按复合材料的使用性能分类按复合材料的使用性能分类按复合材料的使用性能分类按复合材料的使用性能分类 分为结构复合材料和功能复合材料两大类，目前应分为结构复合材料和功能复合材料两大类，目前应分为结构复合材料和功能复合材料两大类，目前应分为结构复合材料和功能复合材料两大类，目前应用最广的是结构复合材料。用最广的是结构复合材料。用最广的是结构复合材料。用最广的是结构复合材料。四、复合材料的分类按基体材料分类 13 图图6.5 复合材料的分类复合材料的分类 图6.5 复合材料的分类14五、复合材料的增强材料五、复合材料的增强材料 粘结在基体内以改进其机械性能的高强度材粘结在基体内以改进其机械性能的高强度材粘结在基体内以改进其机械性能的高强度材粘结在基体内以改进其机械性能的高强度材料，称为增强树料，也称为增强体、增强相、增料，称为增强树料，也称为增强体、增强相、增料，称为增强树料，也称为增强体、增强相、增料，称为增强树料，也称为增强体、增强相、增强剂等。强剂等。强剂等。强剂等。复合材料所用的增强材料主要有三类，即纤复合材料所用的增强材料主要有三类，即纤复合材料所用的增强材料主要有三类，即纤复合材料所用的增强材料主要有三类，即纤维及其织物、晶须和颗粒。其中碳纤维、凯芙拉维及其织物、晶须和颗粒。其中碳纤维、凯芙拉维及其织物、晶须和颗粒。其中碳纤维、凯芙拉维及其织物、晶须和颗粒。其中碳纤维、凯芙拉(Kevlar)(Kevlar)纤维和玻璃纤维应用最为广泛。纤维和玻璃纤维应用最为广泛。纤维和玻璃纤维应用最为广泛。纤维和玻璃纤维应用最为广泛。五、复合材料的增强材料 粘结在基体内以改进其机151.纤纤 维维纤维包括天然纤维和合成纤维。纤维包括天然纤维和合成纤维。纤维包括天然纤维和合成纤维。纤维包括天然纤维和合成纤维。合成纤维分为有机纤维和无机纤维两大类。合成纤维分为有机纤维和无机纤维两大类。合成纤维分为有机纤维和无机纤维两大类。合成纤维分为有机纤维和无机纤维两大类。有机纤维有有机纤维有有机纤维有有机纤维有KevlarKevlar纤维、尼龙纤维及聚乙烯纤维等。纤维、尼龙纤维及聚乙烯纤维等。纤维、尼龙纤维及聚乙烯纤维等。纤维、尼龙纤维及聚乙烯纤维等。无机纤维包括玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维等。无机纤维包括玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维等。无机纤维包括玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维等。无机纤维包括玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维等。1.纤 维纤维包括天然纤维和合成纤维。16Kevlar纤维纤维图图6.6 Kevlar纤维的三维取向结构纤维的三维取向结构表表6.1 Kevlar纤维的物理、机械性能纤维的物理、机械性能Kevlar纤维图6.6 Kevlar纤维的三维取向结构表17碳碳 纤纤 维维 图图6.7 碳纤维的三维结构示意图碳纤维的三维结构示意图碳 纤 维 图6.7 碳纤维的三维结构示意图18 表表6.2 某些品牌碳纤维的性能某些品牌碳纤维的性能 表6.2 某些品牌碳纤维的性能192.晶晶 须须 晶须是指具有一定长径比晶须是指具有一定长径比晶须是指具有一定长径比晶须是指具有一定长径比(一般大于一般大于一般大于一般大于10)10)和截面积小于和截面积小于和截面积小于和截面积小于52l052l0-5-5cmcm2 2的单晶纤维材料。的单晶纤维材料。的单晶纤维材料。的单晶纤维材料。晶须的直径可由晶须的直径可由晶须的直径可由晶须的直径可由0.10.1至几个微米，长度一般为数十至至几个微米，长度一般为数十至至几个微米，长度一般为数十至至几个微米，长度一般为数十至数千微米，但具有实用价值的晶须直径约为数千微米，但具有实用价值的晶须直径约为数千微米，但具有实用价值的晶须直径约为数千微米，但具有实用价值的晶须直径约为110110 mm，长度与直径比在长度与直径比在长度与直径比在长度与直径比在5100051000之间。之间。之间。之间。晶须是含缺陷很少的单晶短纤维，其拉伸强度接近晶须是含缺陷很少的单晶短纤维，其拉伸强度接近晶须是含缺陷很少的单晶短纤维，其拉伸强度接近晶须是含缺陷很少的单晶短纤维，其拉伸强度接近其纯晶体的理论强度。其纯晶体的理论强度。其纯晶体的理论强度。其纯晶体的理论强度。2.晶 须 晶须是指具有一定长径比(一般203.颗颗 粒粒 颗粒增强体主要是指具有高强度、高模量、耐热、颗粒增强体主要是指具有高强度、高模量、耐热、颗粒增强体主要是指具有高强度、高模量、耐热、颗粒增强体主要是指具有高强度、高模量、耐热、耐磨、耐高温的陶瓷和石墨等非金属颗粒，如碳化硅、耐磨、耐高温的陶瓷和石墨等非金属颗粒，如碳化硅、耐磨、耐高温的陶瓷和石墨等非金属颗粒，如碳化硅、耐磨、耐高温的陶瓷和石墨等非金属颗粒，如碳化硅、氧化铝、氮化硅、碳化钛、碳化硼、石墨、细金刚石氧化铝、氮化硅、碳化钛、碳化硼、石墨、细金刚石氧化铝、氮化硅、碳化钛、碳化硼、石墨、细金刚石氧化铝、氮化硅、碳化钛、碳化硼、石墨、细金刚石等。等。等。等。这些颗粒增强体也称为刚性颗粒增强体或陶瓷颗粒这些颗粒增强体也称为刚性颗粒增强体或陶瓷颗粒这些颗粒增强体也称为刚性颗粒增强体或陶瓷颗粒这些颗粒增强体也称为刚性颗粒增强体或陶瓷颗粒增强体。颗粒增强体以很细的粉状增强体。颗粒增强体以很细的粉状增强体。颗粒增强体以很细的粉状增强体。颗粒增强体以很细的粉状(一般在一般在一般在一般在l0l0 mm以下以下以下以下)加加加加入到金属基和陶瓷基中起提高耐磨、耐热、强度、模量入到金属基和陶瓷基中起提高耐磨、耐热、强度、模量入到金属基和陶瓷基中起提高耐磨、耐热、强度、模量入到金属基和陶瓷基中起提高耐磨、耐热、强度、模量和韧性的作用。和韧性的作用。和韧性的作用。和韧性的作用。还有一种颗粒增强体称为延性颗粒增强体，主要为还有一种颗粒增强体称为延性颗粒增强体，主要为还有一种颗粒增强体称为延性颗粒增强体，主要为还有一种颗粒增强体称为延性颗粒增强体，主要为金属颗粒，一般是加入到陶瓷基体和玻璃陶瓷基体中增金属颗粒，一般是加入到陶瓷基体和玻璃陶瓷基体中增金属颗粒，一般是加入到陶瓷基体和玻璃陶瓷基体中增金属颗粒，一般是加入到陶瓷基体和玻璃陶瓷基体中增强材料的韧性。强材料的韧性。强材料的韧性。强材料的韧性。3.颗 粒 颗粒增强体主要是指具有高强21六、复合材料的性能特点1 1比强度和比模量高比强度和比模量高比强度和比模量高比强度和比模量高六、复合材料的性能特点1比强度和比模量高22 图图6.8 材料的比强度随年代的变化材料的比强度随年代的变化 图6.8 材料的比强度随年代的变化232 抗疲劳与断裂安全性能好抗疲劳与断裂安全性能好 复合材料对缺口、应力集中的敏感性小，特别是纤复合材料对缺口、应力集中的敏感性小，特别是纤复合材料对缺口、应力集中的敏感性小，特别是纤复合材料对缺口、应力集中的敏感性小，特别是纤维增强的树脂基复合材料，基体良好的强韧性降低了裂维增强的树脂基复合材料，基体良好的强韧性降低了裂维增强的树脂基复合材料，基体良好的强韧性降低了裂维增强的树脂基复合材料，基体良好的强韧性降低了裂纹扩展速度，大量的增强纤维对裂纹又有阻隔作用，使纹扩展速度，大量的增强纤维对裂纹又有阻隔作用，使纹扩展速度，大量的增强纤维对裂纹又有阻隔作用，使纹扩展速度，大量的增强纤维对裂纹又有阻隔作用，使裂纹尖端变钝或改变方向，所以具有较高的疲劳强度。裂纹尖端变钝或改变方向，所以具有较高的疲劳强度。裂纹尖端变钝或改变方向，所以具有较高的疲劳强度。裂纹尖端变钝或改变方向，所以具有较高的疲劳强度。纤维增强复合材料中存在大量相对独立的纤维，借纤维增强复合材料中存在大量相对独立的纤维，借纤维增强复合材料中存在大量相对独立的纤维，借纤维增强复合材料中存在大量相对独立的纤维，借助塑韧性基体结合成一个整体，当复合材料构件由于过助塑韧性基体结合成一个整体，当复合材料构件由于过助塑韧性基体结合成一个整体，当复合材料构件由于过助塑韧性基体结合成一个整体，当复合材料构件由于过载或其他原因而部分纤维断裂时，载荷会重新分配到未载或其他原因而部分纤维断裂时，载荷会重新分配到未载或其他原因而部分纤维断裂时，载荷会重新分配到未载或其他原因而部分纤维断裂时，载荷会重新分配到未断裂的增强纤维上，避免结构在很短的时间内突然破断裂的增强纤维上，避免结构在很短的时间内突然破断裂的增强纤维上，避免结构在很短的时间内突然破断裂的增强纤维上，避免结构在很短的时间内突然破坏，从而使构件丧失承载能力的过程延长，故具有良好坏，从而使构件丧失承载能力的过程延长，故具有良好坏，从而使构件丧失承载能力的过程延长，故具有良好坏，从而使构件丧失承载能力的过程延长，故具有良好的断裂安全性。的断裂安全性。的断裂安全性。的断裂安全性。2 抗疲劳与断裂安全性能好243.良好的减振性能良好的减振性能n n纤维增强的复合材料的自振频率高，工作中不易发生纤维增强的复合材料的自振频率高，工作中不易发生纤维增强的复合材料的自振频率高，工作中不易发生纤维增强的复合材料的自振频率高，工作中不易发生共振现象。共振现象。共振现象。共振现象。n n大量的纤维与基体界面有吸收振动能量的作用，阻尼大量的纤维与基体界面有吸收振动能量的作用，阻尼大量的纤维与基体界面有吸收振动能量的作用，阻尼大量的纤维与基体界面有吸收振动能量的作用，阻尼特性好，振动会很快衰减。特性好，振动会很快衰减。特性好，振动会很快衰减。特性好，振动会很快衰减。3.良好的减振性能254.良好的高温性能良好的高温性能 图图6.9 各类材料的耐热温度各类材料的耐热温度4.良好的高温性能 图6.9 各类材料的耐热温度26第二节第二节 复合材料的复合理论复合材料的复合理论n n1.1.复合原理复合原理复合原理复合原理 纤维增强复合材料的复合原理纤维增强复合材料的复合原理纤维增强复合材料的复合原理纤维增强复合材料的复合原理 颗粒增强复合材料的复合原理颗粒增强复合材料的复合原理颗粒增强复合材料的复合原理颗粒增强复合材料的复合原理n n2.2.增强机理增强机理增强机理增强机理 纤维增强纤维增强纤维增强纤维增强 颗粒增强颗粒增强颗粒增强颗粒增强n n3.3.增韧增韧增韧增韧 纤维增韧纤维增韧纤维增韧纤维增韧 颗粒增韧颗粒增韧颗粒增韧颗粒增韧第二节 复合材料的复合理论1.复合原理27一、复合原理一、复合原理1.1.纤维增强复合材料的复合原理纤维增强复合材料的复合原理纤维增强复合材料的复合原理纤维增强复合材料的复合原理 纤维增强复合材料的性能不但取决于基体和增强体纤维增强复合材料的性能不但取决于基体和增强体纤维增强复合材料的性能不但取决于基体和增强体纤维增强复合材料的性能不但取决于基体和增强体的性能和相对数量，也取决于两者的结合状态，同时还的性能和相对数量，也取决于两者的结合状态，同时还的性能和相对数量，也取决于两者的结合状态，同时还的性能和相对数量，也取决于两者的结合状态，同时还与纤维在基体中的排列方式有关。与纤维在基体中的排列方式有关。与纤维在基体中的排列方式有关。与纤维在基体中的排列方式有关。外载荷与纤维方向一致外载荷与纤维方向一致外载荷与纤维方向一致外载荷与纤维方向一致 假设：假设：假设：假设：复合材料中基体是连续的、均匀的，纤维的性质和复合材料中基体是连续的、均匀的，纤维的性质和复合材料中基体是连续的、均匀的，纤维的性质和复合材料中基体是连续的、均匀的，纤维的性质和直径都是均匀的，并且平行连续排列，同时纤维与基体直径都是均匀的，并且平行连续排列，同时纤维与基体直径都是均匀的，并且平行连续排列，同时纤维与基体直径都是均匀的，并且平行连续排列，同时纤维与基体间为理想结合，在界面上不发生滑移。间为理想结合，在界面上不发生滑移。间为理想结合，在界面上不发生滑移。间为理想结合，在界面上不发生滑移。一、复合原理1.纤维增强复合材料的复合原理28则在外载荷作用下纤维与基体处于等应变状态，即则在外载荷作用下纤维与基体处于等应变状态，即则在外载荷作用下纤维与基体处于等应变状态，即则在外载荷作用下纤维与基体处于等应变状态，即角标角标角标角标c c、f f、mm分别代表复合材料、增强纤维和基体分别代表复合材料、增强纤维和基体分别代表复合材料、增强纤维和基体分别代表复合材料、增强纤维和基体作用在复合树料上的总力是纤维和基体受力的总和作用在复合树料上的总力是纤维和基体受力的总和作用在复合树料上的总力是纤维和基体受力的总和作用在复合树料上的总力是纤维和基体受力的总和=+则在外载荷作用下纤维与基体处于等应变状态，即=+29 如果复合材料在外载荷作用下处于弹性变形状态，如果复合材料在外载荷作用下处于弹性变形状态，如果复合材料在外载荷作用下处于弹性变形状态，如果复合材料在外载荷作用下处于弹性变形状态，复合材料的载荷与变形符合虎克定律，则纤维和基体承复合材料的载荷与变形符合虎克定律，则纤维和基体承复合材料的载荷与变形符合虎克定律，则纤维和基体承复合材料的载荷与变形符合虎克定律，则纤维和基体承受的应力分别为受的应力分别为受的应力分别为受的应力分别为 应力应力应力应力 f f和和和和 mm分别作用在纤维的整个横截面分别作用在纤维的整个横截面分别作用在纤维的整个横截面分别作用在纤维的整个横截面A Af f和基和基和基和基体整个横截面体整个横截面体整个横截面体整个横截面A Amm上。因而纤维和基体所承受的载荷上。因而纤维和基体所承受的载荷上。因而纤维和基体所承受的载荷上。因而纤维和基体所承受的载荷F Ff f和和和和F Fmm分别为分别为分别为分别为 如果复合材料在外载荷作用下处于弹性变形状态，30总载荷作用于复合材料整个横截面总载荷作用于复合材料整个横截面总载荷作用于复合材料整个横截面总载荷作用于复合材料整个横截面A A c c上，因而上，因而上，因而上，因而纤维和基体的体积分数纤维和基体的体积分数纤维和基体的体积分数纤维和基体的体积分数(f f、mm)可用面积分数表示可用面积分数表示可用面积分数表示可用面积分数表示总载荷作用于复合材料整个横截面A c上，因而31图图6.10 硼纤维增强铝复合材料的抗拉强度硼纤维增强铝复合材料的抗拉强度 和弹性模量与纤维体积分数的关系和弹性模量与纤维体积分数的关系图6.10 硼纤维增强铝复合材料的抗拉强度32外载荷很大、基体材料发生外载荷很大、基体材料发生外载荷很大、基体材料发生外载荷很大、基体材料发生塑性变形时，复合材料不再塑性变形时，复合材料不再塑性变形时，复合材料不再塑性变形时，复合材料不再遵循虎克定律，此时基体对遵循虎克定律，此时基体对遵循虎克定律，此时基体对遵循虎克定律，此时基体对复合材料刚度的贡献较小，复合材料刚度的贡献较小，复合材料刚度的贡献较小，复合材料刚度的贡献较小，弹性模量可近似表示为弹性模量可近似表示为弹性模量可近似表示为弹性模量可近似表示为图图6.11 单向连续纤维增强复合材料的单向连续纤维增强复合材料的 应力一应变曲线应力一应变曲线图6.11 单向连续纤维增强复合材料的33 外载荷与纤维方向垂直外载荷与纤维方向垂直 如果外载荷垂直于单相连续纤维增强复合材料的纤如果外载荷垂直于单相连续纤维增强复合材料的纤如果外载荷垂直于单相连续纤维增强复合材料的纤如果外载荷垂直于单相连续纤维增强复合材料的纤维方向，则复合材料、纤维和基体处于等应力状态，即维方向，则复合材料、纤维和基体处于等应力状态，即维方向，则复合材料、纤维和基体处于等应力状态，即维方向，则复合材料、纤维和基体处于等应力状态，即 复合材料中应变量等于各组元应变量与体积分数乘复合材料中应变量等于各组元应变量与体积分数乘复合材料中应变量等于各组元应变量与体积分数乘复合材料中应变量等于各组元应变量与体积分数乘积之和，即积之和，即积之和，即积之和，即 外载荷与纤维方向垂直 如果外载荷垂直于单相34混合定律在纤维增强复合材料物理性混合定律在纤维增强复合材料物理性能方面的应用能方面的应用 利用混合定律可以对纤维增强复合材料的某些物理利用混合定律可以对纤维增强复合材料的某些物理利用混合定律可以对纤维增强复合材料的某些物理利用混合定律可以对纤维增强复合材料的某些物理量进行计算。量进行计算。量进行计算。量进行计算。例如复合材料的密度存在下列关系式：例如复合材料的密度存在下列关系式：例如复合材料的密度存在下列关系式：例如复合材料的密度存在下列关系式：描述沿复合材料纤维排列方向的热导率描述沿复合材料纤维排列方向的热导率描述沿复合材料纤维排列方向的热导率描述沿复合材料纤维排列方向的热导率(K)(K)和磁导率和磁导率和磁导率和磁导率(k)(k)混合定律在纤维增强复合材料物理性能方面的应用 352.颗粒增强复合材料的复合原理颗粒增强复合材料的复合原理颗粒增强复合材料的密度可以用混合定律表达为：颗粒增强复合材料的密度可以用混合定律表达为：颗粒增强复合材料的密度可以用混合定律表达为：颗粒增强复合材料的密度可以用混合定律表达为：角标角标角标角标p p代表颗粒增强材料代表颗粒增强材料代表颗粒增强材料代表颗粒增强材料对刚性纯颗粒对刚性纯颗粒对刚性纯颗粒对刚性纯颗粒(尺寸为微米量级尺寸为微米量级尺寸为微米量级尺寸为微米量级)增强的复合材料，其弹增强的复合材料，其弹增强的复合材料，其弹增强的复合材料，其弹性性性性模量随纯颗粒体积分数的增加而提高，也可由混合定律模量随纯颗粒体积分数的增加而提高，也可由混合定律模量随纯颗粒体积分数的增加而提高，也可由混合定律模量随纯颗粒体积分数的增加而提高，也可由混合定律来预测，已推导出的这种复合材料弹性模量的上限数值来预测，已推导出的这种复合材料弹性模量的上限数值来预测，已推导出的这种复合材料弹性模量的上限数值来预测，已推导出的这种复合材料弹性模量的上限数值和下限数值的关系表达式分别为和下限数值的关系表达式分别为和下限数值的关系表达式分别为和下限数值的关系表达式分别为上限值：上限值：上限值：上限值：下限值：下限值：下限值：下限值：2.颗粒增强复合材料的复合原理颗粒增强复合材料的密度可以36 二、增强机理二、增强机理 l.l.纤维增强纤维增强纤维增强纤维增强 纤维增强复合材料：指由高强度、高弹性模量的脆纤维增强复合材料：指由高强度、高弹性模量的脆纤维增强复合材料：指由高强度、高弹性模量的脆纤维增强复合材料：指由高强度、高弹性模量的脆性纤维作增强体与韧性基体性纤维作增强体与韧性基体性纤维作增强体与韧性基体性纤维作增强体与韧性基体(树脂、金属树脂、金属树脂、金属树脂、金属)或脆性基体或脆性基体或脆性基体或脆性基体(陶陶陶陶瓷瓷瓷瓷)经一定工艺复合而成的多相材料。经一定工艺复合而成的多相材料。经一定工艺复合而成的多相材料。经一定工艺复合而成的多相材料。目标：目标：目标：目标：提高基体在室温和高温下的强度和弹性模量是纤维提高基体在室温和高温下的强度和弹性模量是纤维提高基体在室温和高温下的强度和弹性模量是纤维提高基体在室温和高温下的强度和弹性模量是纤维增强树脂基复合材料和纤维增强金属基复合材料的主要增强树脂基复合材料和纤维增强金属基复合材料的主要增强树脂基复合材料和纤维增强金属基复合材料的主要增强树脂基复合材料和纤维增强金属基复合材料的主要设计目标；设计目标；设计目标；设计目标；而纤维增强陶瓷基复合材料的主要目的是提高基体而纤维增强陶瓷基复合材料的主要目的是提高基体而纤维增强陶瓷基复合材料的主要目的是提高基体而纤维增强陶瓷基复合材料的主要目的是提高基体材料的韧性，即增韧。材料的韧性，即增韧。材料的韧性，即增韧。材料的韧性，即增韧。二、增强机理 l.纤维增强37纤维增强的复合材料的增强机理纤维增强的复合材料的增强机理 增强纤维脆性较大，内部往往存在一些微裂纹，容易增强纤维脆性较大，内部往往存在一些微裂纹，容易增强纤维脆性较大，内部往往存在一些微裂纹，容易增强纤维脆性较大，内部往往存在一些微裂纹，容易断裂，材料的强度不能被充分利用。但是如果能将脆断裂，材料的强度不能被充分利用。但是如果能将脆断裂，材料的强度不能被充分利用。但是如果能将脆断裂，材料的强度不能被充分利用。但是如果能将脆性材料制成细纤维，因直径细小，而使产生裂纹的几性材料制成细纤维，因直径细小，而使产生裂纹的几性材料制成细纤维，因直径细小，而使产生裂纹的几性材料制成细纤维，因直径细小，而使产生裂纹的几率降低，有利于纤维脆件的改善和强度的提高。率降低，有利于纤维脆件的改善和强度的提高。率降低，有利于纤维脆件的改善和强度的提高。率降低，有利于纤维脆件的改善和强度的提高。纤维处于基体之中，彼此隔离，纤维表面受到基体的纤维处于基体之中，彼此隔离，纤维表面受到基体的纤维处于基体之中，彼此隔离，纤维表面受到基体的纤维处于基体之中，彼此隔离，纤维表面受到基体的保护作用，不易遭受损伤，不易在承裁过程中产生裂保护作用，不易遭受损伤，不易在承裁过程中产生裂保护作用，不易遭受损伤，不易在承裁过程中产生裂保护作用，不易遭受损伤，不易在承裁过程中产生裂纹，使承载能力增强。纹，使承载能力增强。纹，使承载能力增强。纹，使承载能力增强。纤维增强的复合材料的增强机理 增强纤维脆性较大，内部往往38 复合材料受到较大应力时，一些有裂纹的纤维可能复合材料受到较大应力时，一些有裂纹的纤维可能复合材料受到较大应力时，一些有裂纹的纤维可能复合材料受到较大应力时，一些有裂纹的纤维可能断裂，但塑性好和韧性好的基体能阻止裂纹扩展。断裂，但塑性好和韧性好的基体能阻止裂纹扩展。断裂，但塑性好和韧性好的基体能阻止裂纹扩展。断裂，但塑性好和韧性好的基体能阻止裂纹扩展。图图6.12 钨纤维铜基复合材料的裂纹钨纤维铜基复合材料的裂纹 在铜中扩展受阻在铜中扩展受阻 复合材料受到较大应力时，一些有裂纹的纤维可能断裂，但39 纤维受载断裂时，断口不可能都在一个平面上，若要纤维受载断裂时，断口不可能都在一个平面上，若要纤维受载断裂时，断口不可能都在一个平面上，若要纤维受载断裂时，断口不可能都在一个平面上，若要 使整体断裂，必然有许多根纤维从基体中被拔出，因使整体断裂，必然有许多根纤维从基体中被拔出，因使整体断裂，必然有许多根纤维从基体中被拔出，因使整体断裂，必然有许多根纤维从基体中被拔出，因而必须克服基体对纤维的黏结力以及基体与纤维之间而必须克服基体对纤维的黏结力以及基体与纤维之间而必须克服基体对纤维的黏结力以及基体与纤维之间而必须克服基体对纤维的黏结力以及基体与纤维之间的摩擦力，从而使材料的抗拉强度大大提高，与此同的摩擦力，从而使材料的抗拉强度大大提高，与此同的摩擦力，从而使材料的抗拉强度大大提高，与此同的摩擦力，从而使材料的抗拉强度大大提高，与此同时断裂韧度也增加。时断裂韧度也增加。时断裂韧度也增加。时断裂韧度也增加。图图6.13 碳纤维环氧树脂复合材料断时，碳纤维环氧树脂复合材料断时，纤维纤维 断口不在一个平面上断口不在一个平面上 纤维受载断裂时，断口不可能都在一个平面上，若要 使整体断40增强纤维与基体复合时应注意的几个问题增强纤维与基体复合时应注意的几个问题增强纤维的强度和弹性模量应比基体材料的高。因为增强纤维的强度和弹性模量应比基体材料的高。因为增强纤维的强度和弹性模量应比基体材料的高。因为增强纤维的强度和弹性模量应比基体材料的高。因为增强纤维的弹性模量增强纤维的弹性模量增强纤维的弹性模量增强纤维的弹性模量E E愈高，在同样应变量愈高，在同样应变量愈高，在同样应变量愈高，在同样应变量 的条件下，的条件下，的条件下，的条件下，所受应力越大，这样才能充分发挥纤维的增强作用，所受应力越大，这样才能充分发挥纤维的增强作用，所受应力越大，这样才能充分发挥纤维的增强作用，所受应力越大，这样才能充分发挥纤维的增强作用，保证复合材料中承受载荷的材料是增强纤维。保证复合材料中承受载荷的材料是增强纤维。保证复合材料中承受载荷的材料是增强纤维。保证复合材料中承受载荷的材料是增强纤维。基体和纤维之间要有一定黏结作用，而且应具当适当基体和纤维之间要有一定黏结作用，而且应具当适当基体和纤维之间要有一定黏结作用，而且应具当适当基体和纤维之间要有一定黏结作用，而且应具当适当的结合强度，以保证基体所受的应力通过界面传递给的结合强度，以保证基体所受的应力通过界面传递给的结合强度，以保证基体所受的应力通过界面传递给的结合强度，以保证基体所受的应力通过界面传递给纤维。结合强度小，界面很难传递载荷，纤维无法发纤维。结合强度小，界面很难传递载荷，纤维无法发纤维。结合强度小，界面很难传递载荷，纤维无法发纤维。结合强度小，界面很难传递载荷，纤维无法发挥主要承受载荷的作用；结合强度也不宜过大，因为挥主要承受载荷的作用；结合强度也不宜过大，因为挥主要承受载荷的作用；结合强度也不宜过大，因为挥主要承受载荷的作用；结合强度也不宜过大，因为复合材料受力破坏时，纤维从基体中拔出将消耗一部复合材料受力破坏时，纤维从基体中拔出将消耗一部复合材料受力破坏时，纤维从基体中拔出将消耗一部复合材料受力破坏时，纤维从基体中拔出将消耗一部分能量，过大的结合强度将使纤维拔出消耗能量过程分能量，过大的结合强度将使纤维拔出消耗能量过程分能量，过大的结合强度将使纤维拔出消耗能量过程分能量，过大的结合强度将使纤维拔出消耗能量过程消失，降低强度并导致危险的脆性断裂。消失，降低强度并导致危险的脆性断裂。消失，降低强度并导致危险的脆性断裂。消失，降低强度并导致危险的脆性断裂。增强纤维与基体复合时应注意的几个问题增强纤维的强度和弹性模41 纤维应有合理的含量、尺寸和分布。纤维应有合理的含量、尺寸和分布。纤维应有合理的含量、尺寸和分布。纤维应有合理的含量、尺寸和分布。纤维的直径对其强度有较大影响，纤维越细则纤维的直径对其强度有较大影响，纤维越细则纤维的直径对其强度有较大影响，纤维越细则纤维的直径对其强度有较大影响，纤维越细则缺陷越小，材料强度越高；同时细纤维的比表面积大，缺陷越小，材料强度越高；同时细纤维的比表面积大，缺陷越小，材料强度越高；同时细纤维的比表面积大，缺陷越小，材料强度越高；同时细纤维的比表面积大，有利于增强与基体的结合力。有利于增强与基体的结合力。有利于增强与基体的结合力。有利于增强与基体的结合力。纤维的长度纤维的长度纤维的长度纤维的长度t t对增强有利，连续纤维比短纤纤维的对增强有利，连续纤维比短纤纤维的对增强有利，连续纤维比短纤纤维的对增强有利，连续纤维比短纤纤维的增强效果好得多。对于短切纤维，只有当长度超过一增强效果好得多。对于短切纤维，只有当长度超过一增强效果好得多。对于短切纤维，只有当长度超过一增强效果好得多。对于短切纤维，只有当长度超过一定的临界值时，才能有明显的强化效果。定的临界值时，才能有明显的强化效果。定的临界值时，才能有明显的强化效果。定的临界值时，才能有明显的强化效果。纤维的排列方向应符合构件的受力要求。由于纤纤维的排列方向应符合构件的受力要求。由于纤纤维的排列方向应符合构件的受力要求。由于纤纤维的排列方向应符合构件的受力要求。由于纤维的纵向比横向的抗拉强度高几十倍，应尽量使纤维维的纵向比横向的抗拉强度高几十倍，应尽量使纤维维的纵向比横向的抗拉强度高几十倍，应尽量使纤维维的纵向比横向的抗拉强度高几十倍，应尽量使纤维的排列方向平行于应力作用方向。受力比较复杂时，的排列方向平行于应力作用方向。受力比较复杂时，的排列方向平行于应力作用方向。受力比较复杂时，的排列方向平行于应力作用方向。受力比较复杂时，纤维可以采用不同方向交叉层叠排列，以使之沿几个纤维可以采用不同方向交叉层叠排列，以使之沿几个纤维可以采用不同方向交叉层叠排列，以使之沿几个纤维可以采用不同方向交叉层叠排列，以使之沿几个不同方向产生增强效果。不同方向产生增强效果。不同方向产生增强效果。不同方向产生增强效果。纤维应有合理的含量、尺寸和分布。42 纤维应与基体的线膨胀系数相匹配。通常要求两者纤维应与基体的线膨胀系数相匹配。通常要求两者纤维应与基体的线膨胀系数相匹配。通常要求两者纤维应与基体的线膨胀系数相匹配。通常要求两者 的线膨胀系数相近。对于韧性较低的基体的线膨胀系数相近。对于韧性较低的基体的线膨胀系数相近。对于韧性较低的基体的线膨胀系数相近。对于韧性较低的基体(例如陶瓷例如陶瓷例如陶瓷例如陶瓷 和热固性树脂和热固性树脂和热固性树脂和热固性树脂)，纤维的线膨胀系数应略高于基体的，纤维的线膨胀系数应略高于基体的，纤维的线膨胀系数应略高于基体的，纤维的线膨胀系数应略高于基体的 线膨胀系数，以便在受热后冷却时，由于纤维收缩线膨胀系数，以便在受热后冷却时，由于纤维收缩线膨胀系数，以便在受热后冷却时，由于纤维收缩线膨胀系数，以便在受热后冷却时，由于纤维收缩 大使基体处于受压状态而获得一定程度的保护。对大使基体处于受压状态而获得一定程度的保护。对大使基体处于受压状态而获得一定程度的保护。对大使基体处于受压状态而获得一定程度的保护。对 于韧性较好的基体，纤维的线膨胀系数应略低于基于韧性较好的基体，纤维的线膨胀系数应略低于基于韧性较好的基体，纤维的线膨胀系数应略低于基于韧性较好的基体，纤维的线膨胀系数应略低于基 体的线膨胀系数，以便使纤维处于压应力状态而增体的线膨胀系数，以便使纤维处于压应力状态而增体的线膨胀系数，以便使纤维处于压应力状态而增体的线膨胀系数，以便使纤维处于压应力状态而增 加韧度。加韧度。加韧度。加韧度。纤维与基体之间要有良好的相容性。以便在高温作纤维与基体之间要有良好的相容性。以便在高温作纤维与基体之间要有良好的相容性。以便在高温作纤维与基体之间要有良好的相容性。以便在高温作用下纤维与基体之间不发生化学反应，基体对纤维用下纤维与基体之间不发生化学反应，基体对纤维用下纤维与基体之间不发生化学反应，基体对纤维用下纤维与基体之间不发生化学反应，基体对纤维 不产生腐蚀和损伤作用。不产生腐蚀和损伤作用。不产生腐蚀和损伤作用。不产生腐蚀和损伤作用。纤维应与基体的线膨胀系数相匹配。通常要求两者43 2颗粒增强机理颗粒增强机理 根据增强颗粒的尺寸大小，颗粒增强复合材料可分根据增强颗粒的尺寸大小，颗粒增强复合材料可分根据增强颗粒的尺寸大小，颗粒增强复合材料可分根据增强颗粒的尺寸大小，颗粒增强复合材料可分为弥散增强复合材料和真正颗粒为弥散增强复合材料和真正颗粒为弥散增强复合材料和真正颗粒为弥散增强复合材料和真正颗粒(或纯颗粒或纯颗粒或纯颗粒或纯颗粒)增强复合材增强复合材增强复合材增强复合材料料料料两类。两类。两类。两类。弥散增强复合材料通常是指尺寸为弥散增强复合材料通常是指尺寸为弥散增强复合材料通常是指尺寸为弥散增强复合材料通常是指尺寸为10025001002500 的微细的微细的微细的微细硬颗粒弥散分布在金属和合金中而形成的复合材料。硬颗粒弥散分布在金属和合金中而形成的复合材料。硬颗粒弥散分布在金属和合金中而形成的复合材料。硬颗粒弥散分布在金属和合金中而形成的复合材料。纯颗粒增强复合材料是指以微米量级的颗粒增强的纯颗粒增强复合材料是指以微米量级的颗粒增强的纯颗粒增强复合材料是指以微米量级的颗粒增强的纯颗粒增强复合材料是指以微米量级的颗粒增强的金属基、树脂基或陶瓷基复合材料。金属基、树脂基或陶瓷基复合材料。金属基、树脂基或陶瓷基复合材料。金属基、树脂基或陶瓷基复合材料。2颗粒增强机理 根据增强颗粒的尺寸大小，颗44 弥散强化复合材料中的增强材料主要是金属氧化物、碳化物和弥散强化复合材料中的增强材料主要是金属氧化物、碳化物和弥散强化复合材料中的增强材料主要是金属氧化物、碳化物和弥散强化复合材料中的增强材料主要是金属氧化物、碳化物和硼化物。这些弥散分布于金属或合金基体中的硬颗粒可以有效地阻硼化物。这些弥散分布于金属或合金基体中的硬颗粒可以有效地阻硼化物。这些弥散分布于金属或合金基体中的硬颗粒可以有效地阻硼化物。这些弥散分布于金属或合金基体中的硬颗粒可以有效地阻碍位错运动，产生显著的强化作用。碍位错运动，产生显著的强化作用。碍位错运动，产生显著的强化作用。碍位错运动，产生显著的强化作用。弥散强化复合材料的复合强化机理与合金的析出强化机理相弥散强化复合材料的复合强化机理与合金的析出强化机理相弥散强化复合材料的复合强化机理与合金的析出强化机理相弥散强化复合材料的复合强化机理与合金的析出强化机理相似，基体仍是承受载荷的主体。不同的是这些细小弥散的硬颗粒并似，基体仍是承受载荷的主体。不同的是这些细小弥散的硬颗粒并似，基体仍是承受载荷的主体。不同的是这些细小弥散的硬颗粒并似，基体仍是承受载荷的主体。不同的是这些细小弥散的硬颗粒并非借助于相变产生的硬颗粒，它们在温度升高时仍可保持其原有尺非借助于相变产生的硬颗粒，它们在温度升高时仍可保持其原有尺非借助于相变产生的硬颗粒，它们在温度升高时仍可保持其原有尺非借助于相变产生的硬颗粒，它们在温度升高时仍可保持其原有尺寸，因而增强效果可在高温下持续较长时间，使复合材料的抗蠕变寸，因而增强效果可在高温下持续较长时间，使复合材料的抗蠕变寸，因而增强效果可在高温下持续较长时间，使复合材料的抗蠕变寸，因而增强效果可在高温下持续较长时间，使复合材料的抗蠕变性能明显优于基体金属或合金。性能明显优于基体金属或合金。性能明显优于基体金属或合金。性能明显优于基体金属或合金。为使弥散增强的复合材料性能达到最佳效果，除要求颗粒坚为使弥散增强的复合材料性能达到最佳效果，除要求颗粒坚为使弥散增强的复合材料性能达到最佳效果，除要求颗粒坚为使弥散增强的复合材料性能达到最佳效果，除要求颗粒坚硬、稳定，与基体不发生化学反应外，颗粒的尺寸、形状、体积分硬、稳定，与基体不发生化学反应外，颗粒的尺寸、形状、体积分硬、稳定，与基体不发生化学反应外，颗粒的尺寸、形状、体积分硬、稳定，与基体不发生化学反应外，颗粒的尺寸、形状、体积分数以及与基体的结合能力均是必须加以考虑的因素。数以及与基体的结合能力均是必须加以考虑的因素。数以及与基体的结合能力均是必须加以考虑的因素。数以及与基体的结合能力均是必须加以考虑的因素。弥散强化复合材料中的增强材料主要是金属氧化物45 纯颗粒增强复合材料的性能受颗粒大小的影响，颗纯颗粒增强复合材料的性能受颗粒大小的影响，颗纯颗粒增强复合材料的性能受颗粒大小的影响，颗纯颗粒增强复合材料的性能受颗粒大小的影响，颗粒太大而不规则，往往引起应力集中现象而成为裂纹粒太大而不规则，往往引起应力集中现象而成为裂纹粒太大而不规则，往往引起应力集中现象而成为裂纹粒太大而不规则，往往引起应力集中现象而成为裂纹源，通常选择尺寸较小的颗粒，并且尽可能使之均匀分源，通常选择尺寸较小的颗粒，并且尽可能使之均匀分源，通常选择尺寸较小的颗粒，并且尽可能使之均匀分源，通常选择尺寸较小的颗粒，并且尽可能使之均匀分布在基体之中。布在基体之中。布在基体之中。布在基体之中。在纯颗粒增强复合材料中，颗粒不是通过阻碍位错在纯颗粒增强复合材料中，颗粒不是通过阻碍位错在纯颗粒增强复合材料中，颗粒不是通过阻碍位错在纯颗粒增强复合材料中，颗粒不是通过阻碍位错运动而使材料强化，而是借助于限制颗粒邻近基体的运运动而使材料强化，而是借助于限制颗粒邻近基体的运运动而使材料强化，而是借助于限制颗粒邻近基体的运运动而使材料强化，而是借助于限制颗粒邻近基体的运动，约束基体的变形来达到强化基体的目的。因此，一动，约束基体的变形来达到强化基体的目的。因此，一动，约束基体的变形来达到强化基体的目的。因此，一动，约束基体的变形来达到强化基体的目的。因此，一般认为复合材料所受载荷并非完全由基体承担。增强颗般认为复合材料所受载荷并非完全由基体承担。增强颗般认为复合材料所受载荷并非完全由基体承担。增强颗般认为复合材料所受载荷并非完全由基体承担。增强颗粒也承受部分载荷。颗粒与基体间的结合力越大，增强粒也承受部分载荷。颗粒与基体间的结合力越大，增强粒也承受部分载荷。颗粒与基体间的结合力越大，增强粒也承受部分载荷。颗粒与基体间的结合力越大，增强的效果越明显，颗粒增强复合材料的性能与增强颗粒和的效果越明显，颗粒增强复合材料的性能与增强颗粒和的效果越明显，颗粒增强复合材料的性能与增强颗粒和的效果越明显，颗粒增强复合材料的性能与增强颗粒和基体的比例密切相关。基体的比例密切相关。基体的比例密切相关。基体的比例密切相关。纯颗粒增强复合材料的性能受颗粒大小的影响，颗46三、增三、增 韧韧1.1.纤维增韧纤维增韧纤维增韧纤维增韧 纤维增韧：为了克服陶瓷脆性大的弱点，可以在陶瓷基体中加纤维增韧：为了克服陶瓷脆性大的弱点，可以在陶瓷基体中加纤维增韧：为了克服陶瓷脆性大的弱点，可以在陶瓷基体中加纤维增韧：为了克服陶瓷脆性大的弱点，可以在陶瓷基体中加入纤维而制成陶瓷基复合材料，由于定向、取向或无序排布的纤维入纤维而制成陶瓷基复合材料，由于定向、取向或无序排布的纤维入纤维而制成陶瓷基复合材料，由于定向、取向或无序排布的纤维入纤维而制成陶瓷基复合材料，由于定向、取向或无序排布的纤维的加入，使陶瓷基复合材料韧度显著提高。的加入，使陶瓷基复合材料韧度显著提高。的加入，使陶瓷基复合材料韧度显著提高。的加入，使陶瓷基复合材料韧度显著提高。单向排布长纤维增韧单向排布长纤维增韧单向排布长纤维增韧单向排布长纤维增韧 单向排布纤维增韧陶瓷基复合材料具有各向异性，沿纤维长度单向排布纤维增韧陶瓷基复合材料具有各向异性，沿纤维长度单向排布纤维增韧陶瓷基复合材料具有各向异性，沿纤维长度单向排布纤维增韧陶瓷基复合材料具有各向异性，沿纤维长度方向上的纵向性能大大高于横向性能。这种纤维的定向排布是根据方向上的纵向性能大大高于横向性能。这种纤维的定向排布是根据方向上的纵向性能大大高于横向性能。这种纤维的定向排布是根据方向上的纵向性能大大高于横向性能。这种纤维的定向排布是根据实际工件的使用要求确定的，主要使用其纵向性能。实际工件的使用要求确定的，主要使用其纵向性能。实际工件的使用要求确定的，主要使用其纵向性能。实际工件的使用要求确定的，主要使用其纵向性能。单向排布长纤维陶瓷基复合材料中韧度的提高来自单向排布长纤维陶瓷基复合材料中韧度的提高来自单向排布长纤维陶瓷基复合材料中韧度的提高来自单向排布长纤维陶瓷基复合材料中韧度的提高来自3 3个方面的贡个方面的贡个方面的贡个方面的贡献，即纤维拔出、纤维断裂及裂纹转向。献，即纤维拔出、纤维断裂及裂纹转向。献，即纤维拔出、纤维断裂及裂纹转向。献，即