定義:
人們將兩種或兩種以上的不同材料復(fù)合起來,使各種材料在性能上取長補(bǔ)短,制成了比原來單一材料的性能優(yōu)越得多的復(fù)合材料。如鋼筋混凝土、玻璃鋼。
優(yōu)點(diǎn):
復(fù)合材料集中了組成材料的優(yōu)點(diǎn),具有更優(yōu)異的綜合性能。復(fù)合材料既能充分利用資源,又能節(jié)約能源。如鋼筋混凝土就是鋼筋和混凝土的復(fù)合材料,機(jī)動(dòng)車的輪胎是用合金鋼與橡膠的復(fù)合材料制成的,快艇的船身、餐廳的桌椅是由塑料中嵌入玻璃纖維制成的玻璃纖維增強(qiáng)塑料(玻璃鋼)制作的,飛機(jī)的機(jī)翼、火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)殼體是用碳纖維復(fù)合材料制成的。因此復(fù)合材料成為大有發(fā)展前途的一類新型材料。
復(fù)合材料的應(yīng)用前景:
由于復(fù)合材料一般具有強(qiáng)度高、質(zhì)量小、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)異性能,在綜合性能上超過了單一材料,因此宇航工業(yè)就成了復(fù)合材料的重要應(yīng)用領(lǐng)域。我們知道,質(zhì)量對飛機(jī)、導(dǎo)彈、火箭、人造衛(wèi)星、宇宙飛船來說是一個(gè)非常重要的岡素。例如:有的導(dǎo)彈的質(zhì)量每減少1kg,它的射程就可以增加幾千米。航天飛行器還要經(jīng)受超高溫、超高強(qiáng)度和溫度劇烈變化等特殊條件的考驗(yàn),所以,復(fù)合材料就成為理想的宇航材料,它的發(fā)展趨勢從小部件擴(kuò)大到大部件,從簡單部件擴(kuò)大到復(fù)雜部件,成為宇宙航空業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵所在。另外,復(fù)合材料在機(jī)械工業(yè)、體育用品甚至人類健康方面的應(yīng)用前景也十分廣闊。
復(fù)合材料的類別:
(1)聚合物復(fù)合材料主要是指纖維增強(qiáng)聚合物材料。如將碳纖維包埋在環(huán)氧樹脂中使復(fù)合材料強(qiáng)度增加,用于制造網(wǎng)球拍、高爾夫球桿和雪橇等。玻璃纖維復(fù)合材料是玻璃纖維與聚酯的復(fù)合體,可以用于制作結(jié)構(gòu)材料,如汽車和飛機(jī)中的某些部件、橋體的結(jié)構(gòu)材料和船體等,其強(qiáng)度可與鋼材相比。增強(qiáng)的聚酰亞胺樹脂可用于制作汽車的塑料發(fā)動(dòng)機(jī),使發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量減小,節(jié)約燃料。
(2)陶瓷基復(fù)合材料為改變陶瓷的脆性,將石墨或聚合物纖維包埋在陶瓷中,制成的復(fù)合材料有一定的韌性,不易碎裂。而且可以在極高的溫度下使用。這類陶瓷基復(fù)合材料有望成為汽車、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的新型結(jié)構(gòu)材料。金屬網(wǎng)陶瓷基材料具有超強(qiáng)剛性,可作為防彈衣的材料。
(3)金屬基復(fù)合材料在金屬表面涂層,可以保護(hù)金屬表面或賦予金屬表面某種特殊功能,如金屬表面涂油漆可以抗腐蝕;金屬表面作搪瓷內(nèi)襯可制作化學(xué)反應(yīng)釜;金屬表面鍍鉻可使表面光亮;金屬表面涂以高分子彈性體賦予表面韌性,可作為抗氣蝕材料用于水輪機(jī)、汽輪機(jī)的不銹鋼葉片上,延長其使用年限;在純的硅晶片上復(fù)合多層有專門功能的物質(zhì)可用于計(jì)算機(jī)的集成電路片。近年來出現(xiàn)的鋁一硼纖維,其比強(qiáng)度為鋁合金的2倍。
一些金屬基復(fù)合材料及其用途
其他新材料:
1.納米材料
納米材料是指納米尺度的粉末、纖維、膜或塊狀材料,這些材料具備一般材料所沒有的優(yōu)越性能。經(jīng)過納米材料增強(qiáng)的復(fù)合材料,不僅堅(jiān)韌、質(zhì)輕、耐高溫、耐腐蝕,而且具有很高的吸波性能,可作為雷達(dá)吸收材料,可用于制造雷達(dá)無法發(fā)現(xiàn)的隱形戰(zhàn)斗機(jī)。
2.超導(dǎo)材料
超導(dǎo)材料具有在特定溫度下電阻等于零的特性。 1987年中國科學(xué)院趙忠賢發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)體釔鋇銅氧化物體系(Y—Ba—Cu一O)在溫度達(dá)到-183℃時(shí),電阻值為零。后來其他科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)鉍鍶鈣銅氧化物體系 (Bi—sr—Ca—Cu一O)也具有超導(dǎo)性,溫度為一153℃ 時(shí),其電阻值為零。這些研究成果使超導(dǎo)體應(yīng)用的研究向前大大邁進(jìn)了一步。
3.醫(yī)用高分子材料
生物醫(yī)學(xué)高分子簡稱醫(yī)用高分子,是一類令人矚目的功能高分子材料。醫(yī)用高分子材料制品種類繁多,可以粗略地分為三類:軟性即橡膠狀聚合物,如人工心臟;半結(jié)晶聚合物,如腎滲析膜;其他有關(guān)聚合物,如血管擴(kuò)張劑。新材料不僅對環(huán)境無害,而且這些新材料在宇航、建筑、機(jī)器人、仿生和醫(yī)藥等領(lǐng)域已顯示出潛在的應(yīng)用前景,它們的發(fā)展必將對人類的生活和社會(huì)的進(jìn)步產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。