1-3型压电陶瓷纤维复合材料性能的理论分析与实验研究.Stamped

压电陶瓷测量原理..

压电陶瓷及其测量原理 近年来，压电陶瓷的研究发展迅速，取得一系列重大成果，应用范围不断扩大，已深入到国民经济和尖端技术的各个方面中，成为不可或缺的现代化工业材料之一。由于压电材料的各向异性，每一项性能参数在不同的方向所表现出的数值不同，这就使得压电陶瓷材料的性能参数比一般各向同性的介质材料多得多。同时，压电陶瓷的众多的性能参数也是它广泛应用的重要基础。 （一）压电陶瓷的主要性能及参数 （1）压电效应与压电陶瓷 在没有对称中心的晶体上施加压力、张力或切向力时，则发生与应力成比例的介质极化，同时在晶体两端将出现正负电荷，这一现象称为正压电效应；反之，在晶体上施加电场时，则将产生与电场强度成比例的变形或机械应力，这一现象称为逆压电效应。这两种正、逆压电效应统称为压电效应。晶体是否出现压电效应由构成晶体的原子和离子的排列方式，即晶体的对称性所决定。在声波测井仪器中，发射探头利用的是正压电效应，接收探头利用的是逆压电效应。 （2）压电陶瓷的主要参数 1、介质损耗 介质损耗是包括压电陶瓷在内的任何电介质的重要品质指标之一。在交变电场下，电介质所积蓄的电荷有两种分量：一种是有功部分（同相），由电导过程所引起；另一种为无功部分（异相），由介质弛豫过程所引起。介质损耗是异相分量与同相分量的比值，如图 1 所示，C I 为同相分量，R I 为异相分量，C I 与总电流 I 的夹角为δ，其正切值为 CR I I C R ωδ1 tan == 其中ω 为交变电场的角频率，R 为损耗电阻，C 为介质电容。

图 1 交流电路中电压-电流矢量图（有损耗时） 2、机械品质因数 机械品质因数是描述压电陶瓷在机械振动时，材料内部能量消耗程度的一个参数，它也是衡量压电陶瓷材料性能的一个重要参数。机械品质因数越大，能量的损耗越小。产生能量损耗的原因在于材料的内部摩擦。机械品质因数m Q 的定义为： π2 的机械能 谐振时振子每周所损失能谐振时振子储存的机械?=m Q 机械品质因数可根据等效电路计算而得 11 1 11 R L C R Q s s m ωω= = 式中1R 为等效电阻（Ω），s ω 为串联谐振角频率（Hz ），1C 为振子谐振时的等效电容（F ），1L 为振子谐振时的等效电感。m Q 与其它参数之间的关系将在后续详细推导。 不同的压电器件对压电陶瓷材料的m Q 值的要求不同，在大多数的场合下（包括声波测井的压电陶瓷探头），压电陶瓷器件要求压电陶瓷的m Q 值要高。 3、压电常数 压电陶瓷具有压电性，即在其外部施加应力时能产生额外的电荷。其产生的电荷与施加的应力成比例，对于压力和张力来说，其符号是相反的，电位移 D （单位面积的电荷）和应力σ 的关系表达式为：dr A Q D == 式中 Q 为产生的电荷（C ），A 为电极的面积（m 2），d 为压电应变常数（C/N ）。 在逆压电效应中，施加电场 E 时将成比例地产生应变 S ，所产生的应变 S 是膨胀还是收缩，取决于样品的极化方向。

(完整word版)纤维增强复合材料

纤维增强复合材料由增强纤维和基体组成。纤维(或晶须)的直径很小，一般在l0μm以下，缺陷较少又小，断裂应变不大于百分之三，是脆性材料，容易损伤、断裂和受到腐蚀。基体相对于纤维来说，强度和模量要低得多，但可经受较大的应变，往往具有粘弹性和弹塑性，是韧性材料。 纤维增强复合材料，由纤维的长短可分为短纤维增强复合材料、长纤维复合材料和杂乱短纤维增强复合材料。纤维增强复合材料由于纤维和基体的不同，品种很多，如碳纤维增强环氧、硼纤维增强环氧、Kevlar纤维增强环氧、Kevlar 纤维增强橡胶、玻璃纤维增强塑料、硼纤维增强铝、石墨纤维增强铝、碳纤维增强陶瓷、碳纤维增强碳和玻璃纤维增强水泥等。（1新型纺织材料及应用宗亚宁主编中国纺织出版社） 纤维增强复合材料的性能体现在以下方面： 比强度高比刚度大，成型工艺好，材料性能可以设计，抗疲劳性能好。破损安全性能好。多数增强纤维拉伸时的断裂应变很小、叠层复合材料的层间剪切强度和层间拉伸强度很低、影响复合材料性能的因素很多，会引起复合材料性能的较大变化、用硼纤维、碳纤维和碳化硅纤维等高性能纤维制成的树脂基复合材料，虽然某些性能很好，但价格昂贵、纤维增强复合材料与传统的金属材料相比，具有较高的强度和模量，较低的密度、纤维增强复合材料还具有独特的高阻尼性能，因而能较好地吸收振动能量，同时减少对相邻结构件的影响。 从本世纪40年代起，复合材料的发展已经历了整整半个世纪。随着技术的提高，应用领域已从航空航天和国防军工扩展到建筑与土木工程、陆上交通运输、船舶和近海工程、化工防腐、电气与电子、体育与娱乐用品、医疗器械与仿生制品以及家庭与办公用品等等各部门。复合材料在建筑上可作为结构材料、装饰材料、功能材料以及用来制造各种卫生洁具和水箱等。 纤维增强复合材料由增强材料和基体材料构成，每部分都有各自的作用，影响复合材料的性能。 作为增强材料的纤维是组成复合材料的主要成分。在纤维增强复合材料中占有相当的体积分数，同时是结构复合材料承受载荷的主要部分。增强纤维的类型、数量和取向对纤维增强复合材料的性能十分重要，它主要影响以下的方面：（1）密度；

压电陶瓷性能参数解析

压电陶瓷性能参数解析 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT

在机械自由条件下，测得的介电常数称为自由介电常数，在εT表示，上角标T表示机械自由条件。在机械夹持条件下，测得的介电常数称为夹持介电常数，以εS表示，上角标S表示机械夹持条件。由于在机械自由条件下存在由形变而产生的附加电场，而在机械受夹条件下则没有这种效应，因而在两种条件下测得的介电常数数值是不同的。 根据上面所述，沿3方向极化的压电陶瓷具有四个介电常数，即ε11T，ε33T，ε11S，ε11S。 （2）介质损耗 介质损耗是包括压电陶瓷在内的任何介质材料所 具有的重要品质指标之一。在交变电场下，介质 所积蓄的电荷有两部分：一种为有功部分（同 相），由电导过程所引起的；一种为无功部分 （异相），是由介质弛豫过程所引起的。介质损 耗的异相分量与同相分量的比值如图1-1所示， Ic为同相分量，IR为异相分量，Ic与总电流I 的夹角为δ，其正切值为 (1-4) 式中，ω为交变电场的角频率，R为损耗电阻，C为介质电容。由式（1-4）可以看出，I R大时，tanδ也大；I R小时tanδ也小。通常用 tanδ来表示的介质损耗，称为介质损耗正切值或损耗因子，或者就叫做介质损耗。 处于静电场中的介质损耗来源于介质中的电导过程。处于交变电场中的介质损耗，来源于电导过程和极化驰豫所引起的介质损耗。此外，具有铁电性的压电陶瓷的介质损耗，还与畴壁的运动过程有关，但情况比较复杂，因此，在此不予详述。 （3）弹性常数 压电陶瓷是一种弹性体，它服从胡克定律：“在弹性限度范围内，应力与应变成正比”。设应力为T，加于截面积A的压电陶瓷片上，其所产生的

压电陶瓷测量原理

压电陶瓷及其测量原理 近年来，压电陶瓷的研究发展迅速，取得一系列重大成果，应用范围不断扩大，已深入到国民经济和尖端技术的各个方面中，成为不可或缺的现代化工业材料之一。由于压电材料的各向异性，每一项性能参数在不同的方向所表现出的数值不同，这就使得压电陶瓷材料的性能参数比一般各向同性的介质材料多得多。同时，压电陶瓷的众多的性能参数也是它广泛应用的重要基础。 （一）压电陶瓷的主要性能及参数 （1）压电效应与压电陶瓷 在没有对称中心的晶体上施加压力、张力或切向力时，则发生与应力成比例的介质极化，同时在晶体两端将出现正负电荷，这一现象称为正压电效应；反之，在晶体上施加电场时，则将产生与电场强度成比例的变形或机械应力，这一现象称为逆压电效应。这两种正、逆压电效应统称为压电效应。晶体是否出现压电效应由构成晶体的原子和离子的排列方式，即晶体的对称性所决定。在声波测井仪器中，发射探头利用的是正压电效应，接收探头利用的是逆压电效应。 （2）压电陶瓷的主要参数 1、介质损耗 介质损耗是包括压电陶瓷在内的任何电介质的重要品质指标之一。在交变电场下，电介质所积蓄的电荷有两种分量：一种是有功部分（同相），由电导过程所引起；另一种为无功部分（异相），由介质弛豫过程所引起。介质损耗是异相分量与同相分量的比值，如图 1 所示，C I 为同相分量，R I 为异相分量，C I 与总电流 I 的夹角为δ，其正切值为CR I I C R ωδ1tan == 其中ω 为交变电场的角频率，R 为损耗电阻，C 为介质电容。

图 1 交流电路中电压-电流矢量图（有损耗时） 2、机械品质因数 机械品质因数是描述压电陶瓷在机械振动时，材料内部能量消耗程度的一个参数，它也是衡量压电陶瓷材料性能的一个重要参数。机械品质因数越大，能量的损耗越小。产生能量损耗的原因在于材料的内部摩擦。机械品质因数m Q 的定义为： 机械品质因数可根据等效电路计算而得 式中1R 为等效电阻（Ω），s ω 为串联谐振角频率（Hz ），1C 为振子谐振时的等效电容（F ），1L 为振子谐振时的等效电感。m Q 与其它参数之间的关系将在后续详细推导。 不同的压电器件对压电陶瓷材料的m Q 值的要求不同，在大多数的场合下（包括声波测井的压电陶瓷探头），压电陶瓷器件要求压电陶瓷的m Q 值要高。 3、压电常数 压电陶瓷具有压电性，即在其外部施加应力时能产生额外的电荷。其产生的电荷与施加的应力成比例，对于压力和张力来说，其符号是相反的，电位移 D （单位面积的电荷）和应力σ 的关系表达式为：dr A Q D == 式中 Q 为产生的电荷（C ），A 为电极的面积（m2），d 为压电应变常数（C/N ）。 在逆压电效应中，施加电场 E 时将成比例地产生应变 S ，所产生的应变 S 是膨胀还是收缩，取决于样品的极化方向。 S=dE 两式中的压电应变常数 d 在数值上是相同的，即E S D d ==σ 另一个常用的压电常数是压电电压常数 g ，它表示应力与所产生的电场的关系，或应变与所引起的电位移的关系。常数 g 与 d 之间有如下关系： εd g = 式中ε为介电系数。在声波测井仪器中，压电换能器希望具有较高的压电应变常数和压电电压常数，以便能发射较大能量的声波并且具有较高的接受灵敏度。 4、机电耦合系数 当用机械能加压或者充电的方法把能量加到压电材料上时，由于压电效应和逆压电效应，机械能（或电能）中的一部分要转换成电能（或机械能）。这种转换的强弱用机电耦合系数 k 来表示，它是

高性能纤维及复合材料发展趋势及产业战略研究

高性能纤维及复合材料发展趋势与十二五战略研究 在日前举办的碳纤维及先进复合材料技术研讨会上，中国科学院化学研究所首席专家徐坚就高性能纤维及复合材料的发展趋势与“十二五”期间的研究方向做了精彩报告，内容涉及高性能纤维及复合材料的涵盖范围、功能及特点、行业产值、应用趋势、以及十二五期间我国的研究思路和目标做了具体阐述。本刊特将徐坚先生的报告精华整理至下文： 高性能纤维及复合材料主要涵盖具有高强高模特性的聚丙烯腈（PAN）碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维和其他高性能有机、无机纤维，以及由高性能纤维作为增强体所制备的具备轻质高强特性的一类新材料。高性能纤维及复合材料是保障国家安全发展、清洁发展和低碳发展的关键材料，成为解决人类面临的国防、能源、交通运输等领域重大问题的战略性材料之一。高性能纤维及复合材料技术推广应用的覆盖面在一定程度上反映一个国家国防建设、能源利用和环境保护的水平。近年来全球高性能纤维及复合材料产业蓬勃发展，整个行业的总产值已超过3000亿美元并保持每年5-8%的强劲增长，正成为支撑全球经济快速发展的战略中坚力量。 高性能纤维及复合材料具有轻质高强特点，对我国实现低碳经济、拉动消费需求、以及带动传统产业升级具有重要意义。主要包括： 能源领域，风能发电日益受到人们重视，碳/环氧复合材料是制造风机叶片的最佳材料；碳纤维复合材料替代传统钢制电缆芯，具有减重、降耗、易增容等特点，是电力输送技术的发展趋势；石油开采方面，为减轻重量和提高生产效率，碳纤维复合材料成为必需装备。 交通领域，除大型商务客机外，新一代低碳汽车也将大量采用碳纤维及芳纶纤维复合材料，碳纤维复合材料车身同比钢铁减重50%；芳纶/橡胶复合材料可使轮胎变形减少、散热性提高和滚动阻力减轻；碳纤维及芳纶复合材料在高速列车车体和内装饰等部件也成为不可或缺的关键材料。 建筑及工业领域，碳纤维复合材料已大规模应用于桥梁及高层建筑的加固。2010年我国建筑补强领域T700碳纤维布的用量达到250万平。为提高建筑的防火安全性和节能经济性，采用高效阻燃和轻质隔热复合材料建造外墙保温层、隔音吊顶及隔断墙等技术正在国内兴起。 十二五的总体思路：依据《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）》和《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，紧密结合国家安全和社会经济发展的目标，突破高性能纤维及复合材料重大基础科学问题和关键技术问题，实施高性能纤维及复合材料的技术集成与产业示范；坚持统筹兼顾，突出重点；面向工程，加强创新；寓军于民，军民结合；以市场为导向、以企业为主体；以人为本，着力打造创新人才团队的发展原则，建立高性能纤维及复合材料的完整产业链，满足国民经济发展和国家安全建设对高性能纤维及复合材料的迫切需求。

压电陶瓷测量原理

压电陶瓷及其测量原理 近年来,压电陶瓷得研究发展迅速,取得一系列重大成果,应用范围不断扩大,已深入到国民经济与尖端技术得各个方面中,成为不可或缺得现代化工业材料之一。由于压电材料得各向异性,每一项性能参数在不同得方向所表现出得数值不同,这就使得压电陶瓷材料得性能参数比一般各向同性得介质材料多得多。同时,压电陶瓷得众多得性能参数也就是它广泛应用得重要基础。 (一)压电陶瓷得主要性能及参数 (1)压电效应与压电陶瓷 在没有对称中心得晶体上施加压力、张力或切向力时,则发生与应力成比例得介质极化,同时在晶体两端将出现正负电荷,这一现象称为正压电效应;反之,在晶体上施加电场时,则将产生与电场强度成比例得变形或机械应力,这一现象称为逆压电效应。这两种正、逆压电效应统称为压电效应。晶体就是否出现压电效应由构成晶体得原子与离子得排列方式,即晶体得对称性所决定。在声波测井仪器中,发射探头利用得就是正压电效应,接收探头利用得就是逆压电效应。 （2）压电陶瓷得主要参数 1、介质损耗 介质损耗就是包括压电陶瓷在内得任何电介质得重要品质指标之一。在交变电场下,电介质所积蓄得电荷有两种分量:一种就是有功部分(同相),由电导过程所引起;另一种为无功部分(异相),由介质弛豫过程所引起。介质损耗就是异相分量与同相分量得比值,如图1 所示,为同相分量,为异相分量,与总电流I 得夹角为,其正切值为其中ω为交变电场得角频率,R 为损耗电阻,C 为介质电容。

图1 交流电路中电压电流矢量图(有损耗时) 2、机械品质因数 机械品质因数就是描述压电陶瓷在机械振动时,材料内部能量消耗程度得一个参数,它也就是衡量压电陶瓷材料性能得一个重要参数。机械品质因数越大,能量得损耗越小。产生能量损耗得原因在于材料得内部摩擦。机械品质因数得定义为: 机械品质因数可根据等效电路计算而得 式中为等效电阻(Ω), 为串联谐振角频率(Hz), 为振子谐振时得等效电容(F),为振子谐振时得等效电感。与其它参数之间得关系将在后续详细推导。 不同得压电器件对压电陶瓷材料得值得要求不同,在大多数得场合下(包括声波测井得压电陶瓷探头),压电陶瓷器件要求压电陶瓷得值要高。 3、压电常数 压电陶瓷具有压电性,即在其外部施加应力时能产生额外得电荷。其产生得电荷与施加得应力成比例,对于压力与张力来说,其符号就是相反得,电位移D(单位面积得电荷)与应力得关系表达式为: 式中Q 为产生得电荷(C),A 为电极得面积(m2),d 为压电应变常数(C/N)。在逆压电效应中,施加电场 E 时将成比例地产生应变S,所产生得应变S 就是膨胀还就是收缩,取决于样品得极化方向。 S=dE 两式中得压电应变常数d 在数值上就是相同得,即 另一个常用得压电常数就是压电电压常数g,它表示应力与所产生得电场得关系,或应变与所引起得电位移得关系。常数g 与 d 之间有如下关系: 式中为介电系数。在声波测井仪器中,压电换能器希望具有较高得压电应变常数与压电电压常数,以便能发射较大能量得声波并且具有较高得接受灵敏度。 4、机电耦合系数 当用机械能加压或者充电得方法把能量加到压电材料上时,由于压电效应与逆压电效应,机械能(或电能)中得一部分要转换成电能(或机械能)。这种转换得强弱用机电耦合系数k 来表示,它就是一个量纲为一得量。机电耦合系数就是综合反映压电材料性能得参数,它表示压

高性能纤维及复合材料

高性能纤维及复合材料 新材料全球交易网 （新材料全球交易网提供）高性能纤维及复合材料属于高分子复合材料，它是由各种高性能纤维作为增强体置于基体材料复合而成。其中高性能纤维是指有高的拉伸强度和压缩强度、耐磨擦、高的耐破坏力、低比重(g/m3) 等优良物性的纤维材料，它是近年来纤维高分子材料领域中发展迅速的一类特种纤维。 高分子复合材料与传统材料相比，具有更高的比强度、耐化学品和耐热冲击性，以及更大的设计灵活性。按照合成的原料不同，高性能纤维主要分为碳纤维、芳纶纤维、特殊玻璃纤维、超高分子聚乙烯纤维等，其中碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维是当今世界三大高性能纤维。 高性能纤维的发展是一个国家综合实力的体现，是建设现代化强国的重要物资基础。高性能纤维及复合材料是发展国防军工、航空航天、新能源及高科技产业的重要基础原材料，同时在建筑、通信、机械、环保、海洋开发、体育休闲等国民经济领域具有广泛的用途。 中国高性能纤维及复合材料自动铺带机工程化研制取得进展 人工、半自动人工铺放与自动铺放对比（资料图） 先进复合材料因比模量、比强度高，抗疲劳、耐腐蚀、可设计和工艺性好，成为飞机结构重要发展方向之一。轻质、高强、性能优异的高性能纤维及复合材料成为理想的结构用材，并逐渐从小型、简单、次承力结构向大型、复杂、主承力结构过渡。国外军机上复合材料用量普遍占结构重量的25%～50%；在民用领域，波音公司787飞机的复合材料用量达到50%，而A350XWB复合材料用量达到了创纪录的52%。 用于高性能纤维及复合材料结构制造的先进专用工艺装备在国外迅速发展，特别是基于预浸料的复合材料自动铺放设备，包括自动铺带机和铺丝机，已在国外最先进的战机和民机制造中得到广泛应用。这些先进铺放装备具有人工/半自动人

压电陶瓷参数整理

压电材料的主要性能参数 （1） 介电常数ε 介电常数是反映材料的介电性质，或极化性质的，通常用ε来表示。不同用途的压电陶瓷元器件对压电陶瓷的介电常数要求不同。例如，压电陶瓷扬声器等音频元件要求陶瓷的介电常数要大，而高频压电陶瓷元器件则要求材料的介电常数要小。 介电常数ε与元件的电容C ，电极面积A 和电极间距离t 之间的关系为 ε=C ·t/A 式中C ——电容器电容；A ——电容器极板面积；t ——电容器电极间距 当电容器极板距离和面积一定时，介电常数ε越大，电容C 也就越大，即电容器所存储电量就越多。由于所需的检测频率较低，所以ε应大一些。因为ε大，C 就相应大，电容器充放电时间长，频率就相应低。 (2)压电应变常数 压电应变常数表示在压电晶体上施加单位电压时所产生的应变大小： 31(/)t d m V U = 式中 U ——施加在压电晶片两面的压电； △t ——晶片在厚度方向的变形。 压电应变常数33d 是衡量压电晶体材料发射性能的重要参数。其值大，发射性能好，发射灵敏度越高。 （3）压电电压常数33g 压电电压常数表示作用在压电晶体上单位应力所产生的压电梯度大小： 31(m/N)P U g V P =? 式中 P ——施加在压电晶片两面的应力； P U —— 晶片表面产生的电压梯度，即电压U 与晶片厚度t 之比，P U =U/t 。 压电电压常数33g 是衡量压电晶体材料接收性能的重要参数。其值大，接收性能好，接收灵敏度高。 （4）机械品质因数 机械品质因数也是衡量压电陶瓷的一个重要参数。它表示在振动转换时材料内部能量消耗的程度。产生损耗的原因在于内摩擦。

m E E θ=储损 m θ值对分辨力有较大的影响。机械品质因数越大，能量的损耗越小，晶片持 续振动时间长，脉冲宽度大，分辨率低。 （5）频率常数 由驻波理论可知，压电晶片在高频电脉冲激励下产生共振的条件是: 0 22L L C t f λ== 式中 t ——晶片厚度；L λ——晶片中纵波波长；L C ——晶片中纵波的波速； 0f ——晶片固有频率。 则： 02 L t C N tf == 这说明压电片的厚度与固有频率的乘积是一个常数，这个常数叫做频率常数。因此，同样的材料，制作高频探头时，晶片厚度较小；制作低频探头时，晶片厚度较大。 （6）机电耦合系数K 机电耦合系数K 是综合反映压电材料性能的参数，它表示压电材料的机械能与电能之间的耦合效应。机电耦合系数可定义为 K =转换的能量输入的能力 探头晶片振动时，同时产生厚度方向和径向两个方向的伸缩变形，因此机电耦合系数分为厚度方向t K 和和径向p K 。t K 大，检测灵敏度高；p K 大，低频谐振波增多，发射脉冲变宽，导致分辨率降低，盲区增大。 （7）居里温度C T 压电材料与磁性材料一样，其压电效应与温度有关。它只能在一定的温度范围内产生，超过一定温度，压电效应就会消失。使压电材料的压电效应消失的温度称为压电材料的居里温度，用C T 表示。 探头对晶片的一般要求： （1） 机电耦合系数K 较大，以便获得较高的转换效率。

高性能纤维包括有机和无机高性能纤维两大类

高性能纤维 【摘要】本文主要介绍了几种高性能纤维的特性及应用与发展，认为高性能纤维的开发与应用前景十分广阔，加速高性能纤维工业化进程具有重大意义，对整个社会将带来很大的经济效益。 关键词：高性能纤维，分类，应用 高性能纤维 (High-Performance Fibers)是从20世纪60年代开始研发并推广的纤维材料，它的出现使传统纺织工业产生了巨大变革。所谓高性能纤维是指有高的拉伸强度和压缩强度、耐磨擦、高的耐破坏力、低比重(g/m3)等优良物性的纤维材料，它是近年来纤维高分子材料领域中发展迅速的一类特种纤维。高性能纤维可用于防弹服、蹦床布等特种织物的加工及纤维复合材料中的加固材料，其发展涉及许多不同的领域。 （一）高性能纤维的分类 高性能纤维包括有机和无机高性能纤维两大类。目前高性能纤维的代表品种主要有：有机纤维的对位芳纶(聚对苯二甲酰对苯二胺，也叫芳纶1414)、超高分子量聚乙烯、聚苯并双嗫唑纤维(PBO)；无机的碳纤维和高性能玻璃纤维等。本文主要分析和比较了玻璃纤维、碳纤维、超高强聚乙烯纤维、芳香族聚酰胺纤维、聚对苯撑苯并双恶唑(PBO)纤维、M5纤维等高性能纤维的特性以及它们的应用状况。 一、玻璃纤维 玻璃纤维是复合材料中最主要的增强材料，它由氧化硅与氯化铝等金属氧化物组成的无机盐类混合物经熔融而成，冷却固化可制得多种玻璃产品，熔融的玻璃经过喷丝小孔，拉制成玻璃长纤维，起始于30年代，用玻璃纤维增强塑料，当时称为玻璃钢的复合材料，最早出现于40年代，并在航空工业上得到应用。经过近七十年的发展，现在的玻璃纤维工业已经具有众多类型和牌号的玻璃纤维产品。 玻璃纤维的抗张强度较高，其直径越细强度也就越高，但很细的玻璃纤维纺丝难度极大，随之生产成本上升，所以目前高强度的玻璃纤维产量还比较低。今年来玻璃纤维增强复合材料得到很大的发展，世界总产量达到200多万吨，我国玻璃纤维复合材料的生产能力已达到20万吨左右。 一般玻璃纤维可用于以下三个只要领域，即绝缘、过滤和复合增强。增强材料目前已用于航天航空和产业用品，以取代笨重的金属部件。玻璃纤维也可用于船艇，浴缸和淋浴装置，风轮机刀片，加固管道，汽车和器件组件，印刷电路板，防虫纱门，产业用织物（包括房子覆盖物和屋顶盖板），密封垫片和贮油槽，过滤及绝缘器材。由于玻璃纤维强力高、耐热性好、耐化学腐蚀，而价格相对便宜，所以作为纤维增强材料将会得到更大的发展。 二、碳纤维 碳纤维是以聚丙烯腈纤维、粘胶纤维或沥青纤维为原丝，通过加热除去碳以外的其他一切元素制得的一种高强度、高模量纤维，它有很高的化学稳定性和耐高温性能，是高性能增强复合材料中的优良结构材料。 根据炭化温度的不同，碳纤维分为以下三种类型: 1.普通型(A型)碳纤维普通型(A型)碳纤维是指在900～1200。C下炭化得到的碳纤维。这种碳纤维强度和弹性模量都较低，一般强度小于107．7cN／tex，模量小于13462cN／tex。 2.高强度型(Ⅱ型或C型)碳纤维高强度型(1I型或C型)碳纤维是指在13001700。C下炭化得到的碳纤维。这种纤维强度很高，可达138．4～166．1cN／tex，模量约为13842～16610cN／tex。 3.高模量型(I型或B型)碳纤维高模量型(I型或B型)碳纤维又称石墨纤维，它是指在炭化后再经2500。C以上高温石墨化处理得到的碳纤维。这类碳纤维具有较高的强度，约为

碳纤维增强复合材料概述

碳纤维增强复合材料概述 摘要：本文对碳纤维增强复合材料进行了介绍，详细介绍了其优点和应用。并对碳纤维复合材料存在的问题提出建议。 关键字：碳纤维，复合材料，应用 Abstract: In this paper, the carbon fiber reinforced composite materials are introduced, its advantages and application was introduced in detail. And puts forward Suggestions on the problems existing in the carbon fiber composite materials. Key words: carbon fiber, composite materials, applications 1.碳纤维增强复合材料介绍 复合材料是将两种或两种以上不同品质的材料通过专门的成型工艺和制造方法复合而成的一种高性能新材料，按使用要求可分为结构复合材料和功能复合材料，到目前为止，主要的发展方向是结构复合材料，但现在也正在发展集结构和功能一体化的复合材料。通常将组成复合材料的材料或原材料称之为组分材料（constituent materials），它们可以是金属陶瓷或高聚物材料。对结构复合材料而言，组分材料包括基体和增强体，基体是复合材料中的连续相，其作用是将增强体固结在一起并在增强体之间传递载荷；增强体是复合材料中承载的主体，包括纤维、颗粒、晶须或片状物等的增强体，其中纤维可分为连续纤维、长纤维和短切纤维，按纤维材料又可分为金属纤维、陶瓷纤维和聚合物纤维，而目前用得最多的和最重要的是碳纤维[1]。 碳纤维是一种直径极细的连续细丝材料，直径范围在6～8 μm 内，是近几十年发展起来的一种新型材料。目前用在复合材料中的碳纤维主要有两大类：聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维，分别用聚丙烯腈原丝（称之为前驱体）、沥青原丝通过专门而又复杂的碳化工艺制备而得。通过碳化工艺，使纤维中的氢、

压电陶瓷的测试--

第二章压电陶瓷测试 2.4 NBT基陶瓷的极化与压电性能测试 2.4.1 NBT基陶瓷的极化 1. 试样的制备 为对压电陶瓷进行极化和性能测试，烧结后的陶瓷需要进行烧银处理。烧银就是在陶瓷的表面上涂覆一层具有高导电率，结合牢固的银薄膜作为电极。电极的作用有两点：（1）为极化创造条件，因为陶瓷本身为强绝缘体，而极化时要施加高压电场，若无电极，则极化不充分；（2）起到传递电荷的作用，若无电极则在性能测试时不能在陶瓷表面积聚电荷，显示不出压电效应。 首先将烧结后的圆片状样品磨平、抛光，使两个平面保持干净平整。然后在样品的表面涂覆高温银浆（武汉优乐光电科技有限公司生产，型号：SA-8021），并在一定温度干燥。将表面涂覆高温银浆的样品放入马弗炉进行处理，慢速升温到320~350℃，保温15min 以排除银浆中的有机物，快速升温到820℃并保温15min后随炉冷却，最后将涂覆的银电极表面抛光。 2. NBT基压电材料的极化 利用压电材料正负电荷中心不重合，对烧成后的压电陶瓷在一定温度、一定直流电场作用下保持一定的时间，随着晶粒中的电畴沿着电场的择优取向定向排列，使压电陶瓷在沿电场方向显示一定的净极化强度，这一过程称为极化[70]。极化是多晶铁电、压电陶瓷材料制造工艺中的重要工序，压电陶瓷在烧结后是各向同性的多晶体，电畴在陶瓷体中的排

列是杂乱无章的，对陶瓷整体来说不显示压电性。经过极化处理后，陶瓷转变为各向异性的多晶体，即宏观上具有了极性，也就显示了压电性。 对于不同类型的压电陶瓷，进行合适的极化处理才能充分发挥它们最佳的压电特征。决定极化条件的三个因素为极化电压、极化温度和极化时间。为了确定NBT基压电材料的最佳极化条件，本文采用硅油浴高压极化装置（华仪电子股份有限公司生产，型号：7462）详细研究了样品的极化行为，并确定了最佳的极化条件。 2.4.2 NBT基陶瓷的压电性能测试 1．压电振子及其等效电路 图2.11 压电振子的等效电路 利用压电材料的压电效应，可以将其按一定取向和形状制成有电极的压电器件。输入电讯号时，若讯号频率与器件的机械谐振频率f r一致，就会使器件由于逆压电效应而产生机械谐振，器件的机械谐振又可以由于正压电效应而输出电讯号，这种器件称为压电振子，广泛用于制作滤波器、谐振换能器件和标准频率振子。在其谐振频率附近的电特征可用图2.11来表示，它由电容C1，电感L1和电阻R1的串连支路与电容C0并联而成，在谐振频率附近可以认为这些参数与频率无关。 2．压电材料的性能测试 压电参数的测量以电测法为主。电测法可分为动态法、静态法和准静态法。动态法是

高性能纤维复合材料

9月11日作业： 1、说明复合材料的发展历史 复合材料的历史一般可分为两个阶段，即早期复合材料和现代复合材料。早期复合材料的历史较长，很多实例散见于现存的历史遗迹中，并且多少可以从中发现现代复合材料的思想萌芽，最具有代表性的例子是中国古代发明的漆器。现代复合材料只有60多年的历史，它的主要特征是基体采用合成材料。1940年，世界上第一次用玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂制造了军用飞机雷达罩。1942年，用手糊工艺制造第一艘玻璃钢渔船。 至20世纪60～70年代，玻璃纤维增强塑料制品已经广泛运用于航空、机械、化学、体育和建筑工业中。20世纪50～60年代相继开发了硼纤维、碳纤维和芳纶纤维。20世纪70年代，开发了耐热性更高的氧化铝纤维和碳化硅纤维，还开发了各种晶须，使现代复合材料的性能向耐热、高韧性和多功能方向发展，被称为第三代现代复合材料。近年来开发了宏观—微观复合为一体的各种新型复合材料，例如20世纪80年代后期出现了功能梯度复合材料，也被称为最先进复合材料。 2、请简要介绍复合材料的应用 （1）在建筑上的应用 复合材料在建筑上可作为结构材料、装饰材料、功能材料以及用来制造各种卫生洁具和水箱等。 （2）在陆上交通的运用 主要应用于汽车行业。目前尚处于汽车部件的替代阶段，包括内装饰件、外装饰件和机能结构件。 （3）在船舶和近海工程上的应用 船舶和近海工程上也主要采用玻璃纤维增强塑料，据统计每年要消耗30万吨以上，占世界复合材料总用量的10%以上。 （4）在防腐工程上的应用 玻璃纤维增强塑料良好的防腐性能使之在防腐工程上得到最广泛的应用，消费量也占到复合材料总用量的10%以上。化学工业生产中，从原材料、生产过程中的各类物资，直至最后的成品，往往都具有不同程度的，甚至很强的腐蚀性，因此防腐设备的用量最大，包括各类贮罐、塔器、管道、槽车等。除化工防腐外，油田的输油管、污水管、环保设备中大都采用玻璃纤维增强塑料。 （5）在电气/电子工业上的应用 在电气/电子工业上的应用主要是利用玻璃纤维增强塑料的良好电绝缘性能和良好的绝热性能，用于电力工业的输配电设备、各类绝缘构架和操作器械。 （6）在航空航天和国防军工上的应用 复合材料的高比刚度和比强度，使它成为航空航天中非常理想的材料，因为减重在这里将带来非常大的效益，也因此碳纤维复合材料成为主要的选择。兼要其他功能时也采用其他纤维或混杂纤维。 3、复合材料具有的优点和缺点有哪些？ 优点： （1）高比强度、高比模量 （2）良好的高温性能 （3）良好的尺寸稳定性 （4）良好的化学稳定性 （5）良好的抗疲劳、蠕变、冲击和断裂韧性 （6）良好的功能性能

土木工程用高性能纤维复合材料制备及应用关键技术项目简介

附件1 《土木工程用高性能纤维复合材料 制备及应用关键技术》项目简介 土木工程用高性能纤维增强复合材料(High Performance Fiber Reinforced Polymer，简称HP-FRP)主要指以碳纤维、高性能玻璃纤维增强的树脂基复合材料（即CFRP和HP-GFRP），具有高强、轻质、耐久、可设计等优点，能满足土木工程提高结构的安全性与耐久性、延长使用寿命的迫切需求。 上世纪90年代，在我国土木工程用HP-FRP的技术领域，缺少满足要求的产品、缺少专用技术装备、缺少相关标准。1996年，本项目组率先在国内开展了CFRP加固混凝土结构关键技术的研究，并先后承担完成了863计划、国家科技支撑计划、国家自然科学基金重点项目等11项国家级科技项目。1998年完成了国内首个应用示范项目，并开始编制首部FRP材料及应用技术标准，1999年率先研发成功了具有自主知识产权的结构加固补强用织物及配套树脂，2000年率先研发成功了第一代土木工程用HP-FRP板、筋成套技术装备，填补了国内空白。随后，项目组持续开展土木工程用HP-FRP 的相关制备技术、产品和装备的研发，不断更新换代；2005年，研发出了拉挤－缠绕装备，能生产2600MPa级CFRP筋

材；2012年，在国际上首创了拉挤－缠绕－绞合一体化连续生产装备，能高效、稳定、低成本的生产ＣFRP绞线产品。项目组在HP-FRP制品与制造装备方面实现重大突破，产品出口到20多个国家和地区，技术水平和市场占有率均居国内首位。 此外，在HP-FRP结构加固技术和新型结构技术的研究中取得新突破，相继建成国内首座CFRP拉索斜拉桥、国内首栋CFRP悬挂建筑、国内首个万米级全FRP工业防腐平台、国内首个全FRP桁架桥，为HP-FRP在土木工程中应用起到了重要的示范作用，奠定了其大规模工程应用的技术基础。在中国有3000多家专业公司采用了本项目的研究成果。 项目组研发了5类HP-FRP材料、3大系列6个品种65个型号的专用制造装备，获得9件国内发明专利、31件实用新型专利、1项国家级工法，3项专有技术；主编国家标准4部、行业标准6部；出版专著5部，发表论文254篇，其中SCI收录11篇，EI收录57篇，中文核心180篇，研究论著在国内外主要期刊数据库中被他人引用共5001次，得到国内外同行的高度评价，并被美国国家标准引用，取得了多项国际领先水平的技术成果。 主要创新性成果： (1) 为确保通常HP-FRP制品生产中数百根纤维束的“直、匀、齐”，自主研发了恒张力控制、稀纬定纹等HP-FRP

压电陶瓷材料的主要性能及参数精选文档

压电陶瓷材料的主要性 能及参数精选文档 TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8-

压电陶瓷材料的主要性能及参数 自由介电常数εT33（free permittivity） 电介质在应变为零（或常数）时的介电常数，其单位为法拉/米。 相对介电常数εTr3（relative permittivity） 介电常数εT33与真空介电常数ε0之比值，εTr3=εT33/ε0，它是一个无因次的物理量。 介质损耗（dielectric loss） 电介质在电场作用下，由于电极化弛豫过程和漏导等原因在电介质内所损耗的能量。 损耗角正切tgδ（tangent of loss angle） 理想电介质在正弦交变电场作用下流过的电流比电压相位超前90 0，但是在压电陶瓷试样中因有能量损耗，电流超前的相位角ψ小于900，它的余角δ（δ+ψ=900）称为损耗角，它是一个无因次的物理量，人们通常用损耗角正切tgδ来表示介质损耗的大小，它表示了电介质的有功功率（损失功率）P与无功功率Q之比。即： 电学品质因数Qe（electrical quality factor） 电学品质因数的值等于试样的损耗角正切值的倒数，用Qe表示，它是一个无因次的物理量。若用并联等效电路表示交变电场中的压电陶瓷的试样，则Qe=1/ tgδ=ωCR 机械品质因数Qm（mechanical quanlity factor） 压电振子在谐振时储存的机械能与在一个周期内损耗的机械能之

比称为机械品质因数。它与振子参数的关系式为： 泊松比（poissons ratio） 泊松比系指固体在应力作用下的横向相对收缩与纵向相对伸长之比，是一个无因次的物理量，用δ表示： δ= - S 12 /S11 串联谐振频率fs（series resonance frequency） 压电振子等效电路中串联支路的谐振频率称为串联谐振频率，用f s 表示，即 并联谐振频率fp（parallel resonance frequency） 压电振子等效电路中并联支路的谐振频率称为并联谐振频率，用f p 表示，即f p = 谐振频率fr（resonance frequency） 使压电振子的电纳为零的一对频率中较低的一个频率称为谐振频率，用f r 表示。 反谐振频率fa（antiresonance frequency） 使压电振子的电纳为零的一对频率中较高的一个频率称为反谐振频率，用f a 表示。 最大导纳频率fm（maximum admittance frequency） 压电振子导纳最大时的频率称为最大导纳频率，这时振子的阻抗最小，

复合材料的性能和应用

摘要：近年来，各种复合材料制备技术日益更新，从陶瓷基复合材料、金属基复合材料到聚合物基复合材料，各种制备技术都得到了很大改善，使得复合材料的性能和应用得到了显著提高。本文综述陶瓷基复合材料、金属基复合材料、聚合物基复合材料等几种重要的研究方法以及应用。 关键词：先进，复合材料，制造技术。 正文：一·陶瓷基复合材料 工程陶瓷的开发是目前国内外甚为重视的新型材料研究领域。纯陶瓷材料因其脆性，不能满足苛刻条件下的使用要求。因此，目前广泛采取增韧技术来提高陶瓷的使用性能。纤维和晶须增韧陶瓷是一类有效的方法。用纤维来增韧陶瓷的技术是十年代以后开始的，最初是用碳纤维增强陶瓷，八十年代以来又开发了用陶瓷纤维和晶须增韧陶瓷，增韧效果不断取得进展，增韧技术也不断有所创新。连续纤维增强陶瓷基复合材料是最有前途的高温结构材料之一，以其优异的高韧性、高强度得到世界各国的高度重视。 连续纤维补强陶瓷基复合料(Continuous Fiber Reinforced Ceramic Matrix Composites，简称CFCC)是将耐高温的纤维植入陶瓷基体中形成的一种高性能复合材料。由于其具有高强度和高韧性，特别是具有与普通陶瓷不同的非失效性断裂方式，使其受到世界各国的极大关注。连续纤维增强陶瓷基复合材料已经开始在航天航空、国防等领域得到广泛应用.20世纪70年代初，科学家在连续纤维增强聚合物基复合材料和纤维增强金属基复合材料研究基础上，首次提出纤维增强陶瓷基复合材料的概念，为高性能陶瓷材料的研究与开发开辟了一个方向。随着纤维制备技术和其它相关技术的进步，人们逐步开发出制备这类材料的有效方法，使得纤维增强陶瓷基复合材料的制备技术日渐成熟。 由于纤维增强陶瓷基复合材料有着优异的高温性能、高韧性、高比强、高比模以及热稳定性好等优点，能有效地克服对裂纹和热震的敏感性[5-6]，因此，在重复使用的热防护领域有着重要的应用和广泛的市场。连续纤维增韧陶瓷基复合材料具有类似金属的断裂行为，对裂纹不敏感，不会发生灾难性破坏。其耐高温和低密度特性，使其成为发展先进航空发动机、火箭发动机和空天飞行器防热结构的关键材料。 二·金属基复合材料 金属基复合材料具有比强度高，比刚度高，耐热，耐磨，导热，导电，尺寸稳定等优点，是一种很有发展前途的新材料，金属基复合材料广泛应用于制造航空抗天零部件，也用于制造各种民用产品。 按基体分，金属基复合材料分为：铝基、镁基、钛基、锌基、铁基、铜基等金属基复合材料；按增强材料分，可分为：纤维增强金属基复合材料；其纤维有C、SiC、Si3N4、B4C、Al2O3等纤维；粒子增强金属基复合材料，增强粒子有：Al2O3、TiC、SiC、Si3N4、BN、SiC、MgO等。 纤维增强金属基复合材料的制造方法： （1）叠层加压法：工艺过程是：将金属（合金）箔片或纤维增强金属片按要求剪裁，并一层一层的进行叠层，然后加热加压进行成型和连接，一般是在真空或气体中进行。适于这种方法的材料有铝、钛、铜、高温合金，其增强纤维随需要而定。为了改善连接性能，有事在两片之间加入中间金属或在待连接表面涂覆或沉积一层中间金属。 （2）辊轧成型连接法：其主要的基材是铝、钛箔片，增强纤维主要是B、C、SiC、Si3N4等，有时在基材表面要涂覆一层低熔点的中间金属，增强纤维表面要预先浸沾铝或经物理气相沉积（PVI）、化学气相沉积（CVI）处理。 （3）钎焊法：在增强纤维与基材之间加入箔状、粉末状或膏状的钎料，经真空钎焊或保护钎焊而成。钎焊法可以制造管材、型材、叶片等。 （4）热等静压法：如图2所示，其工艺过程是：将纤维与基材进行叠层并装入一模具中，

高性能有机纤维增强复合材料的界面性能研究

高性能有机纤维增强复合材料的界面性能 研究 201001130606 高同舜

高性能有机纤维增强复合材料的界面性能研究 摘要：为了改善超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维、芳纶纤维增强树脂基复合材 料的界面粘结性能，本文从树脂基体入手，依据相似相容原理和纤维的结构特点开发出两种新型热固性树脂—PCH 树脂和AFR 树脂，分别用作UHMWPE 纤维复合材料和芳纶复合材料的基体，以未经表面处理的纤维作增强材料，采用热压成型法制备了UHMWPE 纤维/PCH 和芳纶/AFR 复合材料，并通过测定接触角、层间剪切强度(ILSS)、横向拉伸强度和扫描电镜观察形貌等方法研究了复合材料 的界面粘结性能。结果表明：UHMWPE 纤维和PCH 树脂浇注体的溶度参数相近，PCH 树脂溶液在UHMWPE 纤维表面的接触角为15.6°，说明对其具有良 好的浸润性；UHMWPE/PCH 复合材料的ILSS 和单丝拔出强度分别为42.6MPa 和21.8MPa，均远大于UHMWPE/环氧树脂(EP)复合材料的相应强度，扫描电镜分析也表明UHMWPE 纤维增强PCH树脂基复合材料具有优异的界面粘结性能。AFR 树脂溶液与芳纶纤维的接触角为42.8°，而EP 与芳纶的接触角为68°，说明AFR 树脂对芳纶的润湿性优于EP；芳纶/AFR 复合材料的ILSS、横向拉伸强度和纵向拉伸强度分别为74.6MPa、25.3MPa、2256 MPa，比芳纶/EP 复合材料的相应强度分别提高了28.7%、32.5%和13.4%，其复合材料破坏面的形貌也 说明芳纶与AFR 树脂之间的界面粘结性能较好。 Abstract:In order to improve the interfacial adhesion of UHMWPE fiber and aramid fiber reinforced polymer matrix composites, two new thermosetting resin systems (PCH and AFR) have been developed according to law of similar mutual solubility and the structural characteristics of fibers. The adhesion properties of UHMWPE fiber/PCH and aramid /AFR composites were investigated by the methods of the contact angle, interlaminar shear strength, transverse tensile strength and scanning electron croscopy etc. Test results show that a strong interaction occurs between fibers and the matrix due to the structural and polar similarity. In the case of slight ifference between solubility parameters of UHMWPE fiber and cured PCH resin, it is found that the wettability of PCH resin on surface of the fiber can be improved and UHMWPE /PCH composite has excellent transverse tensile strength, interlaminar shear strength and the pull-out strength together with the outstanding interfacial bond property. The contact angle (42.8 °) between AFR resin and aramid fiber is smaller than the contact angle (68°) between the epoxy resin (EP) and aramid fibers. Therefore, the AFR resin had better wettability with the aramid fibers. The nterlaminar shear strength, transverse tensile strength and longitudinal tensile trength of aramid/AFR composite are respectively 74.6 MPa, 25.3MPa and 2256 MPa, increasing by 28.7%, 32.5% and 13.4% respectively compared with aramid fibers/EP composite. According to the SEM photograph of aramid fibers/AFR composite, AFR resin had good interface bonding performance with aramid fibers . 关键词：超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维芳纶纤维复合材料界面粘结性Keywords: UHMWPE fiber; aramid fiber; composites; interfacial adhesion