復(fù)合材料

　　(一)復(fù)合材料組成、分類和特點(diǎn)

　　1.復(fù)合材料的組成

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

　　2.復(fù)合材料的分類

　　工程上開發(fā)應(yīng)用較多的是纖維增強(qiáng)復(fù)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(jī)非金屬材料基和金屬基復(fù)合材料三大類。

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

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

　　(4)按增強(qiáng)纖維類型分為碳纖維復(fù)合材料、玻璃纖維復(fù)合材料、有機(jī)纖維復(fù)合材料、復(fù)合纖維復(fù)合材料和混雜纖維復(fù)合材料等。

　　3.復(fù)合材料的特點(diǎn)

　　與普通材料相比，復(fù)合材料具有許多特性，具體表現(xiàn)在：

　　(1)高比強(qiáng)度和高比模量。復(fù)合材料的突出優(yōu)點(diǎn)是比強(qiáng)度和比模量高。如碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料的比模量比鋼和鋁臺(tái)金高五倍，比強(qiáng)度高三倍以上。

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

　　(3)抗斷裂能力強(qiáng)。纖維復(fù)合材料中有大量獨(dú)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(jié)合成整體，當(dāng)纖維復(fù)合材料構(gòu)件由于超載或其他原因使少數(shù)纖維斷裂時(shí)，荷載就會(huì)重新分配到其他未斷裂的纖維上，使構(gòu)件不至于在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生突然破壞。因此復(fù)合材料都具有比較高的抗斷裂韌性。

　　(4)減振性能好。結(jié)構(gòu)的自振頻率與結(jié)構(gòu)本身的質(zhì)量和形狀有關(guān)，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(tài)下產(chǎn)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(qiáng)。由于纖維材料在高溫下仍能保持較高的強(qiáng)度，所以纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，如碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料的耐熱性比樹脂基體有明顯提高。而金屬基復(fù)合材料在耐熱性方面更顯示出其優(yōu)越性，如鋁合金的強(qiáng)度隨溫度的增加下降得很快，而用石英玻璃增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，在500℃下能保持室溫強(qiáng)度的40%。碳化硅纖維、氧化鋁纖維與陶瓷復(fù)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(fù)合材料都能耐酸堿腐蝕，如玻璃纖維增強(qiáng)酚醛樹脂復(fù)合材料，在含氯離子的酸性介質(zhì)中能長(zhǎng)期使用，可用來制造耐強(qiáng)酸、鹽、酯和某些溶劑的化工管道、泵、閥、容器和攪拌器等設(shè)備。

　　(7)較優(yōu)良的減摩性、耐磨性、自潤(rùn)滑性和耐蝕性。由于復(fù)合材料構(gòu)件制造工藝簡(jiǎn)單，表現(xiàn)出良好的工藝性能，所以適合整體成型。在制造復(fù)合材料的同時(shí)，也就獲得了制件，從而減少了零部件、緊固件和接頭的數(shù)目，并可節(jié)省原材料和工時(shí)。

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