複合材料分類，命名，發展曆程

複合材料的定義

      複合材料是由兩種或兩種以上物理和化（huà）學性質不同的物質組合而成的一種多相固（gù）體材（cái）料。複合材料的組分材料雖然保待其相對獨立性。但（dàn）複合材料的性（xìng）能卻不是組分材料性能的簡（jiǎn）單加和，而（ér）是有著（zhe）重要的改進.在（zài）複合（hé）材料中，通常有一相為連續相。稱為（wéi）基體（tǐ）;另一（yī）相為分散相，稱為（wéi）增強相(增強體（tǐ）)。分散相是（shì）以獨（dú）立的形態分布在整個連續相中（zhōng）的。兩相之間存在（zài）著相界麵。分欣相可（kě）以（yǐ）是增強纖維，也可以是（shì）順村狀成彌散的坡料。

      從上（shàng）述的定義中可以看出。複合材料可以是一個連續物理相與一個連續分散相的複合。也可以是兩個或者（zhě）多個（gè）連續相與一個或多個分（fèn）散相在連續相中的複合，複合後的產物為固體時才稱為（wéi）複合材料。若複合產物為液體或氣體時，就不能稱為複合材（cái）料。複合材料既可以保持原材料的某些特點，又能發揮組合後的新特征.它可以根據需要進（jìn）行設什。從而最合理地達到使用所要求的性能（néng）。

 複合材料的命名

      複合材（cái）料在（zài）世界各國還沒有統（tǒng）一的名稱和命名（míng）方法。比較共同的趨勢是根據增強（qiáng）體和基體的名稱來命名，一般有以下三三種情況:

      1.強調基體時.以基體（tǐ）材料的名稱為主。如樹脂基複合材料、金屬基複合材料（liào）、陶瓷基複合材料等（děng）.

      2.強調增強體時，以增強體材料（liào）的名稱為主。如玻瑞纖維增強複合材料、碳纖（xiān）維增強（qiáng）複合材料、陶瓷顆粒增強複（fù）合（hé）材（cái）料。

      3.基體材料名（míng）稱與增強體材料名稱並用。這種命名方法常用來表（biǎo）示某（mǒu）一種（zhǒng）具體的複合材料，習慣上將增強體材料的名稱放在前麵，基（jī）體材料的名稱放在後邊。如“玻璃（lí）纖維增強環氧樹脂（zhī）複合材料”，或簡稱為“玻璃纖維/環氧樹脂複合材料或（huò）玻璃纖維/環氧”.而我（wǒ）國則常將這類複合材料通稱為“玻璃鋼“。

      國外還常用英文編號來表示，如MMC(MMC   Metal Matrix Composite)表示金屬基複合材（cái）料，FRP( FRP   Fiber Reinforced Plastics)表示纖維增強塑料.而玻璃纖維/環氧則表示為（wéi）“GF/Epoxy"或"G/Ep(G-Ep)”。

複合材料的分類

      隨（suí）著材料品種不（bú）斷增加，人們為（wéi）了更好地研究和使用（yòng）材料（liào），需要對材（cái）料進行分類.材料的分類方法較多。如按材料的化學性質分類，有金屬材料、非金屬（shǔ）材料之分;如按物理性質分類（lèi）,有絕緣（yuán）材料、磁性材料（liào）、透光材料、半導體材（cái）料（liào）、導電材料等。按用途分類，有（yǒu）航空（kōng）材料、電（diàn）工（gōng）材料、建（jiàn）築材（cái）料、包裝材料等。

      複合材料的分類方法也很多。常見的有以下幾（jǐ）種（zhǒng）。

按基（jī）體材料類型分類

      聚合物基複合材料以有機聚合（hé）物(主要為（wéi）熱固性樹脂、熱塑性樹脂及橡（xiàng）膠)為基體製

成的複（fù）合材料。

      金屬從複合材料以金屬為基體製成的複合材料，如鋁墓複（fù）合材料（liào）、鐵基複合材料等。

      無機非金屬基複合材料以陶瓷材料(也包（bāo）括玻璃和水泥)為基體製成的複合材料。

按增（zēng）強（qiáng）材料種類分類

      玻璃（lí）纖維複合材（cái）料。

      碳纖維（wéi）複合材料。

      有機纖維(芳香族聚酰胺纖維、芳香族聚酯（zhǐ）纖維、高強度聚烯烴纖維等)複合材（cái）料。

      金屬纖維（wéi）(如鎢絲、不鏽鋼絲等)複合材料。

      陶（táo）瓷纖維(如氧化鋁纖維、碳化矽纖維（wéi）、翩纖維等)複合材料。

      此外，如（rú）果用兩種或兩種以上的（de）纖維增強同一基體製成的複合材（cái）料稱為（wéi）“混雜複合材（cái）料”。混（hún）雜複合材料可以看對免戈趁兩種或多種單一纖維複合材料的相互複合，即（jí）複合（hé）材料的“複合材料”。

按增強材料形態（tài）分類

      連續纖維複合材（cái）料作（zuò）為（wéi）分散（sàn）相的纖維，每根纖維的兩個端點都位於複（fù）合材料的邊

界處。

      短纖（xiān）維複合材料短纖維（wéi）無規則地分散在基體材料中製成的複合材料。

      粒狀（zhuàng）填料複合材料微小顆粒狀增強（qiáng）材料分散在（zài）基體中製成的複合材料。

      編織複（fù）合材料以平麵二維或立體三維纖維編織物為增強（qiáng）材料與基體複合而成的複合

材料。

 按用途分類

      複合材料按用途可分為結構複合材（cái）料和功能複合材（cái）料。目前結構複合材料占絕大多數.

而功能複合材料有廣闊的發展前途. 21世紀將會出現結構夏合材料與功能複合材料並重（chóng）的（de）

局麵，而且功能複合材料更具有與其（qí）他功能材（cái）料競爭的優勢。

      結構複（fù）合材料主要用做承力和次承力（lì）結構，要求它質量輕、強度和剛度高.且（qiě）能耐受一定

溢度，在某種情（qíng）況（kuàng）下還要求有膨脹係數小、絕熱性能好或耐介（jiè）質腐蝕等（děng）其他性能（néng）。

      結構複合材料按不（bú）同（tóng）基體分類和按不同增強體形（xíng）式分類如圖1. 1、圖1.2所示。

功能複合材料指具有除力學性能（néng）以外其他物理性能的複合材料，即（jí）具有各種（zhǒng）電學性能、磁學性能、光學性能、聲學性能、摩擦性能、阻尼性能以及化學分（fèn）離性（xìng）能等的複合材料（liào）。

發展曆程

由於複合材料各組分之間“取長（zhǎng）補（bǔ）短”、“協同作用”，極大地彌補了單一材料的（de）缺點.產生單一材（cái）料所不具有的新性能。複合材料(Composite material)的出現（xiàn）和發展（zhǎn），是現代（dài）科（kē）

學技術不斷進步的結果，也是材料（liào）設計方（fāng）麵的一個突破。它綜合了各種材（cái）料如纖維、樹脂、橡膠、金屬、陶瓷等的優點，按需要設計、複合成為綜（zōng）合性能（néng）優異的新型材料。可以預言，如果用材料作為曆史分期的依據（jù），那麽未來的21世紀，將是複合材料的時代。

         縱觀複合材料（liào）的發展（zhǎn）過程（chéng），可以看到.早期發展出現的複合材料，由於性能（néng）相對比（bǐ）較低.生（shēng）產量大（dà），使用麵（miàn）廣，可稱之為常用複合材料。後（hòu）來隨（suí）著高技術發展的需要（yào），在此基礎上又發展出性能高（gāo）的先進複合材料。20世（shì）紀40年（nián）代.玻璃纖維和合成樹脂大最商品化生產以後，纖維複合材料發（fā）展成為具有工程意義的材料。同時相（xiàng）應地開展了與之有關的科（kē）研工作。至60年代，在技術上臻於成熟，在許（xǔ）多領域開始取代（dài）金屬材料。隨著航天航空技術的發展，對結構材料要求比強度、比模量（liàng）.韌性、耐熱、抗（kàng）環境（jìng）能力和加工性能都好。針對（duì）不同需求，出現了高性能樹脂基先進複合（hé）材料（liào），標誌在性能上（shàng）區別於（yú）一般低性能的常用樹脂基複合材料。以後又陸續出現金屬篆和陶瓷葵先進複（fù）合材料。對結構用先進複合材料，各（gè）技術（shù）發達國家均提（tí）出研製開發目標。如日本通商（shāng）產業省製（zhì）定的下一代材料工業基礎發展計劃(1981 - 1988).對複合材料提出的要求（qiú）是:樹脂（zhī）基複合材料的耐熱性不低於250度 ,拉（lā）伸強度達到2.5GPa以上（shàng）;金屬基複合材料的耐熱性不低於450度，拉伸強度達到1. 5GPa以上。

         經過60年代（dài）末期使用，樹脂基（jī）高性能複合材料已用於製造軍用飛機的承力結構.近年來義逐步進人（rén）其他工業領域。其增強體纖維有碳纖維、芳（fāng）綸（lún）.或兩者混雜使用.樹脂基

主要（yào）是固化體係為1209度或170度的環氧樹脂，還有少最聚酰亞胺樹脂（zhī），以適應耐熱性（xìng）高達250度的要求。

         70年代末期發展的用高（gāo）強度、高（gāo）模量的耐熱纖維與金屬複合，持（chí）別是與輕金屬複合而成金屬基（jī）複合材料.克服了樹脂基複（fù）合材料耐熱性差和不導電、導熱性低等（děng）不足（zú）。金屬

基複合材料由於金屬（shǔ）基體的優良導電（diàn）和導熱性，加上纖維增（zēng）強體不僅提高了材料的強度（dù）和模（mó）量，而且降低了密度。此外，這種材料還具有耐疲（pí）勞、耐磨耗、高限尼、不吸潮、不放（fàng）氣和膨脹係數低等特點.已經廣泛用於航天舫空等尖端技術傾域，是理想的結（jié）構材料。

        80年代開始逐漸發展陶瓷基複合材料，采用纖維補強陶瓷基體以提（tí）高韌性。主要目標是希望用（yòng）以製造燃氣渦輪葉片和其他耐熱部件。