復(fù)合材料是由金屬材料、陶瓷材料或高分子材料等兩種或兩種以上的材料經(jīng)過復(fù)合工藝而制備的多相材料,各種材料在性能上互相取長補(bǔ)短,產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng),使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。
復(fù)合材料由連續(xù)相的基體和被基體包容的相增強(qiáng)體組成。基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體主要有合成樹脂、石墨、橡膠、陶瓷、碳等。增強(qiáng)材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、石棉纖維、碳化硅纖維、晶須、金屬絲和硬質(zhì)細(xì)粒等。
1、復(fù)合材料的比強(qiáng)度和比剛度較高。材料的強(qiáng)度除以密度稱為比強(qiáng)度;材料的剛度除以密度稱為比剛度。這兩個(gè)參量是衡量材料承載能力的重要指標(biāo)。比強(qiáng)度和比剛度較高說明材料重量輕,而強(qiáng)度和剛度大。這是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),特別是航空、航天結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對材料的重要要求。現(xiàn)代飛機(jī)、導(dǎo)彈和衛(wèi)星等機(jī)體結(jié)構(gòu)正逐漸擴(kuò)大使用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的比例。
2、 復(fù)合材料的力學(xué)性能可以設(shè)計(jì),即可以通過選擇合適的原材料和合理的鋪層形式,使復(fù)合材料構(gòu)件或復(fù)合材料結(jié)構(gòu)滿足使用要求。例如,在某種鋪層形式下,材料在一方向受拉而伸長時(shí),在垂直于受拉的方向上材料也伸長,這與常用材料的性能完全不同。又如利用復(fù)合材料的耦合效應(yīng),在平板模上鋪層制作層板,加溫固化后,板就自動(dòng)成為所需要的曲板或殼體。
3、復(fù)合材料的抗疲勞性能良好。一般金屬的疲勞強(qiáng)度為抗拉強(qiáng)度的40~50%,而某些復(fù)合材料可高達(dá)70~80%。復(fù)合材料的疲勞斷裂是從基體開始,逐漸擴(kuò)展到纖維和基體的界面上,沒有突發(fā)性的變化。因此,復(fù)合材料在破壞前有預(yù)兆,可以檢查和補(bǔ)救。纖維復(fù)合材料還具有較好的抗聲振疲勞性能。用復(fù)合材料制成的直升飛機(jī)旋翼,其疲勞壽命比用金屬的長數(shù)倍。
4、復(fù)合材料的減振性能良好。纖維復(fù)合材料的纖維和基體界面的阻尼較大,因此具有較好的減振性能。用同形狀和同大小的兩種粱分別作振動(dòng)試驗(yàn),碳纖維復(fù)合材料粱的振動(dòng)衰減時(shí)間比輕金屬粱要短得多。
5、 復(fù)合材料通常都能耐高溫。在高溫下,用碳或硼纖維增強(qiáng)的金屬其強(qiáng)度和剛度都比原金屬的強(qiáng)度和剛度高很多。普通鋁合金在400℃時(shí),彈性模量大幅度下降,強(qiáng)度也下降;而在同一溫度下,用碳纖維或硼纖維增強(qiáng)的鋁合金的強(qiáng)度和彈性模量基本不變。復(fù)合材料的熱導(dǎo)率一般都小,因而它的瞬時(shí)耐超高溫性能比較好。
6、復(fù)合材料的安全性好。在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的基體中有成千上萬根獨(dú)立的纖維。當(dāng)用這種材料制成的構(gòu)件超載,并有少量纖維斷裂時(shí),載荷會(huì)迅速重新分配并傳遞到未破壞的纖維上,因此整個(gè)構(gòu)件不至于在短時(shí)間內(nèi)喪失承載能力。
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復(fù)合材料
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