复合材料论文范文

复合材料论文篇1

GB/T1447的Ⅱ型试样，在测试σT1、σT2时，试样宽度为25mm，对0°纤维、0°纤维占多的复合材料或碳纤维等高性能纤维复合材料，破坏载荷较大，经常导致加强片脱落致使无法继续加载，增加测试的难度。GB/T3354、ISO527-5和ASTMD3039，试样宽度为15mm，对于一些织物增强复合材料，由于织物的尺寸效应对测试结果有较大影响。上述各试验方法均使用端部加强片，加强片的目的是试图以最小的应力集中将来自夹头的载荷分布到试样上。然而设计不当的加强片界面将使破坏发生在邻近加强片的部位，导致非常低的测试强度值。胶接加强片的胶粘剂对结果的影响远大于加强片的角度。成功的设计是采用足够韧性的胶粘剂而不是加强片的角度［4］。GB/T1458和ASTMD2290无法测得泊松比和σT2，得到的σT1值离散较大。综上，对0°纤维、0°纤维占多的复合材料或碳纤维等高性能纤维复合材料，建议按GB/T3354、ISO527-5和ASTMD3039试验，对性能较低或一些织物增强复合材料，建议采GB/T1447的Ⅱ型试样，按GB/T1447试验。

2剪切

GB/T3355、ISO14129和ASTMD3518均利用±45°层合板拉伸试验，得到复合材料面内剪切响应，该试验方法具有测试试样简单、不需要夹具以及采用引伸计进行应变测试的特点。并已证明和其他剪切试验方法的模量测试具有良好的一致性。尽管很多人认为试样的应力状态可能不“纯”，但它的响应确实模拟了结构层合板中的实际应力状态和铺层相互的作用，对于设计者来说是比较实用的［4］。GB/T3355、ISO14129和ASTMD3518仅适用±45°均衡对称铺层的层合板试样。在整个工作段存在面内正应力分量，且在自由边界处存在着复杂的应力场，因此所计算的破坏剪应力值并不是材料的剪切强度值。特别是在大变形时，随着应变的增加导致纤维方位逐渐变化，逐渐偏离纤维方位假设。ISO14129和ASTMD3518都规定在5%剪应变时终止试验，以5%剪应变时的剪应力作为极限剪切强度，GB/T3355-2005对此没有规定，在新修订的GB/T3355中已作了相应的修改。ASTMD5379和我国标准《聚合物基复合材料剪切性能V型缺口梁试验方法》(报批稿)，有一比较突出的优点，不仅可测得G12、τ12，通过改变试样的方向，还可测得G21、G13、G23、G31和G32。从图2试样的剪力图和弯矩图可以看出，试样工作区处于恒剪力而弯矩为零的区域，V型缺口影响沿加载方向的剪应变，使剪应力分布更加均匀。剪力分布的均匀度为材料正交各向异性的函数，在［0/90］ns类型层合板上已经获得最佳的所有面内剪切结果［4］。然而试样工作段处于恒剪力而弯矩为零仅是理想状态，实际情况是夹具对试样施加的是分布载荷，它会对剪应变的分布和正应力分量产生影响，该影响对［90］n、含±45°铺层试样特别不利［4］。加载过程中可能发生试样的扭转，扭转影响强度，特别是模量的试验结果。GB/T28889、ASTMD7078与ASTMD5379有很多相似之处。GB/T28889、ASTMD7078大大改善了ASTMD5379对［90］n、含±45°铺层试样特别不利的状况。加载过程中的扭转，特别是试样两边螺栓的扭力不一致时，对试验结果有较大影响。试样缺口处的宽度达31mm，对某些层合板，难以加载至破坏的现象时有发生。ISO15310要求有特殊的试验夹具，加载点定位困难，不适合于获取剪切强度数据。ASTMD4255要求有特殊的试验夹具，结果易受试样加工缺陷影响，所得的数据离散较大。ASTMD5448的试样为纤维缠绕圆管，试样制备的费用高，端部夹持处存在应力集中，容易造成在夹持区内破坏。GB/T1450.1、JC/T773和ISO14130仅能测得层间剪切强度，不能测得剪切响应。GB/T1450.1试样型式存在应力集中，所得的数据离散较大。综上，测G12、τ12时，建议按GB/T3355、ISO14129、ASTMD3518和ASTMD5379试验，并在5%剪应变时终止试验;测［0］ns、［0/90］ns层合板的剪切参数时，按ASTMD5379试验;测［90］ns、含±45°铺层或织物增强层合板剪切参数时，按GB/T28889、ASTMD7078试验。

3压缩

除试样加工影响外，受试样几何尺寸、对中和夹具的影响，采用不同的方法，所测得的压缩强度是不同的。其中夹具设计和加工精度尤为重要，夹具的过度约束可能遏制某些实际的破坏模式，导致测试值偏高;但如没有合适的约束，会发生试样端部开花、屈曲等破坏，导致测试值偏低。所有标准仅给出夹具的型式，没有规定夹具的材质、尺寸、加工精度等细节，因此使用者需根据经验、摸索等设计加工合适的夹具。GB/T3856、GB/T5258、ISO14126和ASTMD3410圆锥形剪切加载夹具存在试样安装和应变测量难度较大的问题。GB/T3856没有规定在测试过程中判别试样是否弯曲或屈曲，且试样宽度仅为6mm，对一些材料存在尺寸效应，影响测试结果。GB/T5258和ISO14126给出了端部加载夹具，该夹具仅适用低性能的材料，如短纤维复合材料、连续纤维复合材料较弱的方向。GB/T3856和GB/T5258没有规定模量的取值范围，期望修订时增加。GB/T5258和ISO14126的联合加载以及ASTMD6641的联合加载，试验方法依赖于试样与夹具间的高摩擦系数。GB/T1448要求试样厚度为4mm以上，更适合面外压缩性能测试。综上，测定面内压缩强度σc1和σc2时，建议采用剪切加载方式，按GB/T5258、ISO14126和ASTMD3410进行试验;测定面外压缩强度σc3时，按GB/T1448进行试验。

4层间拉伸

复合材料层间拉伸的国外标准并不多，较为成熟的标准方法有ASTMD7291。我国尚没有制订测定层间拉伸模量E3的标准，GB/T4944仅能测定层间拉伸强度，不能测定E3。因此，期望制定测定E3的国家标准，或在修订GB/T4944时增加测定E3。

5结论和建议

(1)复合材料的增强材料种类很多，铺层方式和成型工艺多样，除受试验板制备和试样加工影响外，采用不同的标准，其试样几何尺寸、试验条件等不尽相同，因此试验结果是不相同的;(2)每个标准均有其优点和局限性，需结合增强材料种类和铺层方式，选择合适的标准进行试验，方能获得真实可靠的复合材料结构设计参数;(3)建议积累试验数据，有条件时建立材料参数数据库。

复合材料论文篇2

现行生产工艺有几大类：

1）将制备好的氧化物陶瓷颗粒与自熔性金属合金粉末混合后（按一定比例）用油压机或等静压压制成工艺所需的形状，用高于自熔性金属合金熔点的温度下，进行烧结；

2）将制备好的氧化物陶瓷颗粒与自熔性金属合金粉末混合烧结，是利用自熔性金属合金与氧元素结合能力的差异，将金属从其氧化物中置换出来，形成氧化物陶瓷／铁基耐磨复合材料；

3）将自熔性金属合金熔液熔渗到陶瓷预制体多孔之中。上述方法只能生产小型复合材料块，无法将复合材料复合到需要耐磨的部位，运用到矿山机械、粉碎设备上难度很大。此工艺经济性稍差。

2研究方向

氧化物陶瓷铁合金复合材料性能优良，但与大型结构件复合复合困难，制备过程比较复杂。虽然，现有工艺解决了一些问题，在制作单个氧化物陶瓷铁合金复合材料上等研究取得了一定的进展，在实际应用领域但仍未开发出适合实际的产品。因此，需要研究开发出适合的新型制备工艺。我们主要研究方向是如何将复合材料复合到需要耐磨的部位，运用到矿山机械、粉碎设备上，重点在能降低成本、实现大规模生产进行研究探讨。

3实施方法

1）合金耐磨预制件制成工艺：将氧化物陶瓷颗粒与自熔性合金粉末按比例用机械进行充分混合，依据用户产品结构不同设计不同的模具，在油压机下将合金耐磨预制件压制制成特定形状，如柱状、条状、块状、蜂窝状等；

2）冶金工艺：将耐磨预制件置于用泡沫、塑料等高分子有机材料制作的实体模具内用真空冶金铸造工艺进行复合铸造。利用金属母液的温度将合金耐磨预制件烧制成型并与合金耐磨预制件形成冶金结合面。该工艺设备投资小、工艺简单、金属母体与耐磨预制件冶金结合面良好。

4工艺过程

1）将粒径为8目的氧化物陶瓷颗粒10%、粒径为30目的氧化物陶瓷颗粒39%、粒径为60目的氧化锆陶瓷颗粒48%与自熔性铁基合金粉末7%，使用水溶性树脂4%机械混合均匀得混合物，放入油压机中用模具压制成型然后放入80°C的烘箱中烘干得到耐磨预制件；

2）将耐磨预制件在800℃的箱式炉中进行排胶；

3）将排胶后的耐磨预制件涂抹硬钎剂；

4）将涂抹硬钎剂的耐磨预制件置于用泡沫、塑料等高分子有机材料制作成为与要生产铸造的零件结构、尺寸完全一样的实体模具内；

5）实体模具经过浸涂强化涂料并烘干后，装入真空造型砂箱中排列好做好浇铸口，然后用干石英砂埋好，经三维振动台振动埋实；

6）用中频感应炼钢炉将耐磨基础件金属母体常用耐磨件的高锰钢、合金钢、高碳铬铁熔化成金属液，用浇包将合金钢水浇铸到真空造型砂箱上的浇铸口中，真空造型砂箱在0.5Pa的负压状态下浇入熔化的合金金属液，使高分子有机材料实体模型受热气化被抽出，被液体合金金属取代冷却凝固后成型，同时利用合金金属母液的温度将耐磨预制件烧制成型并与耐磨预制件形成冶金结合面。

复合材料论文篇3

关键词：复合材料，教学改革，选修课

【中图分类号】TB33-4

复合材料是由两种或两种以上的物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料，与传统材料相比，复合材料具有许多优点，比如其成分及性能的可设计性高，由于加入了高性能的增强相，其强度和弹性模量很高，尤其是比强度远高于传统材料，另外还具有抗疲劳、断裂性能好、结构功能一体化等一系列优越性能，是其他材料难以替代的功能材料和结构材料，在国防、机械、化工、医疗等各领域有广泛的应用，是新技术革命赖以发展的重要物质基础。目前，复合材料已成为新材料研究领域的重要方向，对于材料科学的发展意义重大。正因如此，众多高校非常重视复合材料课程的开设，《复合材料》是材料学院材料科学与工程、金属材料、高分子材料等非复合材料专业本科生的专业选修课之一。根据复合材料涉及的分类，这门课程主要讲述复合材料增强体、复合材料的设计原理、聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等内容。通过学习，使学生了解复合材料的基本理论知识、分类及其应用前景，掌握材料所具有的使用性能，以及常见复合材料制备方法，以提高对于复合材料的设计、制造、性能及应用能力。但本课程的特点是内容繁杂，涉及了基体、增强体、复合原理、材料设计、成型方法及工艺、生产设备等内容，涵盖化学、物理、计算机、工程学等方面的基础课程。因此，在教学中普遍存在学生对所涉及的概念、理论不甚理解，导致厌学、重视不足现象，同时也存在教师很难将知识点一一阐述透彻，学生难以进行深入的学习等问题。另外，该课程多为陈述性内容，在授课过程中很容易陷入乏味的陈述之中，使得学生对本门课程无法提起兴趣。因此，针对以上题，本课程需要在教学过程中进行了改革，并分析复合材料学课程理论教学改革的方法和意义，以期为高等院校的相关课程和专业建设提供一定的参考。

1 授课内容改革

大学教育是创造性人才培养的摇篮，其专业选修课教学内容旨在开阔学生的视野，提高其创造创新能力，因此在教学中应该剔除陈旧的知识、固定的模式。《复合材料》这门课程的知识信息量比较大、直观性比较强，其内容涉及聚合物基复合材料、功能复合材料、陶瓷基复合材料、无机复合材料、金属基复合材料等诸多方面，但是在本科生培养计划改革中，该课程由原来的32学时压缩为16学时左右，在指定的教学时限内很难完成课程全部内容的教学。因此，需要对课程的内容进行进一步精简、合并，尽可能在体现其完整性的同时突出发展前沿的内容，教材也必须作整合化“手术”，在个性化的教材之中养成学科的风格与特色。例如，在我校材料科学专业主要是以金属材料为主，因此要重点学习金属基复合材料，在充分讲述了金属基复合材料的设计、制造、界面表征及性能分析后，要着重描述金属基复合材料的目前的研究及应用现状、发展方向以及存在的主要问题。而陶瓷基等复合材料则在介绍其总体理论后可以针对于某些发展方向进行延伸讲授，在完成大纲要求内容的同时，要突出重点和难点内容，使学生在明晰总体脉络的情况下，能够抓住主要方向，只有这样才能在较短的时间内达到较好的学习效果。

2 革新教学方法

前已述及，《复合材料》这门课的知识体系非常宽广、内容丰富、实用性较强，其内容归纳起来具有以下特点：一是课程内容包含的专业知识和门类非常多，并应用很多基础学科的知识来分析材料中的具体问题，有的内容非常具体而复杂，如复合材料的界面结合理论，有的内容则比较抽象而难懂，如材料的晶体结构和力学性能的微观机理等；二是同时具有很强的理论性与实践性，一方面有很多的理论分析与公式推导，在分析和推导的过程中要建立具体的物理模型，并结合材料内部的具体结构进行相应的处理；另一方面要应用基本理论和方法来分析、解释和处理材料方面的实际问题；三是该课程内容中包含大量抽象、复杂且不易理解的概念。如果使用传统的黑板加粉笔的教学方式，只能是学生得到一些感知的内容，无法使其得到直接的体验，显得枯燥无味呆板。好在现在各学校基本上都普及了多媒体教学，为了吸引学生在课堂上的注意力，提高学生们的学习兴趣，实现本课程教学的最终目标，需要在多媒体教学的基础上对教学手段进行相应的改革。可以从以下方面入手：

（1）在教学中把多媒体、影像资料、CAI 课件等现代化教学手段应用到在教学中，在课堂上用文字、图片、动画和视频以及声音等资料来进行教学活动，可以在有限的时间内提供给学生最大的知识信息量。

（2）采用授课―交流―讨论的流程，通过向学生讲解与授课内容相关的学术论文，让学生从科研的角度认识复合材料，同时了解复合材料发展的动态，并与其在各领域的应用结合起来。授课的同时积极与学生进行互动交流，共同探究论文中学术论点，必要时可以让学生自己查阅总结科研文献的观点，并进行分析评阅，进而提升自身综合实力。

（3）《复合材料》这门课程陈述性内容较多。如果采用“以教师为主体、以课堂为中心”传统的灌输式教育，会使课堂教学气氛呆板，使得学生的创造性思维受到严重束缚，既降低了学习效果，也忽视学习能力的培养、科研能力的培养。因此在教学过程中，除了对本门课程的难点和重点知识点进行详细讲解外，其他容易理解的内容，可以让学生先在老师的引导下自行阅读并完成读书报告，然后老师对其读书报告进行讲评，这种自学方式有利于培养学生的自学能力。

3 优化考核办法

课程考核是大学教学活动的重要环节，是对教师授课及学生学习效果的检验，对督促学生主动学习，引导和促进学生潜能、个性和创造性等的培养具有重要作用。《复合材料》课程涉及的领域广、范围大、知识点多，如果单纯以闭卷答题的方式进行考核，则会在一定程度上约束学生的思维，不利于考查学生的综合运用知识分析问题和解决问题的能力，无法全面评估学生对这门课程的掌握情况，因此，如何既能充分发挥学生的创造性，又能达到考核的目的，这是亟需解决的问题。《复合材料》是一门专业选修课程，期考核方式可以相对灵活一些，能够采用综合考核、灵活应试的办法，在研习传统考试模式的前提下，提高平时考核成绩的比重，在平时成绩的考核中，可以采用学生在课堂上发言和讨论、撰写读书笔记和科研报告等多种方法对学生进行综合考核，尤其是让学生撰写科研报告，报告中要求学生通过阅读相关专业书籍及国内外期刊，总结出复合材料最新研究进展、应用技术及发展趋势等内容，以此提高学生对所学知识的掌握，并使学生在考核过程中掌握了科研论文的查阅总结能力。将这几种考核方式相结合，可以促进学生在学习过程中积极主动地参与，避免平时不用心学习，考试时突击学习情况的发生。

4 结语

课堂上教师的“讲授”是为学生的“学习”作铺垫和服务的，讲授过程中教师应该是导演，是学生学习的引导者。因此，教师应该积极与学生互动，在此过程中，教师要大胆放手，让学生充分发挥主观能动性和创造性，想方设法激励和引导学生积极主动地去探究、去思考，并乐于实践；只有这样，才能实现“先学”的目标，才能把课堂的主动权真正还给学生，突出学生是课堂教学的主体地位。

总之，《复合材料》作为一门专业选修课程，其教学改革是一项系统的改革，要运用各种有效的教学手段，采取科学合理的综合考核形式，培养学生获取知识的能力、综合能力、创新能力、发现问题和解决问题能力以及养成良好的科学素养。

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复合材料论文篇4

关键词：GFRP；夹层板；换算截面法；跨中挠度

中图分类号：TU399文献标志码：A

Abstract： Sandwich structure consisting of steel and glass fiber reinforced composite （GFRP） core pultruded hollow square tube was proposed. Bending experiment of metal facedcomposite core sandwich beam through using fourpoint bending test method was carried out. The distribution of strain， the midspan deflections and the ultimate failure of the slab were analyzed. The effective bending stiffness of metal facedcomposite core sandwich panel was deduced by transformed section method， and the midspan displacement computational formula was deduced by mechanics of materials theory. The midspan deflections of samples were calculated. The theory results and test results were compared and they fitted well. The study results show that when the thickness of the core is constant， the midspan deflection decreases with increasing thickness of metal faced.

Key words： GFRP； sandwich panel； transformed section method； midspan deflection

0引言

近年来，随着中国经济的发展，夹层结构得到了广泛的生产及应用。夹层板是一种经典的结构形式，能表现出良好的材料优越性，夹层板除了在强度、减震等方面优于传统单层材料，而且还起到减轻自重的作用[15]。在国外，早在20世纪50年代就开始了对金属夹芯板结构和形式的研究，如Allen[6]所做的研究。Davies[7]通过对金属面夹芯板的试验研究，提出了相应的挠度计算公式。Frostig等[8]通过对上下面板相同和上下面板不同2种情况的夹层梁进行试验，研究了2种不同情况下夹层梁的力学行为。美国ASTM[9]针对多层的夹芯板，制定了夹芯板弯曲性能的试验方法及计算公式。在中国，GB/T 1456―2005[10]对于美国ASTM进行了修改，制定了夹芯板的弯曲试验方法及设计规范。秦培成[11]对于金属面的夹芯板，采用试验、理论和数值模拟等方法研究了金属夹芯板的抗弯承载力。孙春方等[12]通过对复合材料泡沫夹层结构进行试验，分析了夹层结构的刚度、应力分布和破坏模式。金属面夹芯板的金属面层除承受外荷载外，还对夹芯具有保护作用，使其免受损伤，同时防风化、防火、防腐蚀等；夹芯除保温、隔音和隔热外，还可以将上下面层连接成整体，共同承受外荷载[13]。目前桥梁的主梁与船舶常用的板材是钢板及传统的夹层钢板，该钢板、传统的夹层钢板具有焊缝较多、易锈蚀、难于维护等缺点，很难适应桥梁与船舶在复杂受力情况下的使用[1415]。现在复合材料桥面板均采用全复合材料，其弹性模量小，变形大。本文提出的钢蒙皮复合材料芯材夹层结构是由上下两层钢板和中间一层复合材料芯材组合成的夹层结构，此结构可以避免大量的焊接工作，减少焊缝。复合材料作为内部材料，由钢板保护着，无防火和紫外老化等问题，表面钢板也易于维护[1617]；复合材料芯材采用的是空心方管，这样还可以减少预留各种管线的工作。该夹层结构可应用于船舶、桥梁和建筑等领域，具有强度高、刚度大、耐磨性好等优点。复合材料作为夹芯材料，受力较小，也可应用在钢箱梁中，其刚度大，负弯矩区少，受力更为合理。本文设计和制备钢蒙皮复合材料芯材夹层板，对其弯曲性能进行试验研究，同时采用换算截面法理论研究钢蒙皮复合材料芯材夹层板的挠度、跨中应力和弯曲承载力，并与试验结果进行对比分析。

3.3跨中挠度理论值与试验值对比

用换算截面法结合材料力学得到的跨中挠度公式计算出的结果与试验值进行比较，各试件在相同荷载（取60 kN）下跨中挠度对比情况见表3。各试件跨中挠度的理论值与试验值对比如图14所示。

由表3可知，跨中挠度的理论值和试验值较接近，由于试验时试件缺陷和其他不确定性因素，试验得出的跨中挠度值小于理论计算值，理论值偏于保守，这在结构设计中是可行的。4结语

（1）提出了一种以复合材料芯材和钢蒙皮组成的钢蒙皮复合材料芯材夹层结构。

（2）夹层板弯曲时，随着面层厚度的增加，试件的弯曲刚度得到明显提高，减少了跨中挠度。当钢

表3跨中挠度对比

Tab.3Comparison of Midspan Deflection试件编号挠度试验值/mm挠度理论值/mm相对误差/%SF19.8725.7022.6SFS47.139.1021.6SFF615.1317.8015.0SFS65.726.5112.1SFS84.414.634.8SFS103.403.697.9图14各试件跨中挠度的理论值与试验值对比

Fig.14Comparisons Between Test and Theory

Results of Midspan Deflections of Specimens板面层厚度从4 mm依次增加至6，8，10 mm时，跨中挠度依次减少了8.4%，15.4%，11.5%。

（3）采用换算截面法进行钢蒙皮复合材料芯材夹层板理论计算，并运用材料力学方法推导了跨中扰度计算公式，理论值和试验值吻合较好。参考文献：

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复合材料论文篇5

【关键词】Sn-Zn-Ti钎料；铝基复合材料

0.序言

铝基复合材料是金属基复合材料中应用最广的一种，它具有良好的塑形和韧性，再加上它所具有的易加工性、工程可靠性以及价格低廉等优点，铝基复合材料要比一般的铝合金强度高主要是因为颗粒存在的原因[1]。当铝基复合材料承受载荷时，颗粒不但和基体一样承担载荷还能约束基体变形，通过Orawan位错绕过机制，我们知道颗粒在铝基复合材料中阻碍了位错运动，所以铝基复合材料相对于普通的铝合金强度要大很多，因此它成为当今金属基复合材料研究和发展的主流。目前，用于高体积含量陶瓷增强铝基复合材料的焊接方法还处在探索阶段，对于Si3N4/2024Al铝基复合材料连接的研究几乎空白。因此，解决在焊接中存在的问题迫在眉睫。本文对Si3N4/2024Al基复合材料的钎焊工艺及机理进行研究，为以后这种材料的广泛应用打下了良好的理论基础。

2.不同钎料在Si3N4/2024Al铝基复合材料表面的润湿性

这是因为，在一定的温度下，Zn元素在钎料润湿复合材料的过程中挥发，以蒸汽的形式沉积到母材铝合金表面氧化膜下，将氧化膜抬起，钎料沿氧化膜缺陷渗透，扩散进入母材。由此可见，高温为Zn元素的大量挥发提高条件，Zn元素的挥发在钎料向母材中的扩散起到了至关紧要作用。

将处理好的钎料和复合材料母材放入真空润湿角测量仪中在530℃保温10min的工艺参数下进行润湿性试验，可以发现铝基复合材料表面的润湿角非常大。钎料在复合材料表面形成的扩散层，扩散深度达到650μm。

采用Sn-Zn-Ti钎料钎焊复合材料，在钎料熔化后，钎料中的Zn元素挥发，以蒸汽的形式沉积到母材铝合金表面氧化膜下，将氧化膜抬起，钎料沿氧化膜缺陷向沉淀有蒸发Zn元素的界面铺展渗透，钎料中的Sn元素和母材当中的Al元素发生相互扩散。母材当中的Al元素扩散到钎料层当中，在块状的富Ti相周围与Ti元素形成化合物TiAl3；还有少部分的Ti元素也向母材当中扩散，在钎料与母材的交界处，形成细小的块状Ti-Al化合物；钎料当中的Sn元素扩散到母材当中只以β-Sn单质形式存在，并未与母材中的Al基体和Si3N4基体发生反应。从扫描电镜照片和XRD分析可以看出，扩散层当中的Al元素含量不多，多数Al元素都扩散到钎料当中，而Sn元素在母材当中的扩散路径也非常长，可见Sn元素向母材当中的扩散现象非常剧烈。但是，无论在能谱分析和XRD分析中，都很难找到Zn元素的存在，分析认为在真空钎焊高温加热过程中，Zn元素极易挥发，已经大部分散失。对Sn-Zn-Ti钎料在450℃下保温10min焊接的钎焊接头进行剪切强度测试，得出接头的剪切强度为11.28MPa。由断口形貌及其表面元素扫描结果分析可知，断裂面与扩散层成分一致，其断裂发生在钎料层与扩散层之间。

4.结论

参考文献：

复合材料论文篇6

Abstract: Composite materials are a kind of multi-functional materials,which is developed in the 1970s. In this paper, the current development of piezoelectric composite materials are discussed by introducing the basic concept of the piezoelectric composite materials, the relationship between structure and properties, processing technology and the research status on piezoelectric/piezomagnetic materials.

关键词： 压电材料；压电复合材料；压电压磁弹性复合材料

Key words: piezoelectric material；piezoelectric composite materials；piezoelectric/piezomagnetic material

中图分类号：O632 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）11-0307-02

0 引言

压电陶瓷作为一种压电材料，应用于电子、传感、变压、水声换能、超声、电光等诸多领域。其发展十分迅速，至今已研制出许多性能优异的材料，然而单相材料在某些应用领域具有难以克服的缺点，人们试图寻找新的解决途径，从而使压电复合材料作为一类新的压电材料得到较快的发展。如它能克服传统材料脆性大，受大的冲击易碎的特点，避免在水声换能材料上，压电陶瓷的密度大、与水声匹配不良等问题。近几年，由于含有压电相和压磁相的复合材料在先进材料系统中迅速发展，已引起人们的广泛关注。压电复合材料已在水听器、生物医学成像等方面被作为换能器使用，还常常在传感器、无损检测方面有飞速进步。压电压磁复合材料具有大的磁电系数、静电和磁场的耦合系数。压电压磁复合材料所独有的磁-电机械能的相互转换功能已广泛用于电子封装、传感器和作动器中，如：磁场探测器、声学与超声装置、声纳等设备中。

1 压电复合材料的进展

1972年，日本的北山-中村试制了PVDF-BaTiO3的柔性复合材料，开创了压电复合材料的历史。70年代中后期，美国宾州大学材料实验室将具有强压电效应的陶瓷与柔性聚合物按一定的连通方式、以一定的体积或质量比例及一定的空间几何分布制成的复合材料既具有较强压电性，又具有良好的综合性能，研制了1-3型压电复合材料，并开始研究压电复合材料在水声中的应用。80年代初以后，美国加州斯坦福大学的BAAuld，YWang等人建立了PZT柱周期排列的1-3型压电复合材料的理论模型、并分析了其中的横向结构模。与此同时，以及随后几年，许多国家也相继开展了压电复合材料的研究，如澳大利亚、日本等，一些研究工作者还利用压电复合材料制作了换能器。

从20世纪80年代开始，国内进行大量压电复合材料的研究。中科院声学所的耿学仓等制作了用于无损检测水浸探伤和岩性测量的纵波横波换能器，并研制出了l-3型和2-2型复合材料，北京大学的栾桂冬等用1-3型复合材料制作了水听器，南京大学的水永安等参与制作了l-3型复合材料的理论研究工作，中科院声学所的庄永缪等研制出用于制作宽带换能器的3-3型复合材料，压电复合材料的出现也引起了国内一些研究机构的关注。

由于柔性聚合物相的加入，复合材料的优值和机电耦合系数却提高了，压电复合材料的密度、声阻抗、介电常数都降低了，这使压电复合材料能在水听器、生物医学成像、无损检测、传感器等诸多方面被广泛地用作换能器。人们对压电、热电复合材料的构型进行了系统的分类，并提出了复合材料的连通性概念，它是基于压电复合材料的迅速发展的基础之上提出来的。以两相复合体系为例，按各相的连通性分为:0-0、1-0、2-0、3-0、1-1、2-1、3-1、2-2、3-2、3-3、等十大类型，其中0、1、2、3分别表示其中一相在复合材料中的空间连通维数。除了具有压电复合材料的共同特点，0-3型压电复合材料还具有易于制成各种形态，可制成弹性体而适应弯曲状态下使用等优点，易于制造，适于大量生产，如薄片、挤出成柱状和纤维状以及可浇铸成型等，但是由于其缺乏所需的应力集中因素，故某些特性如d33、dh及gh・dh不如其它型的压电复合材料大。0-3型聚合物基压电复合材料系指具有压电活性的粉末分散于三维连续的聚合物基体中形成的复合材料。目前，各国研究人员正采用不同材料及工艺，使d33、dh及gh、gh・dh在不同程度上得到了提高，致力于提高0-3型聚合物基压电复合材料的敏感性，某些参数已超过了压电陶瓷（如PZT）。

1-3型压电复合材料是一种两相压电复合材料。它主要由一维连通的压电相平行排列于三维连通的聚合物中而形成。当前，压电复合材料有如下发展趋势：开发压电器件、深入理论研究、改进成型工艺、开发连接类型。由于它在某种程度上克服了纯压电陶瓷在强度、脆性方面的缺陷，同时大大增大了其在纵向的耦合系数.因此成为目前研究最多、最深入、应用最广泛的一种压电复合材料。

2 压电压磁弹性复合材料的研究进展

1972年，Van Suchtelen提出了压电和压磁材料的结合可以导致出现新的材料特性即磁电耦合效应，此后许多研究者分析了BaTiO3-CoFe2O4复合材料的磁电耦合特性。为获得大的磁电效应，必须选择单相效应大的压电相与压磁相，即选用磁致伸缩效应大的和压电系数大的材料。目前常选用的压电相材料有BaTiO3和PZT系，压磁相材料有CoFe2O4、Ni（Co，Mn）Fe2O4等铁氧体及TbDyFe2（Terfenol-D）等材料。

压电压磁复合材料是由压电相和压磁相经一定方法复合而成，具有磁电转换功能的新材料，其磁电转换功能是通过压电相与压磁相的乘积效应实现的这种效应即磁电效应。表征磁电效应的物理量是磁电转换系数dE/dH。复合材料的磁电效应是两单相特性dS/dH与dE/dS的乘积效应的体现。可表示为：

dE/dH=k1k2・x（1-x）・dS/dH・dE/dS

式中dS/dH为压磁相的磁致伸缩效应，dE/dS为压电相的压电效应，x为压磁相的体积分数，（1-x）为压电相的体积分数，k1、k2是由两相材料的相互稀释引起的各相特性的减弱系数。由此可以看出，为了得到较高的磁电效应除了选择单相效应大的压电相与压磁相材料外，还应该选择合适的材料体积比。

由于在压电压磁复合材料制备过程中会存在一些缺陷，如裂纹、空洞、气泡会使材料的致密度下降。同时缺陷所引起的尖端应力集中效应和尖端电荷集中效应会使材料的机械性能和电学、磁学性能下降，从而材料在使用过程中失效。所以，对压电压磁复合材料的磁-电-弹性之间的相互作用及其断裂特性研究是重要的。而改善缺陷的影响，则有赖于制备工艺的进一步提高。

参考文献：

[1]S.Gebhardt，A.Sch?necker，R.Steinhausen，W.Seifert，H.Beige“Quasistatic and dynamic properties of 1-3 composites made by soft molding”，Journal of the European Ceramic Society，Vol.23， P.153-159，2003.

[2]党长久，李明轩.1-3型压电复合材料[J].应用声学，1995，14(l):2-7.

[3]水水安.压电复合材料的理论模型[J].物理学进展，1996，16(3-4):353-362.

[4]赵寿根，程伟.1-3型压电复合材料及其研究进展[J].力学进展，2002，32（1）：57-68

[5]甘国友，严继康，孙加林，等.压电复合材料的现状与展望[J].功能材料，2000，31（5）：456-459.

[6]杨凤霞，王四德，兰从庆.1-3型PZT/Polymer压电复合材料性能分析[J].压电与声光，2001，23（l）：49-52.

[7]万建国.压电复合材料及其在智能材料与结构中的应用研究[D].南京：南京航空航大大学，1997.

[8]Newnham R E.Skinner DP，Cross LE，et al.Connectivity and Piezoelectric-Pyroelectric composites[J].Mater Res Bull，1978（13）：525-536.

[9]Wang Jianguo.Study and development of piezoelectric composite for its application on intelligent material ＆structure[D].Nanjing：The key laboratory for Smart Materials and structures，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,1997.

复合材料论文篇7

关键词：大学本科；全英文教学；专业课；复合材料学

中图分类号：G64 文献标识码：B 收稿日期：2015-09-30

1.教与学的三个层次

（1）知识传递。全英文教学首先要解决的问题就是：讲清楚和听明白。专业词汇量会对教学有一定的影响。复合材料学这门课所涉及的专业词汇并不多。对于英语基础较好的学生，基本上两次课之后就应该可以解决语言问题。因此，教师应在绪论部分适当放慢节奏，注意对专业词汇的解释。

此外，更重要的是加强课堂教学的逻辑性。清楚交代整个课程的逻辑、每个章节的逻辑、每个知识点的逻辑和知识点间的逻辑。并在课堂讲授中，注意总结和衔接。通过互动教学，提纲挈领地让学生掌握这门课的逻辑脉络。这里所指的互动教学，不单指课堂问答。本文作者在教学中设计了一个复合材料设计环节。经过实践，该环节对于提高课堂教学效果有很好的作用。复合材料设计要求每个学生根据日常生活或工程实际的需要设计一种复合材料，通过查阅资料选择合适的复合材料的基体与增强体。该材料需有明确的应用，并指出与传统材料相比的优越性。根据复合材料力学性能计算方法，计算所需的增强体材料与基体材料的比例。最后，提出可行的复合材料制备方法。通过这个练习，把复合材料学课程中的主要内容全部贯穿起来。让学生主动地参与，从而使其对于课程中几大模块的逻辑更加明确。

（2）培养兴趣。作为工科的一门专业课，培养学生对课程的兴趣很关键。有效地培养兴趣可以把一门普通的专业课变成工程人员的职业培养。而在学生兴趣全无的情况下，它就变成了被动的修课程拿学分的过程。在这个方面本文作者试图从三个方面下功夫：①提升复合材料案例分析的趣味性；②利用视频展示工业化生产过程或复合材料测试的过程；③加强互动教学。

在案例分析中，作者以科研工作反哺教学工作。以最新的科研动态为例，如石墨烯在复合材料中的应用；复合材料在最新的智能手机中的应用；复合材料在运动器材中的应用等，并进行深入的材料性能的分析，让学生真正领会复合材料设计中的“技术和艺术”。像讲故事一样，讲述某一具体应用中，材料创新的“前世今生”，即如何从传统材料发展到复合材料，又在复合材料的设计中不断进步。

（3）引发科学思考和培养创新思维。大学本科教育是选拔和培养更高层次的人才的基础，因此，在教学过程中也应有意识地引导学生对课程内容中的一些科学问题作开放式的思考，或在材料设计、制备、应用中大力鼓励创新。

2.启发和讨论

教学是老师和学生之间的交流。知识传授是其中的一部分。老师对待教学工作是否热情饱满，对待教学内容是否一丝不苟，对待学生是否真诚以待是我们在交流中传递的另一部分信息。经意与不经意间，通过语言交流和非语言交流，老师对待学生和对待教学的态度会不知不觉地传递给学生，影响学生的学习热情。“传道、授业、解惑”六个字总结得很全面，对专业课同样适用。知识传授是第一层次，对应“传道”；培养兴趣是第二层次，对应“授业”；引发科学思考和创新思维是第三层次，对应“解惑”，表示专业认识水平的提高。

3.结束语

许多高等院校进行了大学本科专业课的全英文教学的尝试。从事全英文教学的老师们对此也在进行探索。本文以复合材料学课程为例，讨论了材料科学专业课的全英文教学的三个层次，即知识传递、培养兴趣、引发科学思考和培养创新思维，并具体分享了教学过程中的有效方法。

参考文献：

[1]钱 微.材料科学与工程全英语教学专业核心课程群构建与实践[J].上海理工大学学报（社会科学版），2012，（4）：320-324.

复合材料论文篇8

【关键词】复合材料；层合板；ABAQUS；面内应力；跨厚比；高阶理论

对于复合材料层合板结构，由于每层的材料为不同的各向异性材料以及铺层的角度和层数的不同，因此提出和建立一般的位移场模型是非常困难的。起初，人们以克希霍夫假设[1]和折合刚度的方法建立了经典层合板理论。这种经典层合板理论在分析跨厚比比较大，也就是比较薄的层合板的力学问题时，由于可以忽略剪切的影响，所以计算过程简单而且计算结果也比较精确。但是，对于分析跨厚比比较小，也就是中厚度层合板的力学问题时，剪切变形比较大，经典层合板理论将不再适用。Pagano从三维线性弹性理论[2-4]出发研究并导出了复合材料层合板在特殊载荷作用下的三维弹性解，数值结果表明这种三维弹性理论对分析中厚度的层合板是比较精确的。但是由于复合材料层合板具有各向异性和呈层性等特点，采用三维弹性理论会比较复杂，并且在分析实际工程问题时会比较困难。因此，既简单又精确的各种高阶层合板理论陆续被建立起来[5-6]。

本文主要介绍由Li和Liu提出的整体-局部1，2-3高阶理论[7]，并利用此理论计算不同跨厚比下3层层合板的面内应力，同时利用ABAQUS计算相同跨厚比下层合板的面内应力。通过两者的计算结果与精确解对比发现，ABAQUS对分析跨厚比比较大，也就是比较薄的层合板时计算结果还是比较精确的，但是当分析中厚度层合板时，ABAQUS的计算结果误差就比较大了，整体-局部1，2-3高阶理论则会得出比较精确的结果。

1 复合材料层合板理论

经过数十年的发展，至今已提出了多种复合材料层合板理论：经典层合板理论，一阶剪切变形理论，高阶剪切理论，分层理论，三维弹性理论。

1.1 经典层合板理论

经典层合板理论采用克希霍夫假设，不考虑沿厚度方向的剪切变形，可以近似求解大部分复合材料薄板壳的力学问题。对于工程中相当多复合材料结构，当其跨厚比较大、沿厚度方向的剪切变形小时，可以忽略剪切影响，这时采用复合材料板壳经典理论，不仅基本方程简单，边界条件简单而且结果也比较精确，而且对于剪切效应弱的结构，采用经典理论计算结果收敛速度要好于其他理论计算结果。但对于自由边边缘效应及其沿厚度方向剪切变形不可忽略的问题，也需要分别采用更精确的理论来计算。

1.2 一阶剪切变形理论

3个广义位移，这比经典理论复杂得多。采用一阶剪切理论，需要对剪切刚度进行合理的修正。对于变形、屈曲载荷和低阶频率的计算，一阶剪切理论已经可以得到相当精确的结果，层间应力求解精度与经典理论大体相同。层合板的高阶理论包括具有11个位移函数的LCW高阶理论和具有5个广义位移的简化高阶理论，计算时比经典理论、一阶理论要困难和复杂得多，但比采用三维弹性理论还是要简单一些。高阶理论在计算应力和高阶固有频率时，可得到比经典理论、一阶理论精确得多的结果，对于计算变形、临界载荷和低阶频率，也可得到比一阶剪切理论要精确的结果，但计算工作量太大，改进不多。

2 数值算例

3 分析结果对比

计算结果分别如图1、图2、图3所示。

由以上计算数据可以看出：ABAQUS分析跨厚比比较大的层合板得出的数据结果与高阶理论和精确解的结果相差不是很大，是可以采用的数据；当分析跨厚比比较小的层合板时，ABAQUS计算得出的数据与高阶理论和精确解有比较大的差距，是不能被采纳的。

4 结论

层合板是复合材料构件的基本组成部分，因此，研究层合板的力学性能可以对研究飞机上复合材料构件将具有非常重要的意义。本文依据Li和Liu建立的整体-局部1，2-3高阶理论，计算不同跨厚比下层合板的面内应力，并与ABAQUS计算结果和精确解进行对比。数据对比说明高阶理论对不同跨厚比下的层合板的计算结果都是很精确的，但是ABAQUS在分析跨厚比比较小的层合板时，计算结果与精确解会有很大差距，不能被采纳。

【参考文献】

[1]Reissner E.Stavsky Y.Bending and stretching of certain types of heteogenous anisotropic elastic plates.，E.，The effects of transverse shear deformation on the bending of elastic plates[J].J.Appl.Mech.，1961；28（3）：402-408.

[2]Ren J G. Analysis of Simply-Supported Lminated Circular Cylindrical Shell Roofs[J].Composite Structure，11（1989）：277-292.