【高新金屬材料 2】淺說復合材料
2019年06月17日 10:18 9929次瀏覽 來源: 中國有色金屬報 分類: 新材料前沿 作者: 王祝堂
隨著技術的進步與發(fā)展,新產(chǎn)品層出不窮,單一的金屬、陶瓷、高分子材料難以滿足當代高新技術應用領域?qū)Σ牧闲阅苋找嫱陡叩囊蟆榱丝朔@一缺點,人們越來越多地根據(jù)零部件的功能要求和工況條件,設計和選擇兩種或多于兩種化學、物理性能不同的材料按一定方式、比例、分布結(jié)合為一種性能大為改善的、有競爭力的新材料,這就是復合材料。復合材料已廣泛應用于航空、航天、國防軍工、機械裝備、石油化工、建筑結(jié)構、船舶艦艇、體育器材等領域。如用高強度、高模量硼纖維、碳(石墨)纖維增強的鋁基、鎂基復合材料,既保留了鋁、鎂合金的輕質(zhì)、導熱、導電性能,又充分發(fā)揮了增強纖維的高強度、高模量特性,獲得了高比模量、高比強度復合材料,在航空航天器結(jié)構上獲得了成功應用;硼纖維增強鋁基復合材料制的航天器主艙框架比鋁合金制的質(zhì)量輕44%。復合材料與其他材料的比強度及比模量對比見圖1。
圖1 復合材料與其他材料比強度與比模量對比
復合材料的定義與命名
按國際標準化組織(IOFS)對復合材料的定義,是由兩種或兩種以上物理和化學性能不同的物質(zhì)組合而成的一種多相固體材料,可見它應滿足下列條件:
●必須是人造的,是科學家根據(jù)需要設計制備的;
●必須由≥2種化學、物理性能不同的材料組分,以所設計的形式、比例、分布組合而成,各組分之間有鮮明的界限;
●具有結(jié)構可設計性,可進行復合結(jié)構設計;
●不僅保持各組分材料性能的優(yōu)點,而且通過組分性能的取長補短,達到了單一材料無法達到的優(yōu)異綜合性能。
滿足這些條件的材料皆可稱為復合材料,可見復合材料的性能就取決于選用組成材料的性能、相互比例、分布方式和界面結(jié)構。通過優(yōu)化設計、選擇和控制材料的組分、分布、比例、界面結(jié)構,及合理的復合制造技術,可以制出具有優(yōu)秀綜合性能、性能范圍廣、價格合理的新材料,滿足各種特殊的需要,更合理與經(jīng)濟地使用材料。
技術界將復合材料中組分分為基體和增強物(體),通常將連續(xù)分布的組分稱為基地,如聚合物(樹脂)基體、金屬基體、陶瓷基體,將纖維、晶須、顆粒、石墨烯等稱為增強物。不同的基體和增強物可組合成成千上萬種品種繁多的復合材料。
在世界各國還沒有對復合材料有統(tǒng)一的名稱和命名方法當今,通常根據(jù)增強體和基體名稱命名:強調(diào)基體時以基體材料名稱為主,如樹脂基復合材料、金屬基復合材料、陶瓷基復合材料等;強調(diào)增強體時則以增強體名稱為主,如玻璃纖維增強復合材料、碳纖維增強復合材料、陶瓷顆粒增強復合材料等;基體材料與增強體材料名稱并用,常用以表示某種具體材料名稱,習慣上把增強體材料名稱放在前面,基體材料名稱置于后,如碳纖維增強鋁基復合材料,或者簡稱為碳纖維/鋁復合材料。
責任編輯:陳巖
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