复合材料

复合材料

近代科学技术的发展，对材料性能的要求越来越高，所要求的性能中甚至有些相互矛盾。例如：航空和空间技术要求强度高、重量轻的材料；造船工业需要耐高压、耐腐蚀的结构材料。这使得单一的材料很难同时满足需要，而且三大类材料都有它们本身的弱点。唯一可行的有效办法就是把两种或两种以上的材料按一定方法组合起来，使它们互相取长补短，相得益彰，制成兼有几种优良性能的新材料，这就叫复合材料。

其实，复合材料并不是什么新的发明创造。古代就用稻草拌泥土制成粘土坯房屋，还有钢筋混凝土，这都是早期的复合材料。仅把水泥、砂子和水混合制成水泥块，很容易断裂。如果在里面加上钢筋，水泥块的强度就会大大地提高，钢筋在混凝土中起了增强作用。又如，金属比较坚韧，但大多数金属不耐高温；陶瓷能耐高温，却又很脆，它们各有所长，又各有缺点。如果用粉末冶金的方法，把它们掺合在一起制成金属陶瓷，就既具有金属的高强度、高韧性，又具有陶瓷的耐高温特性。

现代复合材料是由基体材料和增强剂复合而成的。这种复合可在不同的非金属之间、金属之间以及非金属与金属之间进行。通常使用的基体材料是塑料、树脂、橡胶、金属和陶瓷，而增强剂为玻璃纤维、碳纤维、硼纤维或金属丝，有时也采用粉末和颗粒增强剂。

按照基体所用的材料不同，可将复合材料分为非金属基复合材料和金属基复合材料两大类。

复合材料在一定程度上克服了原有材料的缺点，如金属不耐腐蚀、有机高分子材料不耐高温、陶瓷材料脆性高等，因此在综合性能上超过了单一的材料。

制造复合材料最常用的工艺是纤维增强，即采用熔铸、浸渍、层压等方法把玻璃纤维、碳纤维、硼纤维及其织物嵌入树脂和塑料基体中，也可采用熔铸、轧制等方法把硼纤维、高强度钢丝嵌入铝、镁、钛合金中。此外，常用的工艺还有层叠和骨架复合等，如纸、铝箔和塑料薄膜组成的复合包装材料、带塑料面板或不锈钢面板的复合钢板、包含数百条NbSn蕊线的Cn-Sn3合金超导电缆、纸芯、塑料芯和金属芯的蜂窝夹层结构等，就是用上述工艺制造的。

复合材料的关键是增强材料，它的弹性模量和强度都必须大大超过基体，因而才能使制得的复合材料的机械性能优于未增强的基体。另一方面，基体在抗腐蚀性、韧性等方面又弥补了增强材料的缺点，因此可以说复合材料具有人工设计的特点。