第10章材料研究新进展 213 维增强复合材料。纤维增强效果是按以下原则设计的 ①承受载荷的主要是纤维增强体,故选用纤维的强度和弹性模量要远远高于基体 ②基体与纤维应有一定的相容性和浸润性,保证将基体所受力传递到纤维上:但两者 结合强度太低,纤维起不到作用,相反则会导致材料变脆。 ③纤维排列方向与构件受力方向一致 ④纤维与基体热膨胀系数相近,且保证制造和使用时两者界面上不发生使力学性能下 降的化学反应。 ⑤一般纤维体积分数越高、长径比越大(Ld大)强化效果越好。 1.5复合材料的应用 除陶瓷基复合材料尚处在硏究开发阶段,并有少量应用外,聚合物、金属、碳基和混 凝土基复合材料已广泛应用于各个领域中 1.在信息技术领域内的应用 信息技术包括信息获得、信息处理、信息存储执行几部分 (1)复合材料用于信息的获得。获得信息主要依靠各敏感器件的检测,而敏感器件则 由各种换能材料组成。换能材料把对外界的感知通过物理量表现的信息(如光、热、声、磁、 辐射等)转换成电信号。不仅可依靠功能复合材料设计自由度大的特点获得高优值的换能材 料,还可利用复合效应,特别是其中的“乘积效应”设计出高效的新型换能材料。 (2)复合材料用于信息处理。信息处理主要依靠电子技术。随着电子技术的进步,电 子芯片的集成度将越来越高,而芯片的散热问题将是发展的障碍。研究表明,碳化硅颗粒 增强铝复合材料的导热系数以及与集成电路硅片的热膨胀系数匹配均能满足要求。这是 种用于芯片封装的廉价材料,可以预计在21世纪会得到进一步提高与发展。此外,电子设 备的电路板都是织物增强聚合物复合材料,其用量可观。由于信息处理的速度越来越快 因此研制具有优良超高频介电性能的复合材料是当前和今后的重要内容,此外机壳和屏蔽 板也大量使用复合材料。 (3)复合材料用于信息存储。目前用于信息写入、记录、存储和读出的磁性材料如磁 带、磁盘等,大都是软磁质细粉混入聚合物基体制成的复合材料。尽管目前光盘记录已经 普遍,但是磁记录仍有写、读方便的优点,在一定时期内仍会向高记录密度方向发展。 (4)复合材料用于信息传输。信息的传输,在地面上用光缆和微波,远距离要用人造 卫星。光缆中的光导纤维本身就是一种复合纤维,光缆护套管也大量采用复合材料。微波 通信设备中,抛物形天线反射板以及波导管等均用先进复合材料制造,因而质量小、刚度 好。至于通信卫星,人们采用先进复合材料作为星体结构和天线。因此复合材料在这方面 大有用武之地。 (5)信息执行对复合材料的要求。信息的执行除了声、光、图像外,重要的是在机械 动作上。例如信息指挥机械手和机器人以及其他一些自控机械进行动作。对前两种,要求 其动作臂的运动惯性小,从而使动作快速而准确,这就需要运动部位的结构材料具有低密 度、高刚度和高强度,复合材料是最能胜任的。可以预见复合材料在这方面会有好的发展 前景。 213·第 10 章 材料研究新进展 ·213· ·213· 维增强复合材料。纤维增强效果是按以下原则设计的： ① 承受载荷的主要是纤维增强体，故选用纤维的强度和弹性模量要远远高于基体。 ② 基体与纤维应有一定的相容性和浸润性，保证将基体所受力传递到纤维上；但两者 结合强度太低，纤维起不到作用，相反则会导致材料变脆。 ③ 纤维排列方向与构件受力方向一致。 ④ 纤维与基体热膨胀系数相近，且保证制造和使用时两者界面上不发生使力学性能下 降的化学反应。 ⑤ —般纤维体积分数越高、长径比越大(L/d 大)强化效果越好。 10.1.5 复合材料的应用 除陶瓷基复合材料尚处在研究开发阶段，并有少量应用外，聚合物、金属、碳基和混 凝土基复合材料已广泛应用于各个领域中。 1. 在信息技术领域内的应用 信息技术包括信息获得、信息处理、信息存储执行几部分。 (1) 复合材料用于信息的获得。获得信息主要依靠各敏感器件的检测，而敏感器件则 由各种换能材料组成。换能材料把对外界的感知通过物理量表现的信息(如光、热、声、磁、 辐射等)转换成电信号。不仅可依靠功能复合材料设计自由度大的特点获得高优值的换能材 料，还可利用复合效应，特别是其中的“乘积效应”设计出高效的新型换能材料。 (2) 复合材料用于信息处理。信息处理主要依靠电子技术。随着电子技术的进步，电 子芯片的集成度将越来越高，而芯片的散热问题将是发展的障碍。研究表明，碳化硅颗粒 增强铝复合材料的导热系数以及与集成电路硅片的热膨胀系数匹配均能满足要求。这是一 种用于芯片封装的廉价材料，可以预计在 21 世纪会得到进一步提高与发展。此外，电子设 备的电路板都是织物增强聚合物复合材料，其用量可观。由于信息处理的速度越来越快， 因此研制具有优良超高频介电性能的复合材料是当前和今后的重要内容，此外机壳和屏蔽 板也大量使用复合材料。 (3) 复合材料用于信息存储。目前用于信息写入、记录、存储和读出的磁性材料如磁 带、磁盘等，大都是软磁质细粉混入聚合物基体制成的复合材料。尽管目前光盘记录已经 普遍，但是磁记录仍有写、读方便的优点，在一定时期内仍会向高记录密度方向发展。 (4) 复合材料用于信息传输。信息的传输，在地面上用光缆和微波，远距离要用人造 卫星。光缆中的光导纤维本身就是一种复合纤维，光缆护套管也大量采用复合材料。微波 通信设备中，抛物形天线反射板以及波导管等均用先进复合材料制造，因而质量小、刚度 好。至于通信卫星，人们采用先进复合材料作为星体结构和天线。因此复合材料在这方面 大有用武之地。 (5) 信息执行对复合材料的要求。信息的执行除了声、光、图像外，重要的是在机械 动作上。例如信息指挥机械手和机器人以及其他一些自控机械进行动作。对前两种，要求 其动作臂的运动惯性小，从而使动作快速而准确，这就需要运动部位的结构材料具有低密 度、高刚度和高强度，复合材料是最能胜任的。可以预见复合材料在这方面会有好的发展 前景