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| 复合材料 | |||||
作者：佚名 文章来源：本站原创 点击数： 更新时间：2004-10-4  |
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前面介绍的合成高分子材料、金属材料和无机非金属材料各有其长处和短处，如果将这三类不同的材料通过复合工艺组合成为新的复合材料，它既能保持原来材料的长处，又能弥补短处。例如金属材料易腐蚀，合成高分子材料易老化、不耐高温，陶瓷材料易碎裂等缺点，都可以通过复合的方法予以改善和克服。因此复合材料是在三大材料基础上发展起来的新材料。 复合材料的历史可追溯到很久以前。人们打泥砖，往泥中掺入禾秸，晒干后的泥砖可以称为复合材料。为什么要掺禾秸呢？人们从实践中懂得这样可以提高泥砖的强度。砂子、砾石与水泥加在一起也是复合材料，它比单纯水泥的强度大得多。钢筋水泥是复合材料。将增强体与基体结合在一起，形成一种能发挥两者各自优点的材料，称为复合材料。高分子（塑料、树脂）、金属、陶瓷等材料都可以作为基体，掺入增强体后便成为复合材料。若按增强体的形状分类，复合材料可分为：颗粒增强复合材料、夹层增强复合材料和纤维增强复合材料，如图8－5所示。目前发展较快、应用较广的是纤维增强复合材料，若按基体分类，也可分为三类：树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料。
8.4.1纤维增强树脂基复合材料
玻璃钢 它是由玻璃纤维与聚酯类树脂复合而成的材料。玻璃是非常易碎的脆性材料，但如果将玻璃熔化并以极快的速度拉成细丝，这种玻璃纤维异常柔软，可以纺织。玻璃纤维的强度很高，比天然纤维或化学纤维高出5～30倍。在制造玻璃钢时，可将直径为5～10μm的玻璃纤维制成纱、带材或织物加到树脂中，也可以把玻璃纤维切成短纤维加入基体。玻璃钢具有优良的性能，它的强度高、质量轻、耐腐蚀、抗冲击、绝缘性好。增强体除了用普通玻璃外，还可以根据具体用途调整玻璃成分，制取耐化学腐蚀、耐高温、高强度和高模量的玻璃纤维。玻璃钢已经广泛用于飞机、汽车、船舶、建筑和家具等行业。 除了用聚脂类作为玻璃纤维增强树脂基体外，还可用尼龙、聚乙烯、聚丙烯、环氧、酚醛和有机硅树脂等作为玻璃纤维增强树脂基体。 碳纤维增强塑料 碳纤维的发明可以追溯到爱迪生时代，他在发明电灯过程中选用多种材料做灯丝都失败了，后来他将竹子烘烤后制成碳丝，终于使电灯亮了。碳丝可以说是当今碳纤维的前身。目前制备碳纤维的方法是将聚丙烯腈合成纤维在200～300℃的空气中加热使其氧化，然后在1000～1500℃的惰性气体中碳化，即可得到强度很高的碳纤维。用沥青为原料也可制成碳纤维，成本比用聚丙烯腈降低约50％。碳纤维原料来源广、成本低、性能好，是很有发展前途的增强材料。 碳纤维增强塑料可以根据使用温度的不同选择不同的树脂基体。如环氧树脂使用温度为150～200℃；聚双马来酰亚胺为200～250℃；而聚酰亚胺在300℃以上。这类热固性树脂的碳纤维复合材料较多应用于制造航天飞行器外壳或火箭喷管的耐烧蚀材料中。新一代的运动器材如羽毛球拍、网球拍、高尔夫球杆、滑雪杖、滑雪板、撑杆、弓箭等都采用碳纤维增强塑料来做，为运动员创造世界记录做出了贡献。 除了玻璃纤维、碳纤维外，作为纤维增强材料还有硼纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维和芳纶纤维等。
8.4.2纤维增强金属基复合材料
树脂基复合材料的耐热性低，一般不超过300℃，且不导电，导热性也较差，这就限制了它们在某些条件下的使用。而金属基复合材料恰好在这些方面具有优势，成为各国竞相发展的新材料。 金属基复合材料一般都在高温下成形，因此要求作为增强材料的耐热性要高。在纤维增强金属中不能选用耐热性低的玻璃纤维和有机纤维，而主要使用硼纤维、碳纤维、碳化硅纤维和氧化铝纤维。基体金属用得较多的是铝、镁、钛及某些合金。 碳纤维是金属基复合材料中应用最广泛的銮坎牧稀Ｌ枷宋銮柯辆哂心透呶隆⒛腿绕＠汀⒛妥贤庀吆湍统笔刃阅埽屎嫌谠诤娇铡⒑教炝煊蛑凶龇苫慕峁共牧稀Ｅ鹣宋銮柯烈灿糜诳占浼际鹾途路矫妗?font lang=EN-US> 碳化硅纤维增强铝比铝轻10％，强度高10％，刚性高一倍，具有更好的化学稳定性、耐热性和高温抗氧化性。它们主要用于汽车工业和飞机制造业。用碳化硅纤维增强钛做成的板材和管材已用来制造飞机垂尾、导弹壳体和空间部件。
8.4.3纤维增强陶瓷基复合材料
随着对高温高强材料的要求愈来愈高，人们转向研制陶瓷基复合材料。基体陶瓷大体有Al2O3，MgO·Al2O3，SiO2，Al2O3·ZrO2，Si3N4，SiC等。增强材料有碳纤维、碳化硅纤维和碳化硅晶须。所谓晶须就是由晶体生长形成的针状短纤维。 纤维增强陶瓷可以增加陶瓷的韧性，这是解决陶瓷脆性的途径之一。由纤维增强陶瓷做成的陶瓷瓦片，用粘接剂贴在航天飞机机身上，使航天飞机能安全地穿越大气层回到地球上。 |
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| 文章录入：Leo 责任编辑：Leo | |||||
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