復合材料資訊導讀：復合材料是人們運用先進的材料制備技術將不同性質(zhì)的材料組分優(yōu)化組合而成的新材料。一般定義的復合材料需滿足以下條件:(i) 復合材料必須是人造的，是人們根據(jù)需要設計制造的材料;(ii) 復合材料必須由兩種或兩種以上化學、物理性質(zhì)不同的材料組分，以所設計的形式、比例、分布組合而成，各組分之間有明顯的界面存在;(iii)它具有結構可設計性，可進行復合結構設計;(iv) 復合材料不僅保持各組分材料性能的優(yōu)點，而且通過各組分性能的互補和關聯(lián)可以獲得單一組成材料所不能達到的綜合性能。
復合材料應用領域
航空航天領域
由于復合材料熱穩(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)星天線及其支撐結構、太陽能電池翼和外殼、大型運載火箭的 殼體、發(fā)動機殼體、航天飛機結構件等。
汽車工業(yè)
由于復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、受力構件、傳動軸、發(fā)動機架及其內(nèi)部構件。
化工、紡織和機械制造
有良好耐蝕性的碳纖維與樹脂基體復合而成的材料，可用于制造化工設備、紡織機、造紙機、復印機、高速機床、精密儀器等。
醫(yī)學領域
碳纖維復合材料具有優(yōu)異的力學性能和不吸收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)學材料。此外，復合材料還用于制造體育運動器件和用作建筑材料等。
復合材料性能
復合材料中以纖維增強材料應用最廣、用量最大。其特點是比重小、比強度和比模量大。例如碳纖維與環(huán)氧樹脂復合的材料，其比強度和比模量均比鋼和鋁合金大數(shù)倍，還具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性、減摩耐磨、自潤滑、耐熱、耐疲勞、耐蠕變、消聲、電絕緣等性能。石墨纖維與樹脂復合可得到熱膨脹系數(shù)幾乎等于零的材料。纖維增強材料的另一個特點是各向異性，因此可按制件不同部位的強度要求設計纖維的排列。
以碳纖維和碳化硅纖維增強的鋁基復合材料，在500℃時仍能保持足夠的強度和模量。碳化硅纖維與鈦復合，不但鈦的耐熱性提高，且耐磨損，可用作發(fā)動機風扇葉片。碳化硅纖維與陶瓷復合， 使用溫度可達1500℃，比超合金渦輪葉片的使用溫度（1100℃）高得多。
碳纖維增強碳、石墨纖維增強碳或石墨纖維增強石墨，構成耐燒蝕材料，已用于航天器、火箭導彈和原子能反應堆中。非金屬基復合材料由于密度小，用于汽車和飛機可減輕重量、提高速度、節(jié)約能源。用碳纖維和玻璃纖維混合制成的復合材料片彈簧，其剛度和承載能力與重量大5倍多的鋼片彈簧相當。
復合材料成型方法
復合材料的成型方法按基體材料不同各異。樹脂基復合材料的成型方法較多，有手糊成型、噴射成型、纖維纏繞成型、模壓成型、拉擠成型、RTM成型、熱壓罐成型、隔膜成型、遷移成 型、反應注射成型、軟膜膨脹成型、沖壓成型等。金屬基復合材料成型方法分為固相成型法和液相成型法。前者是在低于基體熔點溫度下，通過施加壓力實現(xiàn)成型，包括擴散焊接、粉末冶金、熱軋、熱拔、熱等靜壓和爆炸焊接等。后者是將基體熔化后，充填到增強體材料中，包括傳統(tǒng)鑄造、真空吸鑄、真空反壓鑄造、擠壓鑄造及噴鑄等、陶瓷基復合材料的成型方法主要有固相燒結、化學氣相浸滲成型、化學氣相沉積成型等。
復合材料分類種類
結構復合材料
結構復合材料是作為承力結構使用的材料，基本上由能承受載荷的增強體組元與能連接增強體成為整體材料同時又起傳遞力作用的基體組元構成。增強體包括各種玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金屬以及天然纖維、織物、晶須、片材和顆粒等，基體則有高聚物(樹脂)、金屬、陶瓷、玻璃、碳和水泥等。由不同的增強體和不同基體即可組成名目繁多的結構復合材料，并以所用的基體來命名，如高聚物(樹脂)基復合材料等。結構復合材料的特點是可根據(jù)材料在使用中受力的要求進行組元選材設計，更重要是還可進行復合結構設計，即增強體排布設計，能合理地滿足需要并節(jié)約用材。
功能復合材料
功能復合材料一般由功能體組元和基體組元組成，基體不僅起到構成整體的作用，而且能產(chǎn)生協(xié)同或加強功能的作用。功能復合材料是指除機械性能以外而提供其他物理性能的復合材料。如：導電、超導、半導、磁性、壓電、阻尼、吸波、透波、磨擦、屏蔽、阻燃、防熱、吸聲、隔熱等凸顯某一功能。統(tǒng)稱為功能復合材料。功能復合材料主要由功能體和增強體及基體組成。功能體可由一種或以上功能材料組成。多元功能體的復合材料可以具有多種功能。同時，還有可能由于復合效應而產(chǎn)生新的功能。多功能復合材料是功能復合材料的發(fā)展方向。
常用復合材料
常用復合材料如玻璃鋼，便是用玻璃纖維等性能較低的增強體與普通高聚物(樹脂)構成。由于它的價格低廉，得以大量發(fā)展，已廣泛用于船舶、車輛、化工管道和貯罐、建筑結構、體育用品等方面。
先進復合材料
先進復合材料指用高性能增強體如碳纖維、芳綸等于高性能耐熱高聚物構成的復合材料，后來又把金屬基、陶瓷基和碳(石墨)基以及功能復合材料包括在內(nèi)。它們的性能雖然優(yōu)良，但價格相對較高，主要用于國防工業(yè)、航空航天、精密機械、深潛器、機器人結構件和高檔體育用品等。復合汽車材料
車用復合材料的特點
一般稱為復合材料的是由纖維等增強材料與基底（母體）等2種或2種以上性質(zhì)不同的材料，通過各種工藝手段組合而成。它與纖維增強塑料（FRP）、纖維增強金屬（FRM）、金屬-塑料層疊材料等相當，具有質(zhì)量輕、強度高、剛度好的特點，這些復合材料在汽車零部件上應用很盛行。汽車中的金屬基復合材料
MMC用于汽車工業(yè)主要是顆粒增強和短纖維增強的鋁基復合材料。MMC具有高的比強度和比剛度、耐磨性好、導熱性好及熱膨脹系數(shù)低等特性，已在工業(yè)中得到了較為廣泛的應用。應用于汽車工業(yè)的MMC為鋁或鎂基質(zhì)加粉末或碎屑纖維增強。在汽車制動盤、制動鼓、制動鉗、活塞、傳動軸以及輪胎螺栓上，采用MMC制造。目前，鋁基復合材料一般采用鋁硅合金。常用的填充增強劑有陶瓷纖維和微粒等。它與鋁合金相比具有質(zhì)量輕、比強度高和彈性模量高、耐熱性和耐磨性好等優(yōu)點，是汽車輕量化的理想材料。
復合材料與車身懸架系統(tǒng)
20世紀60年代以后，由于復合材料的深入研究，比如玻璃纖維增強材料、碳纖維增強材料及高彈性基體復合材料的出現(xiàn)，使大幅度降低整車質(zhì)量成為可能。其中，玻璃纖維增強材料被較多的采用，原因是雖然碳纖維增強復合材料力學性質(zhì)穩(wěn)定，然而其價格昂貴，從經(jīng)濟性考慮，盡量多的使用玻璃纖維增強材料是一條設計準則。在最近幾年的車身制造業(yè)中，許多汽車公司開始大量使用一種叫SMC鈑金復合成型的復合材料，低密度SMC的密度只有1.3g/cm，而它的熱膨脹系數(shù)卻與鋼鐵一樣，同時，它在耐腐蝕、抗損傷以及聲學性質(zhì)上均優(yōu)于鋼鐵。比如雪弗蘭的車型C5卡福特的金屬車頂，自1999年出產(chǎn)以后，取得了巨大的商業(yè)成功。這個長140 cm，寬1.47 cm，頂部厚度0.168 cm，內(nèi)板厚0.178 cm的框架頂部是普通SMC，側面及內(nèi)板由低密度SMC構成，它僅重10.5 kg。然而，SMC也有缺點，它的價格比較昂貴，同時在抗磨損的性能上比不上碳纖維復合材料。另外，高溫時，會部分喪失承載能力。針對這些弱點，許多新型的SMC被開發(fā)出來，其中，SMC3374是 一種較典型的材料，它的密度仍然維持在1.3 g/cm左右，然而它在93.3℃能夠保持住75%的力學性能，與原來的SMC只能在65.5℃保持有了明顯的提高。因此，在2001奧德汽車極光，龐帝阿克-邦奈威勒2000以及2000別克-薩羅上，都采用了SMC3374材料。
從以上的分析不難看出，SMC僅適用于制造車身上溫度不高且承受的載荷不大的區(qū)域，比如頂部和側面。而底部以及高溫區(qū)域，就需要能夠抗高溫和耐高壓的復合材料了。
復合材料與未來汽車
未來的汽車是屬于適應環(huán)境保護的綠色汽車，因而在此不可避免的要提到復合材料的環(huán)保意識。復合材料能提高材料性能，延長使用期，加強功能性，這些都是對環(huán)境有利的特性。但應認真對待并努力克服復合材料的再生問題，使復合材料朝著環(huán)境協(xié)調(diào)化的方向發(fā)展。復合材料零件的再生利用是非常難的事，會對環(huán)境產(chǎn)生些不利的影響。如目前發(fā)展最快、應用最高的聚合物基復合材料中絕大多數(shù)屬易燃物，燃燒時會放出大量有毒氣體，污染環(huán)境；且在成型時，基體中的揮發(fā)成分即溶劑會擴散到空氣中，造成污染。復合材料使用本身就是多種組分材料構成，屬多相材料，難以粉碎、磨細、熔融及降解，復合零件首先分解成單一材料的零件，然而這種分解工藝成本和再生成本較高，而且要使其恢復原有性能十分困難。因此再生利用的主要條件之一是零件容易拆卸，盡可能是單一品種材料，即便是復合材料也要盡量使用復合性少的材料。
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