复合材料

北极熊

金属材料，无机非金属材料，有机高分子材料，是人类大量使用的三大类基本材料，它们各以自身的特点，满足人类多方面的需要。随着现代科学技术的发展，人们对材料性能的要求越来越高。例如，空间技术需要耐高温、防辐射、重量轻、强度大的材料，电子技术需要电磁性能好、易加工、寿命长的材料。三大基本材料都有各自的缺点：金属材料大多不耐腐蚀，无机非金属材料较脆，有机高分子材料不耐高温。它们单独使用时难以满足现代技术的综合需要。一个行之有效的办法是把两种或多种材料复合起来，互相取长补短，以获得工程技术所需要的综合性能，这就是复合材料。

　　现代复合材料，本质上是基体和增强剂的复合。基体的角色通常由合成树脂、塑料、橡胶、金属、陶瓷来担当，玻璃纤维、硼纤维、碳纤维起着增强剂的作用。复合材料按其结构特点可分为纤维复合材料、细粒复合材料、层叠复合材料及骨架复合材料。目前发展最快的是纤维复合材料。

　　纤维复合材料

　　玻璃钢是人们所熟悉的一种复合材料，它是本世纪40年代研制出来的。以玻璃纤维为骨料，以合成树脂作基本和粘结剂，加热压制成型就得到玻璃钢，其成品强度可与钢材媲美，比重仅为钢的1/5～1/4，耐高温、抗腐蚀、电绝缘、抗震抗裂、隔音隔热、加工方便。在航空、机械、汽车、舰船、建筑、化工等部门得到广泛的应用。

　　1960年，美国人研制出了硼纤维，这是一种强度和弹性都比玻璃纤维更好的纤维材料。其制作过程是：把直径13微米的钨丝放入高温沉积钨内，在三氯化硼和氢气的混合气体里加热到1000℃以上，炉丝上连续沉积金属硼，就形成了钨丝外面包着硼的纤维，其强度是玻璃纤维的5倍。它既可与树脂复合又可与金属复合。用硼一环氧系复合材料作宇宙飞行器的结构材料比用铝和铝合金重量轻、强度高。用金属铝作基体的硼铝复合材料耐1200℃高温，用来制造飞机机体可使飞机重量减轻23%。用硼纤维补强的钛镍复合材料在军事和空间技术上起重要作用。

　　碳纤维是最近十几年才发展起来的一种新材料。它可用聚合物纤维通过一定的工艺制得。把聚丙烯腈丝在200～300℃的空气或氧气中进行热分解，然后在1000℃的氢气中碳化，最后在2500℃的惰性气体中迅速加热，就可得到石墨化的纤维。这种碳纤维直径只有5～10微米，十分脆。人们用溴或一氯化碘来塑化纤维，经塑化的纤维可纺成纱、织成布，最后除去塑化剂，碳纤维仍保持原来形状。