材料的復(fù)合化是社會(huì)科技、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì)之一。古代就出現(xiàn)了原始型的復(fù)合材料,19世紀(jì)末復(fù)合材料開(kāi)始進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)階段。20世紀(jì)60年代由于高技術(shù)的發(fā)展,對(duì)材料性能的要求日益提高,單質(zhì)材料很難滿(mǎn)足性能的綜合要求和高指標(biāo)要求。復(fù)合材料因具有可設(shè)計(jì)性的特點(diǎn)受到各發(fā)達(dá)國(guó)家的重視,因而發(fā)展很快,開(kāi)發(fā)出許多性能優(yōu)良的先進(jìn)復(fù)合材料,成為航空、航天工業(yè)的首要關(guān)鍵材料。這些成果在包裝領(lǐng)域也得到發(fā)展。復(fù)合材料與金屬、陶瓷、高聚物等材料并列為重要材料,當(dāng)今,國(guó)際上普遍認(rèn)同的觀(guān)點(diǎn)是:在材料科學(xué)領(lǐng)域內(nèi),21世紀(jì)將進(jìn)入復(fù)合材料時(shí)代。
復(fù)合材料包括的類(lèi)型、品種很多,在上述材料中已有介紹,本節(jié)將介紹復(fù)合材料中的一部分新材料、新工藝,復(fù)合材料未來(lái)的發(fā)展及前景展望。
復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上異質(zhì)、異形、異性的材料復(fù)合形成的新型材料。一般由基體組元與增強(qiáng)體或功能組元所組成。復(fù)合材料可經(jīng)設(shè)計(jì),即通過(guò)對(duì)原材料的選擇、各組分分布設(shè)計(jì)和工藝條件的保證等,使原組分材料優(yōu)點(diǎn)互補(bǔ),因而呈現(xiàn)出特有的綜合性能。
復(fù)合材料按性能高低分為常用復(fù)合材料和先進(jìn)復(fù)合材料。先進(jìn)復(fù)合材料是以碳、芳綸、陶瓷等高性能增強(qiáng)體與耐高溫的高聚物、金屬、陶瓷和碳(石墨)等構(gòu)成的復(fù)合材料。這類(lèi)材料往往用于各種高技術(shù)領(lǐng)域中用量少而性能要求高的條件下。
復(fù)合材料按用途可分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料。目前結(jié)構(gòu)復(fù)合材料在應(yīng)用領(lǐng)域占絕大多數(shù),而功能復(fù)合材料尚處于研發(fā)初期,但發(fā)展前景廣闊。未來(lái)將形成結(jié)構(gòu)復(fù)合材料與功能復(fù)合材料并重的局面,而且功能復(fù)合材料更具有與其他功能材料競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)。這里只介紹結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中的主要品種。
結(jié)構(gòu)復(fù)合材料主要用作承力和次承力結(jié)構(gòu),要求它質(zhì)量輕、強(qiáng)度和剛性高,且能耐受一定溫度,在某種環(huán)境中還要求膨脹系數(shù)小、絕熱性能好或耐介質(zhì)腐蝕等其他性能。
結(jié)構(gòu)復(fù)合材料基本上由增強(qiáng)體與基體組成。增強(qiáng)體承擔(dān)結(jié)構(gòu)使用中的各種載荷,基體則起到黏接增強(qiáng)體,予以賦形并傳遞應(yīng)力和增韌的作用。復(fù)合材料所用基體主要是有機(jī)聚合物,也有少量金屬、陶瓷、水泥及碳(石墨)等。結(jié)構(gòu)復(fù)合材料通常按不同的基體來(lái)分類(lèi)。
下面介紹結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中的主要構(gòu)成與品種。
1.高性能增強(qiáng)體
增強(qiáng)體是高性能結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的關(guān)鍵組分,在復(fù)合材料中起著增加強(qiáng)度、改善性能的作用。增強(qiáng)體按來(lái)源區(qū)分有天然與人造兩類(lèi),而今天然增強(qiáng)體已很少使用。按形態(tài)區(qū)分則有顆粒狀(零維)、纖維狀(一維)、片狀(二維)、立體編織物(三維)等幾類(lèi)。一般按化學(xué)特征來(lái)區(qū)分,可分為無(wú)機(jī)非金屬類(lèi)(共價(jià)鍵)、有機(jī)聚合物類(lèi)(共價(jià)鍵、高分子鏈)和金屬類(lèi)(金屬鍵)。雖然可用作增強(qiáng)體的材料品目繁多,但是先進(jìn)復(fù)合材料必須用高性能纖維及用這些纖維制成的二維、三維織物作為增強(qiáng)體。高強(qiáng)度碳纖維和高模量碳纖維是出類(lèi)拔萃的,碳化硅纖維、硼纖維和有機(jī)聚合物的聚芳酰胺、超高分子量聚乙烯與聚苯并雙唑等纖維也具有很好的力學(xué)性能。典型的高性能纖維增強(qiáng)體介紹如下。
眉州優(yōu)樂(lè)果水果包裝箱設(shè)計(jì)
好蘋(píng)壹佰蘋(píng)果包裝盒設(shè)計(jì)
阿城農(nóng)場(chǎng)有機(jī)稻花香米產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)
(1)碳纖維。碳纖維是先進(jìn)復(fù)合材料最常用的增強(qiáng)體。一般采用有機(jī)先驅(qū)體進(jìn)行穩(wěn)定化處理,再在1000℃以上高溫和惰性保護(hù)氣氛下碳化,成為具有六元環(huán)碳結(jié)構(gòu)的碳纖維。這樣的碳纖維強(qiáng)度很高,但還不是完整的石墨結(jié)構(gòu),即雖然六元環(huán)平面基本上平行于纖維軸向,但石墨晶粒較小。碳纖維進(jìn)一步在保護(hù)氣氛下經(jīng)過(guò)2800℃~3000℃處理,就可以提高結(jié)構(gòu)的規(guī)整性,晶粒成為石墨纖維,此時(shí)纖維的彈性模量進(jìn)一步提高,但強(qiáng)度卻有所下降。商品碳纖維的強(qiáng)度可達(dá)3.5GPa以上,模量則為200GPa以上,最高可達(dá)920GPa。
(2)高強(qiáng)有機(jī)纖維。高強(qiáng)、高模有機(jī)纖維通過(guò)兩種途徑獲得。一是由分子設(shè)計(jì)并借助相應(yīng)的合成方法制備具有剛性棒狀分子鏈的聚合物,例如,聚芳酰胺、聚芳酯和芳雜環(huán)類(lèi)聚合物經(jīng)過(guò)干濕法、液晶紡絲法制成分子高度取向的纖維。二是合成超高分子量的柔性鏈聚合物,如聚乙烯。由分子中的C-C鏈伸直,提供強(qiáng)度和模量。這兩類(lèi)有機(jī)纖維均可批量生產(chǎn),其中以芳酰胺產(chǎn)量最大。
芳酰胺的性能以Kevlar—49為例(杜邦公司生產(chǎn)),強(qiáng)度為2.8GPa,模量為10*10*10*10GPa芳酰胺。雖然比不上碳纖維,但由于其密度僅為1.45g/Cm3,比碳纖維的1.8~1.9/cm3低,因此在比強(qiáng)度和比模量上略有補(bǔ)償。超高分子聚乙烯纖維也有一定規(guī)模的產(chǎn)量,而且力學(xué)性能較好,強(qiáng)度為4.4GPa、模量為157GPa、密庋為0.97g/CM3,但其耐溫性較差,影響了它在復(fù)合材料中的廣泛使用。
(3)無(wú)機(jī)纖維。無(wú)機(jī)纖維的特點(diǎn)是高熔點(diǎn),特別適合與金屬基、陶瓷基或碳基形成復(fù)合材料。中期工業(yè)化生產(chǎn)的是硼纖維,它借助化學(xué)氣相沉積(CVD)的方法,形成直徑為50~315pm的連續(xù)單絲。硼纖維強(qiáng)度為3.5GPa,模量約400GPa,密度約2.5g/cm3。這種纖維價(jià)格昂貴,現(xiàn)階段很難為市場(chǎng)接受。取而代之的是碳化硅纖維,它也用CVD法生產(chǎn),但其芯材已由鎢絲改用碳絲,形成直徑為100~150um的單絲,其強(qiáng)度為3.4GPa、模量為400GPa、密度為3.1g/cm3。另一種碳化硅纖維是用有機(jī)體的先驅(qū)纖維燒制成的。該種纖維直徑僅為10~15um,強(qiáng)度為2.5~2.9GPa,模量為190GPa,密度為2.55g/Cm3。無(wú)機(jī)纖維類(lèi)還包括氧化鋁纖維、氮化硅纖維等,但產(chǎn)量一般較小。
2.聚合物基復(fù)合材料
聚合物基復(fù)合材料是目前復(fù)合材料的主要品種,其產(chǎn)量大大超過(guò)其他基體的復(fù)合材料。習(xí)慣上常把橡膠基復(fù)合材料劃入橡膠材料中,所以聚合物基體一般僅指熱固性聚合物(樹(shù)脂)與熱塑性聚合物。
熱固性樹(shù)脂是由某些低分子的合成樹(shù)脂(固態(tài)或液態(tài))在加熱、固化劑或紫外光等作用下,發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)并經(jīng)過(guò)凝膠化階段和固化階段形成不熔、不溶的固體,因此必須在原材料凝膠化之前成形,否則就無(wú)法加工。這類(lèi)聚合物耐溫性較高,尺寸穩(wěn)定性也好,一旦成形后就無(wú)法重復(fù)加工。
熱塑性聚合物,即通稱(chēng)的塑料,該種聚合物(基本上是線(xiàn)型聚合物)在加熱至一定溫度時(shí)可以軟化甚至流動(dòng),從而在壓力和模具的作用下成形,并在冷卻后硬化固定。這類(lèi)聚合物一般軟化點(diǎn)較低(現(xiàn)已有高軟化點(diǎn)的品種),容易變形,但可再加工使用?,F(xiàn)分述如下。
(1)熱固性聚合物基復(fù)合材料。熱固性樹(shù)脂在初始階段流動(dòng)性很好,容易浸透增強(qiáng)體,同時(shí)工藝過(guò)程比較容易控制,因此這類(lèi)復(fù)合材料成為當(dāng)今商業(yè)化的主要品種。熱固性樹(shù)脂早期有酚醛樹(shù)脂,隨后有不飽和聚酯樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂,近來(lái)又發(fā)展了性能更好的雙馬樹(shù)脂和聚酰亞胺樹(shù)脂。這些樹(shù)脂幾乎適合于各種類(lèi)型的增強(qiáng)體。它們雖可以濕法成形(即浸漬后立即加工成形),但通常都先制成預(yù)浸料(包括預(yù)浸絲、布、帶、片狀和塊狀模塑料等),使浸入增強(qiáng)體的樹(shù)脂處于半凝膠化階段,在低溫保存條件下限制固化反應(yīng)的發(fā)展,并應(yīng)在一定期間內(nèi)進(jìn)行加工。所用的加工工藝有手工鋪設(shè)法、模壓法、纏繞法、擠拉法、熱壓罐法、真空袋法及最近才發(fā)展的樹(shù)脂傳遞模塑法(RTM)和增強(qiáng)式反應(yīng)注射成形法(RRIM)等。各種熱固性樹(shù)脂的固化反應(yīng)機(jī)理各不相同,根據(jù)使用要求的差異,采用的固化條件也有很大差別。一般的固化條件有室溫固化、中溫固化(120℃左右)和高溫固化(170℃以上)。目前較好的一類(lèi)樹(shù)脂體系(包括固化劑、促進(jìn)劑等助劑)可以低溫成形,然后在脫離模具的自由狀態(tài)下加熱后固化定型。典型的樹(shù)脂基體如下。
?環(huán)氧樹(shù)脂。環(huán)氧樹(shù)脂是目前聚合物基復(fù)合材料中最普遍使用的樹(shù)脂基體。環(huán)氧樹(shù)脂的種類(lèi)很多,適合作為復(fù)合材料基體的有雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂、多官能團(tuán)環(huán)氧樹(shù)脂和酚醛環(huán)氧樹(shù)脂三種。其中多官能團(tuán)環(huán)氧樹(shù)脂的玻璃化溫度較高,耐溫性好;酚醛環(huán)氧固化后的變聯(lián)密度大,因此力學(xué)性能較好。環(huán)氧樹(shù)脂與增強(qiáng)體的黏接力強(qiáng)、固化時(shí)收縮少,基本上不放出低分子揮發(fā)物,因此尺寸穩(wěn)定性好。但環(huán)氧樹(shù)脂的耐溫性不僅取決于本身結(jié)構(gòu),很大程度上還依賴(lài)于使用的固化劑和固化條件。例如,用脂肪族多元胺作為固化劑可在低溫下固化,但耐溫性很差。如果用芳香族多元胺和酸酐作固化劑,并在高溫下固化(100℃~150℃),則最高可耐250℃的溫度,這表明耐溫性也取決于固化溫度。在正常使用中,環(huán)氧基復(fù)合材料可在-55℃~177℃的溫度范圍內(nèi)使用,并有很好的耐化學(xué)品腐蝕性和電絕緣性。
?熱固性聚酰亞胺樹(shù)脂。聚酰亞胺聚合物有熱塑性和熱固性?xún)煞N,均可作為復(fù)合材料基體。目前已正式付之應(yīng)用且耐溫性最好的是熱固性聚酰亞胺基體的復(fù)合材料。熱固性聚酰亞胺經(jīng)固化后,與熱塑性聚合物一樣在主鏈上帶有大量芳雜環(huán)結(jié)構(gòu)。此外,由于其分子鏈端頭上帶有不飽和鏈而發(fā)生加成反應(yīng),變成交聯(lián)型聚合物,這樣就大大提高了其耐溫性和熱穩(wěn)定性。聚酰亞胺聚合物是用芳香族四羧酸二酐(或二甲酯)與芳香族二胺通過(guò)酰胺化和亞胺化獲得的,熱固性聚酰亞胺則是在上述合成過(guò)程中加入某些不飽和二羧酸酐(或單酯)作為封頭的鏈端基制成的。最近用N.炔丙基作為端基的樹(shù)脂(AL-600)制成的復(fù)合材料,可在316℃時(shí)保持76%的彎曲強(qiáng)度。這類(lèi)樹(shù)脂基的復(fù)合材料可在260℃以下長(zhǎng)期使用。但是該種復(fù)合材料需在高壓(1.0~1.5MPa)和高溫(270℃-34℃)下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的固化,這使其難以大規(guī)模商業(yè)化。
(2)熱塑性聚合物基復(fù)合材料。熱塑性聚合物基復(fù)合材料發(fā)展較晚,從目前產(chǎn)量來(lái)看,還比不上熱固性復(fù)合材料,但這類(lèi)復(fù)合材料具有不少熱固性材料所不具備的優(yōu)點(diǎn),因此其產(chǎn)量一直在快速增長(zhǎng)。首先是聚合物本身的斷裂韌性好,提高了復(fù)合材料的抗沖擊性能;其次是吸濕性低,可改善復(fù)合材料的耐環(huán)境能力;最突出的是可以重復(fù)再加工,而且工藝過(guò)程短,成形效率高。
可以作復(fù)合材料基體的熱塑性聚合物品種很多,包括各種通用塑料(如聚丙烯、聚氯乙烯等)、工程塑料(如尼龍、聚碳酸酯等)以及特種耐高溫的聚合物等。生產(chǎn)熱塑性聚合物基復(fù)合材料,必須先將聚合物基體與各種增強(qiáng)體制成連續(xù)的片(布)狀、帶狀和粒狀預(yù)浸料,才能進(jìn)一步加工成各種形狀的復(fù)合材料構(gòu)件。特別是粒狀預(yù)浸料可使用塑料加工設(shè)備,如擠出機(jī)和注射成形機(jī)。然而由于熱塑性聚合物在熔融狀態(tài)下的黏度也很高,因此帶來(lái)預(yù)浸的難度?,F(xiàn)用的預(yù)浸方法如下。
①薄膜法,將聚合物膜與增強(qiáng)體無(wú)緯布、織物、氈等交替層疊,再用熱滾筒或熱履帶熟壓成連續(xù)片材。
②溶液法,用溶劑溶解聚合物后浸漬增強(qiáng)體,然后將溶劑揮發(fā)制成預(yù)浸料。
③熔融法,以聚合物熔體對(duì)增強(qiáng)體進(jìn)行浸漬。
④粉末法,將聚合物磨細(xì),以流態(tài)床法或靜電吸附法將其附著在增強(qiáng)體周?chē)?,然后再熱壓使之熔化浸漬。
⑤纖維法,將聚合物先紡成纖維,再與增強(qiáng)體交織,然后熱壓。
⑥造粒法,螺桿擠出機(jī)的螺桿將聚合物熔體與切短的增強(qiáng)體混合,由模口擠出細(xì)條狀,再切成粒料。
熱塑性聚合物基復(fù)合材料的主要品種如下。?聚丙烯基復(fù)合材料。聚丙烯是通用大品種塑料,產(chǎn)量很大,有較好的使用和加工性能。用作復(fù)合材料基體的聚丙烯一般為半結(jié)晶的有規(guī)立構(gòu)體,熔點(diǎn)為176℃,所用的增強(qiáng)體主要是廉價(jià)的玻璃纖維,有時(shí)也加入一些無(wú)機(jī)填料,以滿(mǎn)足性能價(jià)格比的要求。采用造粒法制備預(yù)浸料(纖維體積分?jǐn)?shù)一般低于40%),制成的復(fù)合材料比未增強(qiáng)塑料的相應(yīng)性能提高一倍左右,同時(shí)制品收縮率低、熱穩(wěn)定性明顯提高(變形溫度可達(dá)150℃)。由于該種復(fù)合材料原料來(lái)源豐富,力學(xué)及電學(xué)性能良好,特別是價(jià)格相對(duì)低廉、加工方便,因此受到青睞。?聚酰胺基復(fù)合材料。聚酰胺商品名為尼龍,是常用的工程塑料,具有半結(jié)晶結(jié)構(gòu)。聚酰胺的品種較多,用于復(fù)合材料的為尼龍。(己二胺和己二酸的縮合物)。聚酰胺可以與各種增強(qiáng)體進(jìn)行復(fù)合,多數(shù)仍是玻璃纖維布。用熔融法制成的片材(GMT)可以沖壓成形。聚酰胺塑料本身就具有良好的強(qiáng)韌性,且有耐磨自潤(rùn)滑性能,特別是耐油、抗化學(xué)腐蝕性很強(qiáng),制成復(fù)合材料后,力學(xué)性能和耐熱性進(jìn)一步提高,并保留其他優(yōu)點(diǎn)。?聚醚醚酮基復(fù)合材料。聚醚醚酮是近年發(fā)展起來(lái)的耐高溫工程塑料。它是一種結(jié)晶度較高的聚合物,各種性能均很好,特別是耐溫性。它適合制作高性能復(fù)合材料制品,基本上是與碳纖維或芳酰胺纖維采用薄膜疊層法復(fù)合制成預(yù)浸料,然后經(jīng)剪裁放入模具中熱壓成形。這種復(fù)合材料的熱變形溫度為300℃,在20℃以上能保持良好的力學(xué)性能,例如,用60%單向碳纖維增強(qiáng),強(qiáng)度可達(dá)1.8GPa,模量為120GPa。另外它還具有阻燃性和抗輻射性。
3.金屬基復(fù)合材料
金屬基復(fù)合材料是20世紀(jì)60年代末才發(fā)展起來(lái)的。它的出現(xiàn)彌補(bǔ)了聚合物基復(fù)合材料的不足,如耐溫性較差(一般不能超過(guò)300℃),在高真空條件下(如太空)容易釋放小分子而污染周?chē)钠骷?,以及不能滿(mǎn)足材料導(dǎo)電和導(dǎo)熱需要等。
金屬基復(fù)合材料一般按增強(qiáng)體形式來(lái)分類(lèi),如顆粒增強(qiáng)、短纖維與晶須增強(qiáng)及連續(xù)纖維增強(qiáng)等。其典型品種如下。
(1)顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料是金屬基復(fù)合材料中最成熟的一個(gè)品種,國(guó)外(如美國(guó)、加拿大)已有批量生產(chǎn)。該種復(fù)合材料所用的增強(qiáng)體主要為碳化硅和氧化鋁,亦有少量氧化鈦和硼化鈦等顆粒(粒徑一般為10um左右)?;w可以是純鋁,但大多數(shù)為各種鋁合金(包括高性能的鋁鋰合金)。顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的成形方法有兩種。
?粉末冶金法,即將顆粒與鋁合金粉混合,按常規(guī)粉末冶金法加工。但是成本較高,影響了該方法的發(fā)展。
?各種液相復(fù)合法,該方法(特別是攪拌法)可以規(guī)模生產(chǎn),成本相對(duì)較低,但顆粒體積分?jǐn)?shù)一般不超過(guò)25%,工藝過(guò)程控制較難,且制品質(zhì)量穩(wěn)定性也比粉末冶金法差。
此種復(fù)合材料的性能比原基體合金有明顯提高。此外,耐磨性、尺寸穩(wěn)定性、耐熱性也比原合金有很大改善。
(2)晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。晶須不僅本身的力學(xué)性能優(yōu)越,而且有一定的長(zhǎng)徑比,因此比顆粒對(duì)金屬基體的增強(qiáng)效果更顯著。所用的晶須主要為碳化硅晶須,其性能雖然好,但價(jià)格昂貴。最近發(fā)展的硼酸鋁晶須性能與碳化硅晶須相當(dāng),而價(jià)格僅為后者的1/10,但須改善其與鋁基體產(chǎn)生反應(yīng)的問(wèn)題(尤其是鋁合金中含鎂時(shí)更為嚴(yán)重)。晶須增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料的制備工藝,可用上述粉末冶金法和液態(tài)復(fù)合法的擠壓鑄造和真空——壓力浸滲工藝,使晶須在復(fù)合材料中分布均勻。晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的性能以20%碳化硅晶須增強(qiáng)6061鋁合金為例,其強(qiáng)度為608MPa,模量為122GPa,可以看出,其增強(qiáng)效果比顆粒強(qiáng)。
(3)纖維增強(qiáng)鈦合金及金屬間化合物基復(fù)合材料。這是用于需要有一定耐溫性與輕質(zhì)高強(qiáng)度要求的材料,可用于如制造噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片等高溫結(jié)構(gòu)件。目前碳芯碳化硅連續(xù)纖維(scs型)增強(qiáng)鈦及鈦?鋁金屬間化合物已進(jìn)入實(shí)用階段。該種復(fù)合材料采用等離子噴涂工藝把金屬熔噴在已排列好的纖維上,制成單層片的復(fù)合材料,然后把層片按設(shè)計(jì)需要鋪設(shè)疊層,再用熱等靜壓法成形。這種工藝的制品質(zhì)量可靠,成本也較合適,纖維的存在明顯改善了金屬間化合物的脆性。
4.無(wú)機(jī)非金屬基復(fù)合材料
無(wú)機(jī)非金屬基復(fù)合材料包括陶瓷基復(fù)合材料、碳基復(fù)合材料和水泥基復(fù)合材料。盡管這些材料目前產(chǎn)量很小,但陶瓷基和碳基復(fù)合材料是耐高溫及高力學(xué)性能的首選材料,碳/碳復(fù)合材料是目前耐溫最高的材料。水泥基復(fù)合材料則在建筑材料中越來(lái)越顯示其重要性,預(yù)計(jì)將會(huì)有可觀(guān)的產(chǎn)量。
(1)陶瓷基復(fù)合材料。陶瓷基復(fù)合材料的基體包括陶瓷、玻璃和玻璃陶瓷。雖然各種增強(qiáng)體均可應(yīng)用于該材料,但由于工藝條件關(guān)系,主要使用的增強(qiáng)體是晶須和顆粒。陶瓷基復(fù)合材料中,以高溫多晶(或非晶)陶瓷為基體的耐溫性最好(1000℃~1400℃),玻璃和玻璃陶瓷為基體的復(fù)合材料承受溫度則不能超過(guò)1000℃。陶瓷基復(fù)合材料的復(fù)合工藝有:@類(lèi)似傳統(tǒng)的陶瓷成形工藝;②適合于連續(xù)纖維增強(qiáng)的方法為有機(jī)先驅(qū)體法;③氣相浸滲法和原位生長(zhǎng)法等。
(2)碳基復(fù)合材料。碳基復(fù)合材料是以碳為基體,碳或其他物質(zhì)為增強(qiáng)體組合成的復(fù)合材料。主要的碳/碳復(fù)合材料是耐溫性最好的材料,其強(qiáng)度隨溫度升高而增加,在2500℃左右達(dá)到最大值。同時(shí)它有良好的抗燒蝕性能和抗熱震性能。但是碳/碳復(fù)合材料不能在氧化性氣氛下耐受高溫,因此它的抗氧化措施是當(dāng)前須解決的難點(diǎn)。碳/碳復(fù)合材料的成形工藝分為氣相沉積法和浸漬法,后者容易致密化。其性能主要取決于增強(qiáng)體,所用的增強(qiáng)體為碳纖維的三維編織物,但也用二維布層疊后穿刺或用碳?xì)帧?/p>
另一大類(lèi)功能復(fù)合材料,目前正處于發(fā)展的起步階段(這里不作具體介紹)。功能復(fù)合材料,是指除力學(xué)性能以外還提供其他物理性能的復(fù)合材料,是由功能體(提供物理性能的基本組成單元)和基體組成的?;w除了起賦形的作用外,某些情況下還能起到協(xié)同和輔助的作用。功能復(fù)合材料品種繁多,包括具有電、磁、光、熱、聲、機(jī)械(指阻尼、摩擦)等功能的各種材料。
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