复合材料学

第一篇绪论

1复合材料的特性

1.1引言

1.2复合材料的定义与命名

1.3复合材料的分类

1.4复合材料的特性

第二篇复合材料的基本材料

2金属材料

2.1金属的性能与结构

2.2铝及其合金

2.3铜及其合金

2.4钛及其合金

2.5镁及其合金

3无机胶凝材料

3.1水泥

3.2镁质胶凝材料

3.3石膏

4陶瓷材料

4.1概述

4.2陶瓷原料与制坯

4.3陶瓷的烧制

4.4高温氧化物陶瓷

4.5碳化物陶瓷

4.6氮化物陶瓷

5聚合物材料

5.1聚合物的种类

5.2聚合物的结构与性能

5.3聚合物体系的流变行为

5.4复合材料选用聚合物的原则

6其他材料

6.1半导体材料

6.2磁性材料

6.3超导材料

6.4光功能材料

6.5功能转换材料

第三篇复合材料的增强材料

7玻璃纤维及其制品

7.1概述

7.2玻璃纤维的结构与组成

7.3玻璃纤维的性能

7.4玻璃纤维及其制品

7.5玻璃纤维的表面处理

7.6特种玻璃纤维

8碳纤维

8.1概述

8.2碳纤维的分类与制造

8.3碳纤维的结构与性能

8.4碳纤维的表面处理

9其他无机纤维增强材料

9.1硼纤维

9.2碳化硅纤维

9.3氧化铝纤维

9.4石棉

9.5硅灰石

10芳纶纤维

10.1概述

10.2芳纶纤维的结构与特性

10.3芳纶纤维的制造

10.4凯芙拉纤维的制品

10.5芳纶纤维及其复合材料的应用

11填料

11.1概述

11.2石墨

11.3云母

11.4高岭土

11.5膨润土

11.6碳酸钙

11.7滑石粉

11.8白碳黑

11.9空心玻璃微珠

第四篇复合材料各论

12聚合物基复合材料

12.1聚合物基复合材料的分类与结构形式

12.2聚合物基复合材料的制造技术

12.3聚合物基复合材料的基本性能

12.4聚合物基复合材料的应用

13金属基复合材料

13.1金属基复合材料的类型

13.2金属基复合材料的制造技术

13.3某些金属基复合材料的基本性能

13.4金属基复合材料的应用

14陶瓷基复合材料

14.1陶瓷基复合材料的探索

14.2陶瓷基复合材料的成型工艺及基本性能

14.3陶瓷基复合材料的应用

15碳/碳复合材料

15.1碳/碳复合材料的制造技术

15.2碳/碳复合材料的性能及应用

16无机胶凝复合材料

16.1玻璃纤维增强水泥（GRC）

16.2钢纤维增强混凝土

16.3纤维增强石膏

17混杂复合材料

17.1混杂纤维增强复合材料的结构形式

17.2混杂纤维增强复合材料的特性

17.3混杂纤维增强复合材料的应用

18其他复合材料

18.1功能复合材料

18.2生体复合材料

18.3智能复合材料

参考文献

复合材料是人们在掌握原有单一材料基础上采用一定的复合方式而制造的新材料。《复合材料学》较全面地介绍了复合材料的种类、性能、制法及应用，并较全面、详细地介绍了用于制备复合材料的整个材料领域的各种材料的性能、形态、制备与应用等，便于科技工作者制造新性能的复合材料，从而丰富其材料及材料学知识。《复合材料学》是大学本科生、研究生的教材，对从事材料研究、工程设计和复合材料生产的技术人员也有重要参考价值。

近代复合材料最重要的有两类：一类是纤维增强复合材料，主要是长纤维铺层复合材料，如玻璃钢；另一类是粒子增强复合材料，如建筑工程中广泛应用的混凝上。纤维增强复合材料是一种高功能材料，它在力学性能、物理性能和化学性能等方面都明显优于单一材料。

发展纤维增强复合材料是当前国际上极为重视的科学技术问题。现今在军用方面，飞机、火箭、导弹、人造卫星、舰艇、坦克、常规武器装备等，都已采用纤维增强复合材料；在民用方面，运输工具、建筑结构、机器和仪表部件、化工管道和容器、电子和核能工程结构，以至人体工程、医疗器械和体育用品等也逐渐开始使用这种复合材料。

在自然界中，存在着大量的复合材料，如竹子、木材、动物的肌肉和骨骼等。从力学的观点来看，天然复合材料结构往往是很理想的结构，它们为发展人工纤维增强复合材料提供了仿生学依据。

人类早已创制了有力学概念的复合材料。例如，古代中国人和犹太人用稻草或麦秸增强盖房用的泥砖；两千年前，中国制造了防腐蚀用的生漆衬布；由薄绸和漆粘结制成的中国漆器，也是近代纤维增强复合材料的雏形，它体现了重量轻、强度和刚度大的力学优点。

以混凝土为标志的近代复合材料是在一百多年前出现的。后来，原有的混凝土结构不能满足高层建筑的强度要求，建筑者转而使用钢筋混凝土结构，其中的钢筋提高了混凝土的抗拉强度，从而解决了建筑方面的大量问题。

20世纪初，为满足军用方面对材料力学性能的要求，人们开始研制新材料，并在20世纪40年代研制成功玻璃纤维增强复合材料(即玻璃钢)。它的出现丰富了复合材料的力学内容。50年代又出现了强度更高的碳纤维、硼纤维复合材料，复合材料的力学研究工作由此得到很大发展，并逐步形成了一门新兴的力学学科——复合材料力学。

为了克服碳纤维、硼纤维不耐高温和抗剪切能力差等缺点，近二十年来，人们又研制出金属基和陶瓷基的复合材料。华人在复合材料的研究中做出了很多贡献，但中国在复合材料力学研究方面的起步和水平晚于欧美十到十五年。

进入20世纪60年代后，复合材料力学发展的步伐加快了。1964年罗森提出了确定单向纤维增强复合材料纵向压缩强度的方法。1966年惠特尼和赖利提出了确定复合材料弹性常数的独立模型法。1968年，经蔡为仑和希尔的多年研究形成了蔡-希尔破坏准则；后于1971年又出现了张量形式的蔡-吴破坏准则。

1970年琼斯研究了一般的多向层板，并得到简单的精确解；1972年惠特尼用双重傅里叶级数，求解了扭转耦合刚度对各向异性层板的挠度、屈曲载荷和振动的影响问题，用这种方法求解的位移既满足自然边界条件，又能很快收敛到精确解；同年，夏米斯、汉森和塞拉菲尼研究了复合材料的抗冲击性能。另外，蔡为仑在单向层板非线性变形性能的分析方面，亚当斯在非弹性问题的细观力学理论方面，索哈佩里在复合材料粘弹性应力分析等都做了开创性的研究工作。

近年来，混杂复合材料力学性能的研究吸引了一些学者的注意力。林毅于1972年首先发现，混杂复合材料的应力-应变曲线的直线部分所对应的最大应变，已超过混杂复合材料中具有低延伸率的纤维的破坏应变。这一不易理解的现象，于1974年又被班塞尔等所发现，后人称之为“混杂效应”。

《复合材料力学基础》阐述了复合材料力学基础、复合材料宏观力学基本理论和分析方法。其主要内容包括复合材料概述，变形体几何分析、基本守恒原理，线弹性各向异性弹性力学本构方程，复合材料单层板理论，复合材料单层板强度理论，复合材料层合板理论以及复合材料层合板弯曲、屈曲和振动等。

《复合材料力学基础》可供高等学校力学及相关专业本科生、研究生复合材料力学课程作为教材使用，也可供有关科技人员学习参考。