材料科学与工程手册 下 第9篇 复合材料篇PDF电子书下载

9.1　导论 7

9.1.1　复合材料的发展简史 7

9.1.2　现有的复合材料品种 7

9.1.2.1　高性能增强体 7

9.1.2.2　聚合物基复合材料 8

9.1.2.3　金属基复合材料 9

9.1.2.4　无机非金属基复合材料 10

9.1.2.5　功能复合材料 10

9.1.3　复合材料的新生长点 10

9.1.3.1　功能、多功能、机敏、智能复合材料 10

9.1.3.2　纳米复合材料 11

9.1.3.3　仿生复合材料 11

9.1.4 复合材料中有待深化和开拓创新的问题 11

9.1.4.1　复合材料基础理论问题 11

9.1.4.2　复合材料新的设计和制备方法 11

参考文献 11

9.2　复合材料增强体 12

9.2.1　玻璃纤维 12

9.2.1.1　玻璃纤维的发展概况 12

9.2.1.2　玻璃纤维的分类 12

9.2.1.3　玻璃纤维的组成与结构 12

9.2.1.4　玻璃纤维的性能 12

9.2.1.5　玻璃纤维的生产工艺 13

9.2.1.6　玻璃纤维制品及用途 14

9.2.1.7　特种玻璃纤维 14

9.2.2　碳纤维 15

9.2.2.1　概述 15

9.2.2.2　碳纤维的分类 15

9.2.2.3　碳纤维制造方法 15

9.2.2.4　碳纤维的性能 16

9.2.2.5　碳纤维的用途 17

9.2.2.6　碳晶须 17

9.2.3 陶瓷纤维 17

9.2.3.1　碳化硅纤维 18

9.2.3.2　含钛碳化硅纤维 18

9.2.3.3　氧化铝纤维 18

9.2.3.4　硼纤维 19

9.2.3.5　氮化硼纤维 19

9.2.3.6　氮化硅纤维 20

9.2.3.7　陶瓷晶须 21

9.2.4　芳香族聚酰胺纤维 21

9.2.4.1　概述 21

9.2.4.2　全芳族聚酰胺纤维 23

9.2.4.3　共聚改性芳族聚酰胺纤维 24

9.2.4.4　芳纶的应用 24

9.2.5　聚芳酯纤维 25

9.2.6　有机杂环类纤维 26

9.2.6.1　聚对亚苯基苯并二噁唑（PBO）和聚对亚苯基苯并二噻唑（PBZT）纤维 26

9.2.6.2　聚苯并咪唑（PBI）及其纤维 27

9.2.7　高强高模聚乙烯纤维 27

9.2.7.1　高强高模聚乙烯纤维的制造 28

9.2.7.2　超高分子量聚乙烯纤维的性能 29

9.2.7.3　超高分子量聚乙烯纤维的应用 30

参考文献 31

9.3　聚合物基复合材料 32

9.3.1　概论 32

9.3.2　基体材料 32

9.3.2.1　不饱和聚酯树脂 32

9.3.2.2　环氧树脂 33

9.3.2.3　酚醛树脂 34

9.3.2.4　其他热固性树脂 35

9.3.2.5　热塑性树脂基体 35

9.3.3　增强材料 36

9.3.3.1　玻璃纤维 36

9.3.3.2　碳纤维 36

9.3.3.3　芳纶纤维 36

9.3.3.4　硼纤维 36

9.3.4 热固性树脂基复合材料的成型工艺 36

9.3.4.1　手糊成型技术 37

9.3.4.2　缠绕成型 37

9.3.4.3　热压成型 38

9.3.4.4　真空袋成型和热压罐成型 39

9.3.4.5　拉挤成型 39

9.3.4.6　树脂传递模塑成型工艺 40

9.3.4.7　电子束固化成型 40

9.3.5　热塑性树脂复合材料的成型工艺 41

9.3.6　聚合物基复合材料的性能特点与应用 41

9.3.7　聚合物基复合材料的最新发展 42

参考文献 42

9.4　金属基复合材料 44

9.4.1　概论 44

9.4.2　金属基复合材料的主要种类 44

9.4.2.1　依据增强体形式划分的种类及其各自特点 44

9.4.2.2　依据基体合金划分的种类及其各自特点 45

9.4.2.3　金属基复合材料典型品种介绍 46

9.4.3　金属基复合材料的性能 47

9.4.3.1 连续纤维增强金属基复合材料的力学性能 47

9.4.3.2　非连续增强金属基复合材料的力学性能 47

9.4.3.3　特定物理性能 48

9.4.4　金属基复合材料的复合工艺 48

9.4.4.1　液相复合工艺 48

9.4.4.2　固相复合工艺 50

9.4.4.3　固-液两相区复合工艺 51

9.4.5　金属基复合材料的加工与处理 51

9.4.5.1　铸造成型 51

9.4.5.2　二次塑性加工 51

9.4.5.3　连接技术 52

9.4.5.4　热处理技术 53

9.4.5.5　机械加工与表面处理 53

9.4.6　金属基复合材料的应用 54

9.4.6.1　航天与空间应用 54

9.4.6.2　航空应用 54

9.4.6.3　在微电子系统中的应用 55

9.4.6.4　在其他领域的应用 55

9.4.7　金属基复合材料的新进展及发展趋势 56

9.4.7.1　微结构的优化设计 56

9.4.7.2　结构-功能一体化 56

9.4.7.3　制备与成型加工一体化 56

9.4.7.4　工艺技术的低成本化 56

9.4.7.5　生产的规模化与应用的扩大化 57

参考文献 57

9.5　陶瓷（玻璃）基复合材料 58

9.5.1 概述 58

9.5.2　相变增韧陶瓷 58

9.5.2.1　氧化锆的相变 58

9.5.2.2　相变增韧机理 59

9.5.2.3　典型的相变增韧陶瓷复合材料及其力学性能 59

9.5.3　颗粒增强陶瓷基复合材料 60

9.5.3.1 颗粒增强陶瓷基复合材料的增韧机理 61

9.5.3.2　颗粒增强陶瓷基复合材料的力学性能 61

9.5.4　晶须补强陶瓷基复合材料 62

9.5.4.1 晶须 62

9.5.4.2　晶须补强陶瓷基复合材料的增韧机理 62

9.5.4.3　晶须补强效果的影响因素 62

9.5.4.4　晶须补强陶瓷基复合材料的种类 63

9.5.5　连续纤维补强陶瓷基复合材料 64

9.5.5.1 纤维补强陶瓷基复合材料的增韧机理 64

9.5.5.2　纤维补强陶瓷基复合材料的制备工艺 65

9.5.5.3　纤维补强陶瓷基复合材料的力学性能及其影响因素 66

9.5.6　层状陶瓷复合材料 66

9.5.6.1　层状陶瓷复合材料的制备工艺 67

9.5.6.2　层状陶瓷复合材料力学性能的影响因素 68

9.5.6.3　层状陶瓷复合材料的断裂机理 69

9.5.6.4　层状陶瓷复合材料的发展趋势 70

9.5.7　玻璃基复合材料 71

9.5.7.1　纤维增强玻璃基复合材料 71

9.5.7.2　晶须增强玻璃基复合材料 71

9.5.7.3　玻璃基复合材料的发展趋势 71

9.5.8　陶瓷基复合材料的应用与展望 72

9.5.8.1　在航空航天发动机上的研究与应用 72

9.5.8.2　在航天器上的应用 72

9.5.8.3　其他应用 72

参考文献 73

9.6　碳-碳复合材料 74

9.6.1 概述 74

9.6.2　碳-碳复合材料的生产工艺 74

9.6.2.1　碳纤维及其预制体 74

9.6.2.2　致密化处理 76

9.6.2.3　石墨化处理 79

9.6.2.4　检验 80

9.6.3　碳-碳复合材料的微观组织 80

9.6.4　碳-碳复合材料的性能 80

9.6.4.1　力学性能 80

9.6.4.2　热学性能 81

9.6.4.3　化学性能 82

9.6.4.4　摩擦磨损性能 82

9.6.5　碳-碳复合材料的应用 83

9.6.5.1　刹车领域 83

9.6.5.2　宇航飞行器及火箭发动机 84

9.6.5.3　其他领域的应用 84

参考文献 85

9.7　水泥基复合材料 86

9.7.1　聚合物-水泥基复合材料 86

9.7.1.1 聚合物水泥混凝土 86

9.7.1.2　聚合物浸渍混凝土 87

9.7.1.3　无宏观缺陷水泥 88

9.7.2　纤维增强水泥基复合材料 88

9.7.2.1　玻璃纤维增强水泥基复合材料 89

9.7.2.2　钢纤维增强水泥基复合材料 90

9.7.2.3　高性能的纤维增强水泥基复合材料 91

9.7.3　机敏水泥基复合材料 93

9.7.3.1　水泥基压电机敏复合材料 94

9.7.3.2　碳纤维机敏水泥基复合材料 94

9.7.3.3　自愈合机敏水泥基复合材料 96

参考文献 96

9.8　功能复合材料 97

9.8.1　概述 97

9.8.1.1　功能复合材料的结构与性能的关系 97

9.8.1.2　功能复合材料的复合效应 98

9.8.1.3　功能复合材料的分类及应用 98

9.8.1.4　功能复合材料的发展趋势 99

9.8.2　导电复合材料 99

9.8.3　压电复合材料 101

9.8.3.1　压电复合材料类型及制备方法 101

9.8.3.2　精细压电复合材料及在传感器中的应用新进展 103

9.8.4　磁性复合材料 103

9.8.4.1　磁性复合材料的种类、制备方法及性能 103

9.8.4.2　磁性复合材料的应用 103

9.8.5　机械功能复合材料 104

9.8.5.1　摩阻复合材料 104

9.8.5.2　减摩复合材料 104

9.8.5.3　阻尼功能复合材料 105

9.8.6　其他功能复合材料 105

9.8.6.1　热功能复合材料 105

9.8.6.2　光功能复合材料 106

9.8.6.3　声功能复合材料 106

9.8.6.4　化学功能复合材料 106

参考文献 106

9.9　复合材料界面 107

9.9.1　复合材料界面理论 107

9.9.2 聚合物基复合材料界面及其改性 108

9.9.2.1　聚合物基的表面改性方法 110

9.9.2.2　增强体表面改性 111

9.9.3　金属基复合材料界面及其改性 113

9.9.3.1　金属基复合材料界面定义及重要性 113

9.9.3.2　界面对金属基复合材料力学性能的影响 114

9.9.3.3　金属基复合材料界面优化及界面反应控制的途径 114

9.9.4　复合材料界面表征 115

9.9.4.1　（表）界面宏观性质的表征 115

9.9.4.2　界面形态表征 115

9.9.4.3　（表）界面微观结构的表征 116

9.9.4.4　界面结合强度的表征 117

9.9.4.5　宏观性能测试技术 117

9.9.5　复合材料界面优化设计 117

参考文献 118

9.10　复合材料结构设计与分析 119

9.10.1 复合材料在飞机结构中的应用 119

9.10.2　复合材料结构应用性能的特点 119

9.10.2.1 比强度和比刚度 119

9.10.2.2　各向异性和可设计性 119

9.10.2.3　损伤、断裂和疲劳行为 119

9.10.2.4　环境影响 120

9.10.2.5　导电性 120

9.10.3　结构设计与验证方法概述 120

9.10.3.1　设计方法概述 120

9.10.3.2　积木式设计验证试验方法概述 120

9.10.3.3 复合材料结构设计方法的发展 121

9.10.4　设计要求和原则 121

9.10.4.1 复合材料结构的特殊设计要求 121

9.10.4.2　结构设计选材 122

9.10.4.3　设计许用值的确定 123

9.10.5　结构分析方法 124

9.10.5.1 复合材料结构分析的特点 124

9.10.5.2　静强度和刚度分析 124

9.10.5.3　耐久性与损伤容限分析 124

9.10.5.4　复合材料结构设计和分析专用软件简介 124

9.10.6　结构试验验证方法 124

9.10.6.1　初步设计阶段试验 124

9.10.6.2　设计研制试验 125

9.10.6.3　全尺寸结构部件验证试验 126

9.10.7　复合材料结构的设计概念 128

9.10.7.1 “纤维取向”设计概念 128

9.10.7.2 “整体化”设计概念 129

9.10.7.3　其他创新设计构想 129

参考文献 131

9.11　复合材料性能测试与质量控制 132

9.11.1　组分材料性能表征与测试 132

9.11.2　单向层压板性能试验 135

9.11.3　断裂韧性与损伤容限 141

9.11.4　织物增强复合材料性能实验 144

9.11.5　复合材料质量控制与检验 146

参考文献 147

9.12　复合材料失效分析 148

9.12.1　缺陷与损伤的成像显示技术 148

9.12.2　树脂基复合材料失效的基本类型 149

9.12.2.1　基体开裂 149

9.12.2.2　界面脱黏 149

9.12.2.3　纤维断裂 149

9.12.2.4　分层 149

9.12.3　单向层合板的失效 149

9.12.3.1　纵向拉伸 149

9.12.3.2　纵向压缩 150

9.12.3.3　横向拉伸 150

9.12.3.4　横向压缩 150

9.12.3.5　剪切 150

9.12.4　多向层合板的失效 150

9.12.4.1　单层的拉伸失效 151

9.12.4.2　单层的压缩失效 151

9.12.4.3　层的剪切失效 151

9.12.4.4　分层 151

9.12.5　静态与循环载下复合材料失效的异同点 151

9.12.6　复合材料失效分析的要点 152

9.12.6.1　表面保护 152

9.12.6.2　损伤特征分析 152

9.12.6.3　理论分析 152

9.12.6.4　分析思路与方法 152

参考文献 153

9.13　特种复合材料 154

9.13.1　纳米复合材料 154

9.13.1.1　有机-无机纳米复合材料 154

9.13.1.2　无机-无机纳米复合材料 156

9.13.2　机敏及智能复合材料 156

9.13.2.1　机敏和智能复合材料的组成 156

9.13.2.2　机敏和智能材料的应用实例 157

9.13.3　仿生复合材料 158

9.13.3.1　仿生复合材料的基本概念 158

9.13.3.2　仿生复合材料的仿生设计及实例 158

9.13.3.3　仿生复合材料的发展前景 159

9.13.4　混杂和超混杂复合材料 159

9.13.4.1　混杂复合材料的定义 159

9.13.4.2　混杂复合材料的类型 159

9.13.4.3　混杂复合材料的特点与性能 160

9.13.4.4　混杂复合材料的应用 160

9.13.4.5　超混杂复合材料 161

9.13.5　梯度功能复合材料和多功能复合材料 161

9.13.5.1　梯度功能复合材料的基本概念 161

9.13.5.2　梯度功能复合材料的设计与梯度复合方法 161

9.13.5.3　梯度功能复合材料的应用 162

9.13.5.4　多功能复合材料 163

参考文献 163