复合材料是运用先进的材料制备技术将两种或几种不同性质的材料优化组合而成的新材料。通常是由起黏合作用的基体材料和起强化作用的增强材料复合而成，其每一组成相，都保留了它们各自的优点，从而得到比单一材料更优越的综合性能。
7.3.1 复合材料的特点
复合材料是一种各向异性的非均匀材料，与传统材料相比，具有以下特点：
（1）较大的比强度和比模量。比强度与比模量是指材料的强度、弹性模量与其相对密度之比。比强度大，零件自重小；比模量大，零件刚性好。复合材料的比强度和比模量比金属要高很多。部分金属材料与复合材料的性能比较见表7-8。
表7-8 部分金属材料与复合材料的性能比较
（2）抗疲劳性和减振性好。复合材料的纤维及基体能有效防止疲劳裂纹的扩展。纤维增强复合材料的基体中密布着大量细小纤维，当发生疲劳破坏时，裂纹的扩展要经历非常曲折和复杂的路径，且纤维与基体间的界面处能有效阻止疲劳裂纹的进一步扩展，因此疲劳强度很高。同时，复合材料的强度高、比模量大，具有良好的抗疲劳性和减振性。
（3）化学稳定性和耐热性好。复合材料具有较高的高温强度，良好的抗氧化、耐酸碱和油脂侵蚀性能。
（4）工作安全性好。复合材料每平方厘米截面上的独立纤维有几千甚至几万根，当构件过载并有少量纤维断裂后，会迅速重新分配应力，由未断裂的纤维来承载，使构件在短时间内不会失去承载能力，以提高构件使用的安全性。
7.3.2 复合材料的分类
1.按基体材料类型分类
（1）高分子基复合材料：以有机聚合物（主要为热固性树脂、热塑性树脂及橡胶）为基体制成的复合材料。
（2）金属基复合材料：以金属为基体制成的复合材料，如铝基复合材料、铁基复合材料等。
（3）无机非金属基复合材料：以陶瓷材料（也包括玻璃和水泥）为基体制成的复合材料。
2.按增强材料种类分类
（1）纤维增强复合材料：玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料、有机纤维（芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、高强度聚烯烃纤维等）复合材料、金属纤维（如钨丝、不锈钢丝等）复合材料等。
（2）层叠复合材料：如双金属和填充泡沫塑料等。
（3）粒子增强复合材料：如金属离子与塑料复合、陶瓷颗粒与金属复合等。
3.按用途分类
复合材料按用途可分为结构复合材料和功能复合材料。目前，结构复合材料占绝大多数，而功能复合材料更具有与其他功能材料竞争的优势。
（1）结构复合材料主要用作承力和次承力结构，要求它质量轻、强度和刚度高，且能耐受一定温度，在某种情况下还要求有膨胀系数小、绝热性能好或耐介质腐蚀等其他性能。
（2）功能复合材料指具有除力学性能以外其他物理性能的复合材料，即具有各种电学性能、磁学性能、光学性能、声学性能、摩擦性能、阻尼性能以及化学分离性能等的复合材料。
7.3.3 常用复合材料
常见的复合材料有纤维增强复合材料、颗粒复合材料和层叠复合材料。(www.xing528.com)
1.纤维增强复合材料
（1）玻璃纤维增强复合材料
玻璃纤维增强塑料通常称为玻璃钢。由于其成本低、工艺简单，所以是目前应用最广泛的复合材料。其强度高，抗拉强度可达1000～3000 MPa；弹性模量比金属低得多，为（3～5）×104 MPa；密度小，为2.5～2.7 g/cm3；化学稳定性好；不吸水、不燃烧、尺寸稳定、隔热、吸声、绝缘等。但脆性较大、耐热性低，250 °C以上开始软化。
（2）碳纤维增强复合材料
碳纤维是人造纤维（黏胶纤维、聚丙烯腈纤维等）在200～300 °C空气中加热并施加一定张力进行预氧化处理，然后在氮气的保护下于1000～1500 °C的高温中进行碳化处理而制得，其碳含量为85%～95%。由于其具有高强度，因而称高强度碳纤维，也称Ⅱ型碳纤维。在2500～3000 °C高温的氩气中进行石墨化处理，就可获得含碳量为98%以上的碳纤维，又称石墨纤维或高模量碳纤维，也称Ⅰ型碳纤维。
它与玻璃纤维相比，碳纤维具有密度小（1.33～2.0 g/cm3），弹性模量高（2.8×105～4×105 MPa）；高温及低温性能好，导电性好，化学稳定性高，摩擦因数小，自润湿性好；但脆性大、易氧化。
（3）硼纤维增强复合材料
硼纤维是用化学沉积法将非晶态的硼涂覆到钨丝上而制得的，具有高熔点（2300 °C）、高强度（2450～2750 MPa）、高弹性模量（3.8×105～4.9×105 MPa），良好的抗氧化性、耐蚀性。但密度大，直径较粗，生产工艺复杂，成本高，价格昂贵。
（4）碳化硅纤维增强复合材料
它是用碳纤维作底丝，通过气相沉积法而制得的，具有高熔点、高强度、高弹性模量。其突出的特点是具有优良的高温强度，在1100 °C时其强度仍高达2100 MPa。
（5）有机纤维增强复合材料
常用的是芳纶、聚芳酰胺纤维增强材料，它具有比强度、比模量高，其强度可达2800～3700 MPa；密度小，只有1.45 g/cm3；耐热性比玻璃纤维好。它还具有优良的抗疲劳性、耐蚀性、绝缘性和加工性。
2.粒子增强复合材料
（1）颗粒增强复合材料
金属陶瓷是常见的颗粒增强复合材料。硬质合金就是以TiC、WC（或TaC）等碳化物为基体，以金属Ni、Co为黏合剂，将它们用粉末冶金方法经烧结所形成的金属陶瓷。
（2）弥散强化复合材料
随着科学技术的进步，一大批新型复合材料将得到应用。例如，C/C复合材料、金属化合物复合材料、纳米复合材料、功能梯度复合材料、智能复合材料及体现复合材料“精髓”的“混杂”复合材料将得到发展及应用。21世纪将是复合材料大力发展的时代。
3.层叠复合材料
层叠复合材料是由两层或两层以上不同材料结合而成的。根据复合形式不同，层叠复合材料分为夹层结构的复合材料、双层金属复合材料、塑料-金属多层复合材料。夹层复合材料已经广泛应用于飞机机翼、火车车厢、船舶、运输容器等领域。
案例释疑
碳纤维复合材料的应用被搬进主流整车企业的议事日程。碳纤维是车身轻量化较好的材料，不仅强度高、刚度高，而且更加安全。目前，一部分车企已经将碳纤维复合材料应用于汽车车身以及其他零部件的制造中。碳纤维复合材料在汽车制造中用得比较多的还是零部件的制造，如碳纤维汽车后视镜壳、碳纤维汽车进气歧管、碳纤维汽车车门、碳纤维车牌框等。碳纤维复合材料在汽车制造业普及的重中之重是要想办法降低制造成本，提高生产工艺，图7-10为碳纤维汽车。
图7-10 碳纤维汽车
技能提升
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
