复合材料的发展前景,发展与应用

复合材料的发展及应用

随着科学技术迅速发展，特别是尖端科学技术的突飞猛进，对材料性能提出越来越高,越来越严和越来越多的要求。在许多方面，传统的单一材料已不能满足实际需要。这时候复合材料就出现在了这百家争鸣的舞台上。

基本概论

复合材料是由两种或两种以上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。此定义来自ISO。在复合材料中，通常有一相为连续相，称为基体；另一相为分散相，称为增强材料。从上述定义中可以看出，复合材料是两个或多个连续相与一个或多个分散相在连续相中的复合，复合后的产物为固体时才称为复合材料。所以我们可根据增强材料与基体材料的名称来给复合材料命名，增强基体复合材料。如：玻璃钎维环氧树脂复合材料，可写作玻璃/环氧复合材

料。

分类与性能

按增强材料形态分类可分为（1）连续纤维复合材料；（2）短纤维复合材料；（3）粒状填料复合材料；（4）编织复合材料。按增强纤维种类分类可分为（1)玻璃纤维复合材料；（2）碳纤维复合材料；（3）有机，金属，陶瓷纤维复合材料。在此篇文章中主要讨论以基体材料分类的几种复合材料。1.聚合物基复合材料——比强度，比模量大；耐疲劳性好；减震性好；过载时安全性好；具有多种功能性；

有很好的加工工艺性。2金属基复合材料——高比强度，高比模量；导热，导电性能；热膨胀系数小，尺寸稳定性好；良好的高温性能；耐磨性好；良好的疲劳性能和断裂韧性；不吸潮，不老化，气密性好。此外还有陶瓷，水泥基复合材料，都有与上类似的特点。

基体材料

一：金属材料

选择基体的原则：使用要求，组成特点，基体金属与增强物的相

容性。

结构复合材料的基体：450℃以下的轻金属基体（“铝基和镁基”用于航天飞机，人造卫星，空间站，汽车发动机零件，刹车盘等）；450-700℃的复合材料的金属基体（“钛合金”用于航天发动机）；1000℃以上的高温复合材料的金属基体（“镍基，铁基耐热合金和金属间化合物”用于燃气轮机）。

二：陶瓷材料

陶瓷是金属和非金属元素的固体化合物，其键合为共价键或离子键，与金属不同，它们不含有大量的电子。一般而言，陶瓷具有比金属更高的熔点和硬度，化学性质非常稳定，耐热性，抗老化性皆佳。常用的陶瓷基体主要包括玻璃（无机材料高温烧结），玻璃陶瓷，氧化物陶瓷（MgO，Al2O3，SiO2，莫来石等），非氧化物陶瓷（氮化物，碳化物，硼化物和硅化物等）。

三：聚合物材料

聚合物材料是指由许多相同的、简单的结构单元通过共价键重复连接而成的高分子量(通常可达10～106)化合物。

聚合物基体是FRP的一个必须组份。在复合材料成型过程中,基体经过复杂的物理，化学变化过程与增强切纤维复合成，具有一定形状的整体。因而整体性能直接影响复合材料性能。

基体的作用，主要包括以下四个部分。1.将纤维粘合成整体，并使纤维位置固定，在纤维间传递载荷，并使载荷均衡。2.基体决定复合材料的一些性能，如符合材料的高温使用性能（耐热性），横向性能，剪切性能，耐介质性能（如赖水赖化学品性能等）。3.基体局定复合材料成型工艺方法以及工艺参数选择等。4.基体保护纤维，免受各种损伤。

应用

复合材料优异的耐腐蚀性、高强度与抗冲击性使其在航空航天、建筑、防腐、管道、水处理等领域广泛应用。近年来复合材料的应用领域更加广阔在汽车、新能源、桥梁建筑等市场大显身手。

航空航天——先进复合材料用于加工主承力结构和次承力结构、其刚度和强度性能相当于或超过铝合金的复合材料。目前被大量地应用在飞机机身结构制造上和小型无人机整体结构制造上。凭借比强度高,比模量高,耐疲劳与耐腐蚀性好,阻噪能力强的优点,树脂基复合材料在航空发动机冷端部件(风扇机匣、压气机叶片、进气机匣等)

和发动机短舱、反推力装置等部件上得到广泛应用。

建筑领域——复合材料桥相比于传统的钢铁和混凝土结构性能更佳、寿命更长。相对于钢铁和混凝土结构复合材料使用寿命可以超过100年几乎是传统桥梁的两倍。

汽车——主要使用玻璃纤维增强塑料（热固性和热塑性塑料）用作车身，发动机室内零部件，车顶和进气路管；碳纤维复合材料近年来也日益增多的用于汽车车上，比如车身外板，车门，进气路管和活门等。

复合材料的出现和发展是现代科学技术不断进步的结果，也是材料设计方面的一个突破。它综合了各种材料如纤维,树脂,橡胶,金属,陶瓷等的优点。按需要设计,复核成为综合性能优异的新型材料。可以预言，如果用材料作为历史分期的依据，那么21世纪将是复合材料的时代。