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復(fù)合材料分類，命名，發(fā)展歷程

復(fù)合材料的定義

      復(fù)合材料是由兩種或兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組合而成的一種多相固體材料。復(fù)合材料的組分材料雖然保待其相對(duì)獨(dú)立性。但復(fù)合材料的性能卻不是組分材料性能的簡(jiǎn)單加和，而是有著重要的改進(jìn).在復(fù)合材料中，通常有一相為連續(xù)相。稱為基體;另一相為分散相，稱為增強(qiáng)相(增強(qiáng)體)。分散相是以獨(dú)立的形態(tài)分布在整個(gè)連續(xù)相中的。兩相之間存在著相界面。分欣相可以是增強(qiáng)纖維，也可以是順村狀成彌散的坡料。

      從上述的定義中可以看出。復(fù)合材料可以是一個(gè)連續(xù)物理相與一個(gè)連續(xù)分散相的復(fù)合。也可以是兩個(gè)或者多個(gè)連續(xù)相與一個(gè)或多個(gè)分散相在連續(xù)相中的復(fù)合，復(fù)合后的產(chǎn)物為固體時(shí)才稱為復(fù)合材料。若復(fù)合產(chǎn)物為液體或氣體時(shí)，就不能稱為復(fù)合材料。復(fù)合材料既可以保持原材料的某些特點(diǎn)，又能發(fā)揮組合后的新特征.它可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)什。從而最合理地達(dá)到使用所要求的性能。

 復(fù)合材料的命名

      復(fù)合材料在世界各國(guó)還沒有統(tǒng)一的名稱和命名方法。比較共同的趨勢(shì)是根據(jù)增強(qiáng)體和基體的名稱來命名，一般有以下三三種情況:

      1.強(qiáng)調(diào)基體時(shí).以基體材料的名稱為主。如樹脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料等.

      2.強(qiáng)調(diào)增強(qiáng)體時(shí)，以增強(qiáng)體材料的名稱為主。如玻瑞纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、陶瓷顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料。

      3.基體材料名稱與增強(qiáng)體材料名稱并用。這種命名方法常用來表示某一種具體的復(fù)合材料，習(xí)慣上將增強(qiáng)體材料的名稱放在前面，基體材料的名稱放在后邊。如“玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料”，或簡(jiǎn)稱為“玻璃纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料或玻璃纖維/環(huán)氧”.而我國(guó)則常將這類復(fù)合材料通稱為“玻璃鋼“。

      國(guó)外還常用英文編號(hào)來表示，如MMC(MMC   Metal Matrix Composite)表示金屬基復(fù)合材料，F(xiàn)RP( FRP   Fiber Reinforced Plastics)表示纖維增強(qiáng)塑料.而玻璃纖維/環(huán)氧則表示為“GF/Epoxy"或"G/Ep(G-Ep)”。

復(fù)合材料的分類

      隨著材料品種不斷增加，人們?yōu)榱烁玫匮芯亢褪褂貌牧?，需要?duì)材料進(jìn)行分類.材料的分類方法較多。如按材料的化學(xué)性質(zhì)分類，有金屬材料、非金屬材料之分;如按物理性質(zhì)分類,有絕緣材料、磁性材料、透光材料、半導(dǎo)體材料、導(dǎo)電材料等。按用途分類，有航空材料、電工材料、建筑材料、包裝材料等。

      復(fù)合材料的分類方法也很多。常見的有以下幾種。

按基體材料類型分類

      聚合物基復(fù)合材料以有機(jī)聚合物(主要為熱固性樹脂、熱塑性樹脂及橡膠)為基體制

成的復(fù)合材料。

      金屬?gòu)膹?fù)合材料以金屬為基體制成的復(fù)合材料，如鋁墓復(fù)合材料、鐵基復(fù)合材料等。

      無機(jī)非金屬基復(fù)合材料以陶瓷材料(也包括玻璃和水泥)為基體制成的復(fù)合材料。

按增強(qiáng)材料種類分類

      玻璃纖維復(fù)合材料。

      碳纖維復(fù)合材料。

      有機(jī)纖維(芳香族聚酰胺纖維、芳香族聚酯纖維、高強(qiáng)度聚烯烴纖維等)復(fù)合材料。

      金屬纖維(如鎢絲、不銹鋼絲等)復(fù)合材料。

      陶瓷纖維(如氧化鋁纖維、碳化硅纖維、翩纖維等)復(fù)合材料。

      此外，如果用兩種或兩種以上的纖維增強(qiáng)同一基體制成的復(fù)合材料稱為“混雜復(fù)合材料”?；祀s復(fù)合材料可以看對(duì)免戈趁兩種或多種單一纖維復(fù)合材料的相互復(fù)合，即復(fù)合材料的“復(fù)合材料”。

按增強(qiáng)材料形態(tài)分類

      連續(xù)纖維復(fù)合材料作為分散相的纖維，每根纖維的兩個(gè)端點(diǎn)都位于復(fù)合材料的邊

界處。

      短纖維復(fù)合材料短纖維無規(guī)則地分散在基體材料中制成的復(fù)合材料。

      粒狀填料復(fù)合材料微小顆粒狀增強(qiáng)材料分散在基體中制成的復(fù)合材料。

      編織復(fù)合材料以平面二維或立體三維纖維編織物為增強(qiáng)材料與基體復(fù)合而成的復(fù)合

材料。

 按用途分類

      復(fù)合材料按用途可分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料。目前結(jié)構(gòu)復(fù)合材料占絕大多數(shù).

而功能復(fù)合材料有廣闊的發(fā)展前途. 21世紀(jì)將會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)夏合材料與功能復(fù)合材料并重的

局面，而且功能復(fù)合材料更具有與其他功能材料競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)。

      結(jié)構(gòu)復(fù)合材料主要用做承力和次承力結(jié)構(gòu)，要求它質(zhì)量輕、強(qiáng)度和剛度高.且能耐受一定

溢度，在某種情況下還要求有膨脹系數(shù)小、絕熱性能好或耐介質(zhì)腐蝕等其他性能。

      結(jié)構(gòu)復(fù)合材料按不同基體分類和按不同增強(qiáng)體形式分類如圖1. 1、圖1.2所示。

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、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。

發(fā)展歷程

由于復(fù)合材料各組分之間“取長(zhǎng)補(bǔ)短”、“協(xié)同作用”，極大地彌補(bǔ)了單一材料的缺點(diǎn).產(chǎn)生單一材料所不具有的新性能。復(fù)合材料(Composite material)的出現(xiàn)和發(fā)展，是現(xiàn)代科

學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步的結(jié)果，也是材料設(shè)計(jì)方面的一個(gè)突破。它綜合了各種材料如纖維、樹脂、橡膠、金屬、陶瓷等的優(yōu)點(diǎn)，按需要設(shè)計(jì)、復(fù)合成為綜合性能優(yōu)異的新型材料?？梢灶A(yù)言，如果用材料作為歷史分期的依據(jù)，那么未來的21世紀(jì)，將是復(fù)合材料的時(shí)代。

         縱觀復(fù)合材料的發(fā)展過程，可以看到.早期發(fā)展出現(xiàn)的復(fù)合材料，由于性能相對(duì)比較低.生產(chǎn)量大，使用面廣，可稱之為常用復(fù)合材料。后來隨著高技術(shù)發(fā)展的需要，在此基礎(chǔ)上又發(fā)展出性能高的先進(jìn)復(fù)合材料。20世紀(jì)40年代.玻璃纖維和合成樹脂大最商品化生產(chǎn)以后，纖維復(fù)合材料發(fā)展成為具有工程意義的材料。同時(shí)相應(yīng)地開展了與之有關(guān)的科研工作。至60年代，在技術(shù)上臻于成熟，在許多領(lǐng)域開始取代金屬材料。隨著航天航空技術(shù)的發(fā)展，對(duì)結(jié)構(gòu)材料要求比強(qiáng)度、比模量.韌性、耐熱、抗環(huán)境能力和加工性能都好。針對(duì)不同需求，出現(xiàn)了高性能樹脂基先進(jìn)復(fù)合材料，標(biāo)志在性能上區(qū)別于一般低性能的常用樹脂基復(fù)合材料。以后又陸續(xù)出現(xiàn)金屬篆和陶瓷葵先進(jìn)復(fù)合材料。對(duì)結(jié)構(gòu)用先進(jìn)復(fù)合材料，各技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家均提出研制開發(fā)目標(biāo)。如日本通商產(chǎn)業(yè)省制定的下一代材料工業(yè)基礎(chǔ)發(fā)展計(jì)劃(1981 - 1988).對(duì)復(fù)合材料提出的要求是:樹脂基復(fù)合材料的耐熱性不低于250度 ,拉伸強(qiáng)度達(dá)到2.5GPa以上;金屬基復(fù)合材料的耐熱性不低于450度，拉伸強(qiáng)度達(dá)到1. 5GPa以上。

         經(jīng)過60年代末期使用，樹脂基高性能復(fù)合材料已用于制造軍用飛機(jī)的承力結(jié)構(gòu).近年來義逐步進(jìn)人其他工業(yè)領(lǐng)域。其增強(qiáng)體纖維有碳纖維、芳綸.或兩者混雜使用.樹脂基

主要是固化體系為1209度或170度的環(huán)氧樹脂，還有少最聚酰亞胺樹脂，以適應(yīng)耐熱性高達(dá)250度的要求。

         70年代末期發(fā)展的用高強(qiáng)度、高模量的耐熱纖維與金屬?gòu)?fù)合，持別是與輕金屬?gòu)?fù)合而成金屬基復(fù)合材料.克服了樹脂基復(fù)合材料耐熱性差和不導(dǎo)電、導(dǎo)熱性低等不足。金屬

基復(fù)合材料由于金屬基體的優(yōu)良導(dǎo)電和導(dǎo)熱性，加上纖維增強(qiáng)體不僅提高了材料的強(qiáng)度和模量，而且降低了密度。此外，這種材料還具有耐疲勞、耐磨耗、高限尼、不吸潮、不放氣和膨脹系數(shù)低等特點(diǎn).已經(jīng)廣泛用于航天舫空等尖端技術(shù)傾域，是理想的結(jié)構(gòu)材料。

        80年代開始逐漸發(fā)展陶瓷基復(fù)合材料，采用纖維補(bǔ)強(qiáng)陶瓷基體以提高韌性。主要目標(biāo)是希望用以制造燃?xì)鉁u輪葉片和其他耐熱部件。