复合材料增强体定义和分类

1.1 增强体的概念 增强体的概念：

复合材料中能明显提高基体材料某一性能的组元物质 增强体的特征：

（1）具有能明显提高基体某种所需的特殊性能； （2）增强体应具有稳定的化学性质； （3）与基体有良好的润湿性 1.2 增强体的分类

（1）颗粒类增强体（零维）

性能特点： 高强度、高模量、耐热、耐磨、耐腐蚀 实 例： 碳化硅、氧化铝、氮化硅、碳化硼、石墨、 碳化钛、滑石、碳酸钙等无机非金属颗粒 复合材料性能特点：具有各向同性 （2）纤维类增强体（一维） 连续长纤维：

长 度： 连续长度一般超过数百米； 性能特点： 沿轴向有很高的强度和弹性模量 分 类： 分为单丝和束丝两种。

应 用： 成本高、性能高，只用于高性能复合材料 复合材料性能特点：具有各向 异性 连续长纤维实例 单 丝： 硼纤维、CVD法制备的碳化硅纤维 （直径约为95-140微米）

束 丝： 碳纤维、氧化铝纤维、氮化硅纤维 烧结法制备的碳化硅纤维等 （含500-12000根单丝， 单丝直径5.6-14微米） 短纤维： 长 度： 连续长度一般几十毫米

性能特点： 沿轴向有方向性，但性能一般比长纤维低 应 用： 成本比较低，应用广 实 例： 硅酸铝纤维、氧化铝纤维 碳纤维、氮化硼纤维等

复合材料特点：无明显方向性(制造时排列无序 短纤维： 长 度： 连续长度一般几十毫米

性能特点： 沿轴向有方向性，但性能一般比长纤维低 应 用： 成本比较低，应用广 实 例： 硅酸铝纤维、氧化铝纤维 碳纤维、氮化硼纤维等

复合材料特点：无明显方向性(制造时排列无序) （3）晶须类增强体（一维）

外形尺寸： 直径0.2-1微米，长约为几十微米 性能特点： 有很高的强度和模量 （结构细小、缺陷少） 应 用： 陶瓷增韧（成本比颗粒高得多） 实 例： 碳化硅、氧化铝、氮化硅等 复合材料性能特点：各向同性。 （4）金属丝增强体（一维） 不锈钢丝、钨丝等（W/Al、W/Ni、不锈钢丝/Al） （5）片状物增强体（二维） 陶瓷薄片：SiC/C、SiC/ZrO2、Si3N4/BN等。 （6）纤维编织类增强体（三维） 纤维编织成的三维结构

1.3 纤维类增强体具有高强度的原因 （1）固体材料的理论强度： σth = (Eγ/a0)1/2

纤维类增强体： Be、B、C、Al、Si以及它们与N、O的化合物 （常温下原子半径小、化学性质稳定） 纤维类增强体理论强度高

纤维材料所包含的缺陷的形状、位置、取向和数目 都有别与同质地的块状材料 内部径向最大裂纹尺寸： 非常小 （纤维类增强材料） 一般 （同质地块状材料） 内部轴向最大裂纹尺寸： 一般 （纤维类增强材料） 一般 （同质地块状材料）

纤维中轴向的最大裂纹尺寸虽然可与块体材料中的相比，但对轴向性能的影响则很小（纤维主要承受轴向拉伸载荷）