复合材料原理

第1章 概论 1

1.1 物质与材料 1

1.2 复合材料的定义与特点 1

1.3 复合材料的组成与命名 3

1.4 复合材料的分类 3

1.5 复合材料的发展史 4

1.6 复合材料的应用 5

1.7 复合材料的发展方向 7

1.8 复合材料研究存在的问题 8

思考题 10

第2章 增强体 11

2.1 纤维类增强体 11

2.1.1 玻璃纤维 12

2.1.2 硼纤维 14

2.1.3 碳纤维 18

2.1.4 SiC纤维 23

2.1.5 氧化铝纤维 28

2.2 晶须 30

2.2.1 制备 30

2.2.2 晶须的性能 31

2.3 颗粒增强体 33

2.3.1 颗粒增强体的制备 33

2.3.2 常用颗粒增强体的性能 36

2.4 微珠 37

2.5 碳纳米管 38

2.6 有机高分子纤维 40

2.6.1 芳香族聚酰胺纤维(中国名为芳纶纤维) 41

2.6.2 芳香族聚酯纤维 43

2.6.3 超高分子量聚乙烯纤维 45

2.7 金属丝 46

2.8 石墨烯 47

思考题 47

思考题 47

第3章 复合理论 49

3.1 复合材料设计的原理 49

3.1.1 复合材料设计的类型 50

3.1.2 复合材料的设计步骤 50

3.1.3 复合材料设计的新途径 51

3.2 复合材料的复合效应 53

3.2.1 线性效应 53

3.2.2 非线性效应 54

3.3 复合材料的增强机制 55

3.3.1 颗粒增强机制 55

3.3.2 纤维增强原理 62

3.3.3 复合材料物理性能的复合原理 68

3.4 陶瓷基复合材料的强韧机理 69

3.4.1 纤维的强韧机理 69

3.4.2 晶须的强韧机理 70

3.4.3 颗粒增韧机制 73

思考题 84

第4章 复合材料的界面理论 85

4.1 复合材料界面的基本概念 85

4.2 常见复合材料的界面 88

4.2.1 聚合物基复合材料的界面 88

4.2.2 金属基复合材料的界面 92

4.2.3 陶瓷基复合材料的界面 97

4.3 增强体的表面处理 99

4.3.1 玻璃纤维 100

4.3.2 碳纤维 103

4.3.3 Kevlar纤维 105

4.3.4 超高分子量聚乙烯纤维 105

4.3.5 金属基复合材料中纤维的表面处理 106

4.4 复合材料的界面表征方法 107

4.4.1 界面形态的表征 107

4.4.2 界面微观结构的表征 114

4.4.3 界面成分的表征 117

4.4.4 界面结合强度的表征 121

4.4.5 界面残余应力的表征 123

4.4.6 增强体表面性能的表征 124

4.5 界面的优化设计 125

思考题 126

第5章 聚合物基复合材料 128

5.1 概述 128

5.1.1 聚合物基复合材料的分类 128

5.1.2 聚合物基复合材料的特点 128

5.1.3 聚合物基复合材料发展的五阶段 129

5.2 聚合物基体 129

5.2.1 聚合物的基本概念 129

5.2.2 常用聚合物基体 133

5.3 聚合物基复合材料的制备工艺 138

5.4 聚合物基复合材料的力学性能 147

5.5 聚合物基复合材料的界面 150

5.6 聚合物基复合材料的应用 152

思考题 152

第6章 陶瓷基复合材料 154

6.1 陶瓷基复合材料的基体与增强体 154

6.2 陶瓷基复合材料的种类 158

6.3 陶瓷基复合材料的制备工艺 160

6.3.1 粉体制备 160

6.3.2 成型 161

6.3.3 烧结 163

6.4 氧化物陶瓷基复合材料 166

6.4.1 Al2O3 基复合材料 166

6.4.2 ZrO2陶瓷基复合材料 169

6.5 非氧化物陶瓷基复合材料 170

6.5.1 SiC陶瓷基复合材料 171

6.5.2 Si3N4陶瓷基复合材料 174

6.6 碳/碳复合材料 177

6.6.1 碳/碳复合材料的特点 177

6.6.2 碳/碳复合材料的制备工艺 178

6.6.3 碳/碳复合材料的性能 182

6.6.4 碳/碳复合材料的应用 186

6.7 陶瓷基复合材料的界面 188

思考题 190

第7章 金属基复合材料 191

7.1 金属基复合材料与合金的区别与联系 191

7.2 金属基复合材料的分类 192

7.3 金属基复合材料的性能 194

7.4 金属基复合材料的制备工艺 195

7.4.1 内生型法 196

7.4.2 外生型法 200

7.5 铝基复合材料 204

7.5.1 增强体与基体 204

7.5.2 长纤维增强铝基复合材料 205

7.5.3 短纤维增强铝基复合材料 207

7.5.4 晶须、颗粒增强铝基复合材料 208

7.5.5 铝基复合材料的界面 215

7.6 镁基复合材料 216

7.7 钛基复合材料 220

7.8 金属间化合物基复合材料 224

思考题 228

第8章 纳米复合材料 229

8.1 概述 229

8.2 纳米粉体的制备方法 235

8.2.1 物理类方法 235

8.2.2 化学类方法 236

8.3 纳米材料的表征 238

8.4 纳米复合材料的分类 238

8.5 金属基纳米复合材料 238

8.5.1 金属基纳米复合材料的制备方法 239

8.5.2 金属基纳米复合材料的结构与性能 241

8.5.3 金属基纳米复合材料的烧结行为 244

8.5.4 金属基纳米复合材料的应用与展望 244

8.6 陶瓷基纳米复合材料 244

8.6.1 陶瓷基纳米复合材料的制备方法 244

8.6.2 陶瓷基纳米复合材料的性能 245

8.6.3 陶瓷基纳米复合材料的烧结 247

8.6.4 陶瓷基纳米复合材料的应用与展望 248

8.7 聚合物基纳米复合材料 249

8.7.1 聚合物基纳米复合材料的分类 249

8.7.2 聚合物基纳米复合材料的制备方法 249

8.7.3 聚合物基纳米复合材料的性能 250

8.7.4 聚合物基纳米复合材料的应用与展望 252

8.8 纳米复合材料的发展前景 253

思考题 254

第9章 新型复合材料 255

9.1 分级结构复合材料 255

9.2 剪切增稠液柔性防护复合材料 259

9.3 细菌纤维素复合材料 264

思考题 268

参考文献 269

本书首先介绍复合材料的基础部分:概论、增强体、基体、界面和复合理论,然后介绍应用最广的金属基复合材料、陶瓷基复合材料、聚合物基复合材料及纳米复合材料,最后介绍几种新型复合材料。

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本书可作为材料科学与工程学科本科生的学习用书,也可供相关学科与专业的研究生、教师和科技工作者使用。

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