什么是复合材料,最准确的定义是什么

复合材料是由两种或两种以上的不同材料组合而成的机械工程材料.各种组成材料在性能上能互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料,从而满足各种不同的要求.复合材料的组成包括基体和增强材料两个部分.非金属基体主要有合成树脂、碳、石墨、橡胶、陶瓷；金属基体主要有铝、镁、铜和它们的合金；增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维等有机纤维和碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝及硬质细粒等.
复合材料的历史可追溯很远,如从古沿用迄今的稻草增强粘土,和已使用上百年的钢筋混凝土,就是由两种不同材料复合而成.
20世纪20年代以后发展起来的铜-钨和银-钨电触头材料,碳化钨-钴基硬质合金,和其他粉末烧结材料,其实质也是复合材料.40年代,因航空工业的需要,发展了玻璃纤维增强塑料(俗称玻璃钢)的雷达罩,从此出现了复合材料这一名称.
50年代以后陆续发展了碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度、高模量纤维；70年代又出现了芳香族聚酰胺纤维(简称芳纶纤维),如聚对苯甲酰胺纤维和碳化硅纤维.这些高强度、高模量纤维能与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体,或铝、镁、钛等金属基体复合而成各具特点的材料,为了区别于一般玻璃纤维增强材料,这种材料称为高级复合材料.
复合材料根据其组成可分为金属与金属复合材料；金属与非金属复合材料；非金属与非金属复合材料三种.根据结构特点又可分为纤维复合材料、层叠复合材料、细粒复合材料和骨架复合材料.
纤维复合材料通常是置纤维状材料于基体内组成,如纤维增强塑料、纤维增强金属等；层叠复合材料是由两种或两种以上不同材料叠合而成,如用两种具有不同膨胀系数的金属,复合而成的能指示温度变化的热工仪表材料等；细粒复合材料是将硬质细粒均匀分布于基体中,如弥散强化合金、金属陶瓷；骨架复合材料是在连续多孔的结构材料中填充其他材料,或由面板和芯子组成的夹层结构材料等.其他如定向共晶复合材料,是在特定的熔炼或液体金属凝固条件下,基体内部生成定向的纤维状结构而得,故亦称自增强纤维复合材料.
复合材料中以纤维增强材料应用最广、用量最大.其特点是比重小、比强度和比模量大.例如碳纤维与环氧树脂复合的材料,其比强度和比模量均较高强度钢和铝合金大数倍,还具有优良的化学稳定性、减摩耐磨、自润滑、耐热、耐疲劳、耐蠕变、消音、电绝缘等性能.再如,石墨纤维与树脂复合,可得到膨胀系数几乎等于零的材料.
纤维增强复合材料的另一特点是各向异性,因此可按制件不同部位的强度要求设计纤维的排列.如以碳纤维或碳化硅纤维增强的铝基复合材料,在500℃时仍能保持足够的强度和模量,比未增强的铝好得多；碳化硅纤维与钛复合,不但钛的耐热性提高,且耐磨损,可用作发动机风扇叶片；碳化硅纤维与氮化硅陶瓷复合,使用温度可达1500℃,比超合金涡轮叶片的使用温度高很多.
非金属基复合材料由于密度小,用于汽车可减轻重量、提高车速、节约能源.如用碳纤维增强塑料制成的车身和发动机罩,其重量可比金属制的轻一半以上；用碳纤维与玻璃纤维混合制成的复合材料片弹簧,其刚度和承载能力与重量大五倍多的钢片弹簧相等.
复合材料中应用最广的是玻璃纤维增强复合材料,其次是碳纤维、石墨纤维、硼纤维、芳纶纤维和碳化硅等增强的复合材料.高级复合材料由于价格昂贵,主要用于军工、航天、原子能等尖端技术,民用方面除高级运动器材和关键性机械零部件外,其他还很少正式采用.
复合材料范围广,品种多,性能优异,有很大的发展前途.玻璃纤维增强热固性塑料中的片状模塑料发展很快,已出现了许多分支,其制品已由非受力件扩大到受力件如传动支架等.玻璃纤维增强热塑性塑料的用途越来越广,其发展速度在有的国家已超过热固性的增长率.
高级复合材料的发展方向是降低成本,扩大应用范围.用两种或两种以上的不同纤维作为增强材料,不但可降低成本,且其混合效应超过一般的混合规律.航空中的基本结构件、工业用机器人、晦洋开发用的结构材料、汽车片弹簧和驱动轴等,将越来越多地采用混合纤维增强复合材料.
定向凝固的铸造复合材料如碳化钽与镍或钴、碳化铌与铌等的共晶复合材料,以及无机纤维增强陶瓷复合材料,使用温度均超过现有的耐热合金,也将得到发展.碳纤维与铜的复合材料可用作低电压、大电流电机和超导等特殊电机的电刷材料,耐磨减摩和电子材料.
在成型工艺方面,增强反应注射成型、反应注射成型、弹性贮存成型和真空浸清成型等均已获得发展.功能复合材料将多种功能集于一身,如将光电材料与电磁材料复合成光磁复合材料.这种材料在功能转换器件中很有发展前途.
参考：复材中国
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