复合材料

　　(一)复合材料组成、分类和特点

　　1.复合材料的组成

　　复合材料中至少包括基体相和增强相两大类。基体相起黏结、保护增强相并把外加荷载造成的应力传递到增强相上去的作用，基体相可以由金属、树脂和陶瓷等构成，在承载中，基体相承受应力作用的比例不大;增强相是主要承载相，并起着提高强度(或韧性)的作用，增强相的形态各异，有纤维状、细粒状和片状等。

　　2.复合材料的分类

　　工程上开发应用较多的是纤维增强复合材料。通常有如下分类方法。

　　(1)按基体材料类型可分为树脂基、无机非金属材料基和金属基复合材料三大类。

　　(2)按增强体类型可分为颗粒增强型、纤维增强型和板状增强型复合材料三大类。

　　(3)按用途可分为结构复合材料与功能复合材料两大类。结构复合材料指以承受荷载为主要目的，作为受力结构使用的复合材料，功能复合材料指具有除力学性能以外其他物理性能的复合材料，即具有各种电学性能、磁学性能、光学性能、热学性能、声学性能、摩擦性能、阻尼性能以及化学分离性能等的复合材料。

　　(4)按增强纤维类型分为碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料、有机纤维复合材料、复合纤维复合材料和混杂纤维复合材料等。

　　3.复合材料的特点

　　与普通材料相比，复合材料具有许多特性，具体表现在：

　　(1)高比强度和高比模量。复合材料的突出优点是比强度和比模量高。如碳纤维增强树脂复合材料的比模量比钢和铝台金高五倍，比强度高三倍以上。

　　(2)耐疲劳性高。纤维复合材料，特别是树脂基复合材料对缺口、应力集中敏感性小，而且纤维和基体的界面可以使扩展裂纹尖端变钝或改变方向，即阻止了裂纹的迅速扩展，因而疲劳强度较高，碳纤维不饱和聚酯树脂复合材料疲劳极限可达其拉伸强度的70%～80%，而金属材料只有40%～50%。

　　(3)抗断裂能力强。纤维复合材料中有大量独立存在的纤维，一般每平方厘米上有几千到几万根，由具有韧性的基体把它们结合成整体，当纤维复合材料构件由于超载或其他原因使少数纤维断裂时，荷载就会重新分配到其他未断裂的纤维上，使构件不至于在短时间内发生突然破坏。因此复合材料都具有比较高的抗断裂韧性。

　　(4)减振性能好。结构的自振频率与结构本身的质量和形状有关，并与材料比模量的平方根成正比。若材料的自振频率高，就可避免在工作状态下产生共振及由此引起的早期破坏。

　　(5)高温性能好，抗蠕变能力强。由于纤维材料在高温下仍能保持较高的强度，所以纤维增强复合材料，如碳纤维增强树脂复合材料的耐热性比树脂基体有明显提高。而金属基复合材料在耐热性方面更显示出其优越性，如铝合金的强度随温度的增加下降得很快，而用石英玻璃增强铝基复合材料，在500℃下能保持室温强度的40%。碳化硅纤维、氧化铝纤维与陶瓷复合，在空气中能耐1200～1400℃高温，要比所有超高温合金的耐热性高出100℃以上。

　　(6)耐腐蚀性好。很多种复合材料都能耐酸碱腐蚀，如玻璃纤维增强酚醛树脂复合材料，在含氯离子的酸性介质中能长期使用，可用来制造耐强酸、盐、酯和某些溶剂的化工管道、泵、阀、容器和搅拌器等设备。

　　(7)较优良的减摩性、耐磨性、自润滑性和耐蚀性。由于复合材料构件制造工艺简单，表现出良好的工艺性能，所以适合整体成型。在制造复合材料的同时，也就获得了制件，从而减少了零部件、紧固件和接头的数目，并可节省原材料和工时。

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