复合材料

由两个或多个相组成的混合物。一般至少含有两个相,一为分散相,另一为连续相(也称基体)。它不仅发挥了各相的优点,而且还具有各单一相所没有的某些特性(包括工艺、物理、力学和机械加工等性能)。

根据分散相的几何形状(粒状、纤维状和薄片状)可分为三种基本类型,即颗粒型、纤维型和层合型。

颗粒型复合材料

将粒状材料分散于基体中而制成。混凝土是此类复合材料中最典型的代表,砂、石集料在其中起着提高刚度、减少收缩和节约水泥等作用。在聚合物中掺入砂、石集料,固化后具有很高的强度和较好的耐蚀、耐磨等性能(见聚合物混凝土)。加气混凝土和硬质泡沫塑料也可归入此类复合材料,其分散相为空气泡。

纤维型复合材料

将非连续的短纤维或连续的长纤维配置于基体中制成。纤维对基体起着阻裂、增强和增韧等作用。20世纪40年代中出现的玻璃纤维增强塑料,不仅轻质、高强度,还具有较好的绝热、电绝缘和耐蚀等性能。在工程上获得日益广泛的应用。60年代起由于各种高弹性模量、高强度、耐高温的纤维材料陆续出现,一系列高性能指标的新型纤维增强塑料得到发展,以适应国防、宇航等工程的需要。在砂浆中配置钢丝网,可显著提高抗裂、抗渗等性能并可制成薄壳制品。水泥基体用纤维(金属的、有机的或无机的)增强后,不仅具有较高的抗拉和抗弯强度,并能大幅度地提高韧性和抗冲击强度(见纤维混凝土)。纤维增强钛合金等的高温性能比纤维增强塑料好,金属基体的强度和刚度比树脂高。陶瓷材料具有优异的耐高温性能,比重小,但性脆,采用纤维增强能显著提高其韧性。在玻璃中嵌入金属丝或网,可使玻璃破碎时不致散落(见安全玻璃)。

层合型复合材料

将两层或多层薄片胶合而制成。胶合板是此类复合材料中最常见的一种,将几层木纹方向不同的木材薄板胶合成一整体,有利于提高强度并减小湿胀和干缩(见木质人造板)。夹层玻璃是将两层或数层平板玻璃用透明有机胶胶合而成,受冲击破裂后其碎片不会溅散,若使用多层钢化玻璃或夹丝玻璃,并用高强透明有机材料按一定结构胶合,可制得性能更为优越的防弹、防盗玻璃。混凝土和钢板或纤维增强塑料复合,可显著提高抗冲击性并能防止液体和气体的渗漏。由各种薄板和轻质芯材(如矿棉、玻璃棉、泡沫混凝土、硬质泡沫塑料等)所组成的夹芯板则兼具防渗、隔热、隔声等多种功能。

此外,也有将线状材料配置于基体中,此类复合材料称为配列型,如钢筋混凝土和预应力混凝土等。

随着原材料成本的下降和制造技术的改进,有些应用于国防、宇航等工程的新型复合材料也将逐步应用于民用工程。

参考文章