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復(fù)合材料航空航天等尖端技術(shù)所用材料基體 | |||
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復(fù)合材料是以一種材料為基體(Matrix),另一種材料為增強體(reinforcement)組合而成的材料。各種材料在性能上互相取長補短,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)細粒等。composite由兩個或多個不同物理相組成的一種固體材料。
復(fù)合材料使用的歷史可以追溯到古代。從古至今沿用的稻草增強粘土和已使用上百年的鋼筋混凝土均由兩種材料復(fù)合而成。20世紀(jì)40年代,因航空工業(yè)的需要,發(fā)展了玻璃纖維增強塑料(俗稱玻璃鋼),從此出現(xiàn)了復(fù)合材料這一名稱。50年代以后,陸續(xù)發(fā)展了碳纖維、石墨纖維和硼纖維等高強度和高模量纖維。70年代出現(xiàn)了芳綸纖維和碳化硅纖維。這些高強度、高模量纖維能與合成樹脂、碳、石墨、陶瓷、橡膠等非金屬基體或鋁、鎂、鈦等金屬基體復(fù)合,構(gòu)成各具特色的復(fù)合材料。
60年代,為滿足航空航天等尖端技術(shù)所用材料的需要,先后研制和生產(chǎn)了以高性能纖維(如碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維等)為增強材料的復(fù)合材料,其比強度大于4×106厘米(cm),比模量大于4×108cm。為了與第一代玻璃纖維增強樹脂復(fù)合材料相區(qū)別,將這種復(fù)合材料稱為先進復(fù)合材料。按基體材料不同,先進復(fù)合材料分為樹脂基、金屬基和陶瓷基復(fù)合材料。其使用溫度分別達250~350℃、350~1200℃和1200℃以上。先進復(fù)合材料除作為結(jié)構(gòu)材料外,還可用作功能材料,如梯度復(fù)合材料(材料的化學(xué)和結(jié)晶學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、空隙等在空間連續(xù)梯變的功能復(fù)合材料)、機敏復(fù)合材料(具有感覺、處理和執(zhí)行功能,能適應(yīng)環(huán)境變化的功能復(fù)合材料)、仿生復(fù)合材料、隱身復(fù)合材料等。
復(fù)合材料這個定義太廣了,原則上兩種或兩種以上不同的材料復(fù)合到一起都可以叫復(fù)合材料,常見的有鋁合金~~而平常所說的復(fù)合材料一般指纖維增強塑料,如:玻璃纖維/氈碳纖維,芳綸纖維、聚丙烯纖維等增強不飽和聚酯樹脂,酚醛樹脂,聚氨酯,環(huán)氧樹脂等
復(fù)合材料的主要應(yīng)用領(lǐng)域有:①航空航天領(lǐng)域。由于復(fù)合材料熱穩(wěn)定性好,比強度、比剛度高,可用于制造飛機機翼和前機身、衛(wèi)星天線及其支撐結(jié)構(gòu)、太陽能電池翼和外殼、大型運載火箭的殼體、發(fā)動機殼體、航天飛機結(jié)構(gòu)件等。②汽車工業(yè)。由于復(fù)合材料具有特殊的振動阻尼特性,可減振和降低噪聲、抗疲勞性能好,損傷后易修理,便于整體成形,故可用于制造汽車車身、受力構(gòu)件、傳動軸、發(fā)動機架及其內(nèi)部構(gòu)件。③化工、紡織和機械制造領(lǐng)域。有良好耐蝕性的碳纖維與樹脂基體復(fù)合而成的材料,可用于制造化工設(shè)備、紡織機、造紙機、復(fù)印機、高速機床、精密儀器等。④醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。碳纖維復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能和不吸收X射線特性,可用于制造醫(yī)用X光機和矯形支架等。碳纖維復(fù)合材料還具有生物組織相容性和血液相容性,生物環(huán)境下穩(wěn)定性好,也用作生物醫(yī)學(xué)材料。此外,復(fù)合材料還用于制造體育運動器件和用作建筑材料等。不同工藝不同原材料生產(chǎn)出來的復(fù)合材料也各不相同,ls說的碳纖維的球拍、火車車廂、船只、地鐵上的逃生平臺等。
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