复 合 材 料 导 论
Introduction to Composite Materials
（讲 稿）
石南林
中国科学院金属研究所
2004年2月
目             录
     前言
材料的发展与人类社会的进步
复合材料的提出
复合材料的发展历史和意义
四、 课程的重点和要求
第二章      复合材料概述
一、复合材料的定义和特点
复合材料的定义
复合材料的特点
       3、复合材料的基本结构模式
二、复合材料的分类
三、复合材料的发展历史
四、复合材料的基本性能
复合材料界面
复合材料的界面
复合材料的相容性
复合材料的界面理论
界面结合强度的测定
1、界面结合强度的测定
2、界面结合强度的表征
五、界面残余应力
复合材料的复合理论
一、复合材料的增强机制
       1、颗粒增强复合材料的增强机制
       2、纤维（包括晶须、短纤维）增强复合材料的增强机制
二、复合材料的复合法则 — 混合定律
混合定律
连续纤维单向增强复合材料（单向板）
短纤维增强复合材料
复合材料力学和结构设计基础
一、复合材料力学
单层复合材料
层合复合材料
二、复合材料设计 
单向层弹性常数预测公式
正交层的工程弹性常数预测公式
单向板强度预测公式
复合材料的强度准则
平面正交织物复合材料的强度
应力的转换
复合材料的其它性能
复合材料基体
聚合物
热固性树脂
热塑性树脂
金属
用于450(C以下的轻金属基体（铝、镁及其合金）
用于450~750(C复合材料的金属基体（钛及其合金）
用于750(C以上高温复合材料的金属基体
陶瓷
氧化物陶瓷
非氧化物陶瓷
玻璃陶瓷
四、碳（石墨）
复合材料增强剂 
一、复合材料增强剂的特点
二、纤维
无机纤维
陶瓷纤维
有机纤维
各种纤维性能的比较
三、晶须
四、颗粒
聚合物基复合材料（PMC）
一、聚合物基复合材料的分类
二、聚合物基复合材料的性能
三、聚合物基复合材料的制备工艺
四、复合材料成型固化工艺
工艺性
复合材料的固化工艺过程
五、PMC的界面
1、PMC的界面特点
       2、PMC的界面表征
       3、PMC的界面作用机理
       4、PMC的界面设计
六、纤维增强聚合物复合材料的力学性能
静态力学性能
疲劳性能
冲击和韧性
七、铺层设计
1、层合板设计的一般原则
2、等代设计法
3、层合板排序设计法
4、层合板的层间问题
八、结构设计
明确设计条件
材料设计
结构设计
金属基复合材料（MMC）
一、金属基复合材料概述
金属基复合材料的分类
金属基复合材料的研究特点
二、金属基复合材料的制备工艺
金属基复合材料的制备工艺概述
先驱（预制）丝（带、板）的制备
固态法（连续增强相金属基复合材料的制备工艺）
液态法（非连续增强相金属基复合材料的制备工艺）
粉末冶金法（非连续增强相金属基复合材料的制备工艺）
原位（in situ）生长（复合法）
三、金属基复合材料的界面和界面设计
金属基复合材料的界面
金属基复合材料的界面结合
金属基复合材料的界面残余应力
四、金属基复合材料的的性能
金属基复合材料的的一般性能特点
纤维增强金属基复合材料的的性能
颗粒、晶须增强金属基复合材料的的性能
 陶瓷基复合材料（CMC）
一、陶瓷基复合材料概述
二、陶瓷基复合材料的制备工艺
粉末冶金法
浆体法
反应烧结法
液态浸渍法
直接氧化法
胶-凝胶（Sol-Gel）法
化学气相浸渍
其它方法
三、陶瓷基复合材料的界面和界面设计
界面的粘结形式
界面的作用
界面的改善
四、陶瓷基复合材料的的性能
室温力学性能
高温力学性能
五、陶瓷基复合材料的的增韧机制
颗粒增韧
纤维、晶须增韧
 碳碳复合材料（C/C）
一、碳碳复合材料概述
二、碳碳复合材料的制备工艺
碳碳复合材料的预成型和基体碳
碳碳复合材料的制备工艺
三、碳碳复合材料的界面
碳碳复合材料的界面和结构
碳碳复合材料的显微组织
四、碳碳复合材料的抗氧化
碳碳复合材料的氧化
碳碳复合材料的氧化保护原理
碳碳复合材料的抗氧化保护
水泥复合材料
一、水泥 
水泥的定义和分类
水泥的制造方法和主要成分
水泥的强度和硬化
二、水泥复合材料 
混凝土
纤维增强水泥复合材料
聚合物改性混凝土
三、水泥复合材料的成型工艺
混凝土的配合比设计及成型工艺控制
钢筋混凝土的成型工艺
纤维增强水泥复合材料的成型工艺
聚合物改性混凝土的成型工艺
四、（钢筋混凝土）纤维/基体的界面
混杂复合材料
混杂复合材料概述
混杂复合材料混杂方式
1、单向混杂纤维复合材料
2、单向预浸料角度铺层混杂
3、混杂织物混杂
4、超级混杂复合材料
三向编织物混浊
复合夹层结构
混杂复合材料的几个概念
1、混杂效应
2、混杂复合材料的界面和界面数
3、混杂比
          4、分数度
          5、铺层形式
          6、临界含量
混杂复合材料的力学性能
1、弹性模量
2、横向弹性模量
3、单向混杂复合材料沿纤维主向的强度
4、纤维的临界含量
纳米及分子复合材料
一、纳米粉体的合成
纳米粉体的物理制备方法
纳米粉体的的化学制备方法
二、先进纳米增强剂的制备
碳化硅纳米晶须
碳纳米管
纳米碳纤维
三、陶瓷基纳米复合材料的制备
纳米-纳米复合材料
纳米-微米复合材料
四、聚合物有机-无机纳米复合材料的制备方法
1、溶胶-凝胶（Sol-Gel）法
2、层间插入法
3、共混法
4、原位聚合法
5、分子的自组装和组装
6、辐射合成法
五、聚合物有机-无机纳米复合材料的应用现状
六、应用前景展望
复合材料的应用和发展
一、复合材料的应用
1、聚合物基复合材料的应用
2、金属基复合材料的应用
陶瓷基复合材料的应用
碳碳复合材料
二、复合材料的发展
      1、复合材料的性能对比
      2、复合材料的发展趋势
第一章   前    言
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。
复合材料1.doc