第10章材料研究新进展 合材料并重的局面,而且功能复合材料更具有与其他功能材料竞争的优势。功能复合材料 指能实现具有某种功能的复合材料,如导电材料、导磁材料、导热材料、屏蔽材料等。结 构复合材料则主要用作承力和次承力结构,要求质量小、强度和刚度高,且能耐受一定温 度,某种情况下还要求有膨胀系数小、绝热性能好或耐介质腐蚀等其他性能(见图10.4) 结构复合材料 树脂基复合材料 复合材料 复合材料 复合材料 复合材料 金属基复合材料 结构复合材了陶瓷基复合材料 不连续纤维 碳/碳复合材料 复合材料 水泥基复合材料 复合材料 换能功能复合材料 阻尼吸声功能复合材料 功能复合材料导电导磁功能复合材料 屏蔽功能复合材料 摩擦摩耗功能复合材料 图10.3结构复合材料按不同增强体形式分类 图104复合材料分类 012复合材料中各组元的基本作用 复合材料的中能够对其性能和结构起决定作用的,除了基体和増强体外还包括基体与 增强体间的界面。基体、增强体及界面的各自性质与相互作用决定着复合材料的性能特征 因此基体、增强体及其界面应是互相配合,协同性好,才能达到最好的复合效果,复合材 料的性能特点也正是建立在这一原则基础上的。 基体是复合材料的重要组成部分之一,主要作用是利用其黏附特性、固定和黏附增强 体,将复合材料所受的载荷传递并分布到增强体上。载荷的传递机制和方式与增强体的类 型和性质密切相关,在纤维增强的复合材料中,复合材料所承受的载荷大部分由纤维承担 基体的另一作用是保护增强体在加工和使用过程中,免受环境因素的化学作用和物理损伤, 防止诱发造成复合材料破坏的裂纹。同时基体还会起到类似隔膜的作用,将增强体相互分 开,这样即使个别增强体发生破坏断裂,裂纹也不易从一个增强体扩展到另一个增强体。 因此基体对复合材料的耐损伤和抗破坏、使用温度极限以及耐环境性能均起着十分重要的 作用,正是由于基体与增强体的这种协同作用,才赋予复合材料良好的强度、刚度和韧 性等。常见的基体有树脂基体( resin matrⅸx)、金属基体( metallic matriⅸ)、陶瓷基体( ceramIc matrIx)和碳素基体( carbon matrix)等。 在结构复合材料中,增强体主要用来承受载荷。因此在设计复合材料时,通常所选择 的增强体的弹性模量应比基体高。以纤维增强的复合材料为例,外载作用下,当基体与増 强体应变量相同时,基体与增强体所受载荷比等于两者的弹性模量比,弹性模量高的纤维 就可承受高的应力。此外,增强体的大小、表面状态、体积分数及其在基体中的分布等, 对复合材料的性能同样具有很大的影响。上述各因素的作用又与增强体的类型、基体的性 质紧密相关,在不同类型复合材料中的表现各不相同,不能一概而论 基体与增强体之间的界面特性决定着基体与复合材料之间结合力的大小。普遍认为,第 10 章 材料研究新进展 ·209· ·209· 合材料并重的局面，而且功能复合材料更具有与其他功能材料竞争的优势。功能复合材料 指能实现具有某种功能的复合材料，如导电材料、导磁材料、导热材料、屏蔽材料等。结 构复合材料则主要用作承力和次承力结构，要求质量小、强度和刚度高，且能耐受一定温 度，某种情况下还要求有膨胀系数小、绝热性能好或耐介质腐蚀等其他性能(见图 10.4)。 图 10.3 结构复合材料按不同增强体形式分类 图 10.4 复合材料分类 10.1.2 复合材料中各组元的基本作用 复合材料的中能够对其性能和结构起决定作用的，除了基体和增强体外还包括基体与 增强体间的界面。基体、增强体及界面的各自性质与相互作用决定着复合材料的性能特征， 因此基体、增强体及其界面应是互相配合，协同性好，才能达到最好的复合效果，复合材 料的性能特点也正是建立在这一原则基础上的。 基体是复合材料的重要组成部分之一，主要作用是利用其黏附特性、固定和黏附增强 体，将复合材料所受的载荷传递并分布到增强体上。载荷的传递机制和方式与增强体的类 型和性质密切相关，在纤维增强的复合材料中，复合材料所承受的载荷大部分由纤维承担。 基体的另一作用是保护增强体在加工和使用过程中，免受环境因素的化学作用和物理损伤， 防止诱发造成复合材料破坏的裂纹。同时基体还会起到类似隔膜的作用，将增强体相互分 开，这样即使个别增强体发生破坏断裂，裂纹也不易从一个增强体扩展到另一个增强体。 因此基体对复合材料的耐损伤和抗破坏、使用温度极限以及耐环境性能均起着十分重要的 作用，正是由于基体与增强体的这种协同作用，才赋予复合材料良好的强度、刚度和韧 性等。常见的基体有树脂基体(resin matrix)、金属基体(metallic matrix)、陶瓷基体(ceramic matrix)和碳素基体(carbon matrix)等。 在结构复合材料中，增强体主要用来承受载荷。因此在设计复合材料时，通常所选择 的增强体的弹性模量应比基体高。以纤维增强的复合材料为例，外载作用下，当基体与增 强体应变量相同时，基体与增强体所受载荷比等于两者的弹性模量比，弹性模量高的纤维 就可承受高的应力。此外，增强体的大小、表面状态、体积分数及其在基体中的分布等， 对复合材料的性能同样具有很大的影响。上述各因素的作用又与增强体的类型、基体的性 质紧密相关，在不同类型复合材料中的表现各不相同，不能一概而论。 基体与增强体之间的界面特性决定着基体与复合材料之间结合力的大小。普遍认为