復(fù)合材料,是以一種材料為基體,另一種材料為增強(qiáng)體組合而成的材料。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)合材料的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、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強(qiáng)材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬絲和硬質(zhì)細(xì)粒等。
復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)
一: 高比強(qiáng)度、高比模量(剛度):
與傳統(tǒng)的單一材料相比,復(fù)合材料具有很高的比強(qiáng)度和比模量(剛度)。
比強(qiáng)度、比模量:材料的強(qiáng)度或模量與其密度之比。
比強(qiáng)度 = 強(qiáng)度/密度 MPa /(g/cm3),比模量 = 模量/密度 GPa /(g/cm3)。
材料的比強(qiáng)度愈高,制作同一零件則自重愈小;材料的比模量愈高,零件的剛度愈大。
二: 良好的高溫性能:
復(fù)合材料可以在廣泛的溫度范圍內(nèi)使用,同時(shí)其使用溫度均高于復(fù)合材料基
體。目前聚合物基復(fù)合材料的最高耐溫上限為350 ?C;金屬基復(fù)合材料按不同的基體性能,其使用溫度在350 ? 1100 ?C范圍內(nèi)變動;陶瓷基復(fù)合材料的使用溫度可達(dá)1400℃;而碳碳復(fù)合材料的使用溫度最高,可高達(dá)2800℃。
三: 良好的尺寸穩(wěn)定性:
加入增強(qiáng)體到基體材料中不僅可以提高材料的強(qiáng)度和剛度,而且可以使其熱
膨脹系數(shù)明顯下降。通過改變復(fù)合材料中增強(qiáng)體的含量,可以調(diào)整復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)。例如在石墨纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料中,當(dāng)石墨纖維的含量達(dá)到48%時(shí),復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)為零,即在溫度變化時(shí)其制品不發(fā)生熱變形。這對人造衛(wèi)星構(gòu)件非常重要。
四: 良好的化學(xué)穩(wěn)定性:
聚合物基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料具有良好的抗腐蝕性。
五: 良好的抗疲勞、蠕變、 沖擊和斷裂韌性:
由于增強(qiáng)體的加入,復(fù)合材料的抗疲勞、蠕變、 沖擊和斷裂韌性等性能得到
提高,特別是陶瓷基復(fù)合材料的脆性得到明顯改善 。
六 : 良好的功能性能:
包括 光、電、磁、熱、燒蝕、摩擦及潤滑等性能。
復(fù)合材料缺點(diǎn):
1、材料的工藝穩(wěn)定性差,
2、材料性能的分散性大,
3、長期耐高溫與環(huán)境老化性能差,
4、抗沖擊能力低,
5、橫向強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度差。
復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)
一: 高比強(qiáng)度、高比模量(剛度):
與傳統(tǒng)的單一材料相比,復(fù)合材料具有很高的比強(qiáng)度和比模量(剛度)。
比強(qiáng)度、比模量:材料的強(qiáng)度或模量與其密度之比。
比強(qiáng)度 = 強(qiáng)度/密度 MPa /(g/cm3),比模量 = 模量/密度 GPa /(g/cm3)。
材料的比強(qiáng)度愈高,制作同一零件則自重愈小;材料的比模量愈高,零件的剛度愈大。
二: 良好的高溫性能:
復(fù)合材料可以在廣泛的溫度范圍內(nèi)使用,同時(shí)其使用溫度均高于復(fù)合材料基
體。目前聚合物基復(fù)合材料的最高耐溫上限為350 ?C;金屬基復(fù)合材料按不同的基體性能,其使用溫度在350 ? 1100 ?C范圍內(nèi)變動;陶瓷基復(fù)合材料的使用溫度可達(dá)1400℃;而碳碳復(fù)合材料的使用溫度最高,可高達(dá)2800℃。
三: 良好的尺寸穩(wěn)定性:
加入增強(qiáng)體到基體材料中不僅可以提高材料的強(qiáng)度和剛度,而且可以使其熱
膨脹系數(shù)明顯下降。通過改變復(fù)合材料中增強(qiáng)體的含量,可以調(diào)整復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)。例如在石墨纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料中,當(dāng)石墨纖維的含量達(dá)到48%時(shí),復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)為零,即在溫度變化時(shí)其制品不發(fā)生熱變形。這對人造衛(wèi)星構(gòu)件非常重要。
四: 良好的化學(xué)穩(wěn)定性:
聚合物基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料具有良好的抗腐蝕性。
五: 良好的抗疲勞、蠕變、 沖擊和斷裂韌性:
由于增強(qiáng)體的加入,復(fù)合材料的抗疲勞、蠕變、 沖擊和斷裂韌性等性能得到
提高,特別是陶瓷基復(fù)合材料的脆性得到明顯改善 。
六 : 良好的功能性能:
包括 光、電、磁、熱、燒蝕、摩擦及潤滑等性能。
復(fù)合材料缺點(diǎn):
1、材料的工藝穩(wěn)定性差,
2、材料性能的分散性大,
3、長期耐高溫與環(huán)境老化性能差,
4、抗沖擊能力低,
5、橫向強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度差。
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