復合材料

　　(一)復合材料組成、分類和特點

　　1.復合材料的組成

　　復合材料中至少包括基體相和增強相兩大類。基體相起黏結、保護增強相并把外加荷載造成的應力傳遞到增強相上去的作用，基體相可以由金屬、樹脂和陶瓷等構成，在承載中，基體相承受應力作用的比例不大;增強相是主要承載相，并起著提高強度(或韌性)的作用，增強相的形態各異，有纖維狀、細粒狀和片狀等。

　　2.復合材料的分類

　　工程上開發應用較多的是纖維增強復合材料。通常有如下分類方法。

　　(1)按基體材料類型可分為樹脂基、無機非金屬材料基和金屬基復合材料三大類。

　　(2)按增強體類型可分為顆粒增強型、纖維增強型和板狀增強型復合材料三大類。

　　(3)按用途可分為結構復合材料與功能復合材料兩大類。結構復合材料指以承受荷載為主要目的，作為受力結構使用的復合材料，功能復合材料指具有除力學性能以外其他物理性能的復合材料，即具有各種電學性能、磁學性能、光學性能、熱學性能、聲學性能、摩擦性能、阻尼性能以及化學分離性能等的復合材料。

　　(4)按增強纖維類型分為碳纖維復合材料、玻璃纖維復合材料、有機纖維復合材料、復合纖維復合材料和混雜纖維復合材料等。

　　3.復合材料的特點

　　與普通材料相比，復合材料具有許多特性，具體表現在：

　　(1)高比強度和高比模量。復合材料的突出優點是比強度和比模量高。如碳纖維增強樹脂復合材料的比模量比鋼和鋁臺金高五倍，比強度高三倍以上。

　　(2)耐疲勞性高。纖維復合材料，特別是樹脂基復合材料對缺口、應力集中敏感性小，而且纖維和基體的界面可以使擴展裂紋尖端變鈍或改變方向，即阻止了裂紋的迅速擴展，因而疲勞強度較高，碳纖維不飽和聚酯樹脂復合材料疲勞極限可達其拉伸強度的70%～80%，而金屬材料只有40%～50%。

　　(3)抗斷裂能力強。纖維復合材料中有大量獨立存在的纖維，一般每平方厘米上有幾千到幾萬根，由具有韌性的基體把它們結合成整體，當纖維復合材料構件由于超載或其他原因使少數纖維斷裂時，荷載就會重新分配到其他未斷裂的纖維上，使構件不至于在短時間內發生突然破壞。因此復合材料都具有比較高的抗斷裂韌性。

　　(4)減振性能好。結構的自振頻率與結構本身的質量和形狀有關，并與材料比模量的平方根成正比。若材料的自振頻率高，就可避免在工作狀態下產生共振及由此引起的早期破壞。

　　(5)高溫性能好，抗蠕變能力強。由于纖維材料在高溫下仍能保持較高的強度，所以纖維增強復合材料，如碳纖維增強樹脂復合材料的耐熱性比樹脂基體有明顯提高。而金屬基復合材料在耐熱性方面更顯示出其優越性，如鋁合金的強度隨溫度的增加下降得很快，而用石英玻璃增強鋁基復合材料，在500℃下能保持室溫強度的40%。碳化硅纖維、氧化鋁纖維與陶瓷復合，在空氣中能耐1200～1400℃高溫，要比所有超高溫合金的耐熱性高出100℃以上。

　　(6)耐腐蝕性好。很多種復合材料都能耐酸堿腐蝕，如玻璃纖維增強酚醛樹脂復合材料，在含氯離子的酸性介質中能長期使用，可用來制造耐強酸、鹽、酯和某些溶劑的化工管道、泵、閥、容器和攪拌器等設備。

　　(7)較優良的減摩性、耐磨性、自潤滑性和耐蝕性。由于復合材料構件制造工藝簡單，表現出良好的工藝性能，所以適合整體成型。在制造復合材料的同時，也就獲得了制件，從而減少了零部件、緊固件和接頭的數目，并可節省原材料和工時。

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