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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
1
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
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