【高新金属材料 2】浅说复合材料

发布时间:2019年6月17日 来源:中国有色金属报 作者:王祝堂
新闻导读: 随着技术的进步与发展,新产品层出不穷,单一的金属、陶瓷、高分子材料难以满足当代高新技术应用领域对材料性能日益投高的要求。

 

随着技术的进步与发展,新产品层出不穷,单一的金属、陶瓷、高分子材料难以满足当代高新技术应用领域对材料性能日益投高的要求。为了克服这一缺点,人们越来越多地根据零部件的功能要求和工况条件,设计和选择两种或多于两种化学、物理性能不同的材料按一定方式、比例、分布结合为一种性能大为改善的、有竞争力的新材料,这就是复合材料。复合材料已广泛应用于航空、航天、国防军工、机械装备、石油化工、建筑结构、船舶舰艇、体育器材等领域。如用高强度、高模量硼纤维、碳(石墨)纤维增强的铝基、镁基复合材料,既保留了铝、镁合金的轻质、导热、导电性能,又充分发挥了增强纤维的高强度、高模量特性,获得了高比模量、高比强度复合材料,在航空航天器结构上获得了成功应用;硼纤维增强铝基复合材料制的航天器主舱框架比铝合金制的质量轻44%。复合材料与其他材料的比强度及比模量对比见图1。

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                        图1 复合材料与其他材料比强度与比模量对比

   复合材料的定义与命名

   按国际标准化组织(IOFS)对复合材料的定义,是由两种或两种以上物理和化学性能不同的物质组合而成的一种多相固体材料,可见它应满足下列条件:

   ●必须是人造的,是科学家根据需要设计制备的;

   ●必须由≥2种化学、物理性能不同的材料组分,以所设计的形式、比例、分布组合而成,各组分之间有鲜明的界限;

   ●具有结构可设计性,可进行复合结构设计;

   ●不仅保持各组分材料性能的优点,而且通过组分性能的取长补短,达到了单一材料无法达到的优异综合性能。

   满足这些条件的材料皆可称为复合材料,可见复合材料的性能就取决于选用组成材料的性能、相互比例、分布方式和界面结构。通过优化设计、选择和控制材料的组分、分布、比例、界面结构,及合理的复合制造技术,可以制出具有优秀综合性能、性能范围广、价格合理的新材料,满足各种特殊的需要,更合理与经济地使用材料。

   技术界将复合材料中组分分为基体和增强物(体),通常将连续分布的组分称为基地,如聚合物(树脂)基体、金属基体、陶瓷基体,将纤维、晶须、颗粒、石墨烯等称为增强物。不同的基体和增强物可组合成成千上万种品种繁多的复合材料。

   在世界各国还没有对复合材料有统一的名称和命名方法当今,通常根据增强体和基体名称命名:强调基体时以基体材料名称为主,如树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等;强调增强体时则以增强体名称为主,如玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、陶瓷颗粒增强复合材料等;基体材料与增强体材料名称并用,常用以表示某种具体材料名称,习惯上把增强体材料名称放在前面,基体材料名称置于后,如碳纤维增强铝基复合材料,或者简称为碳纤维/铝复合材料。

责任编辑:陈岩