第10章材料研究新进展 211· ④减振能力强:当结构所受外力的频率与结构的自振频率相同时,将产生共振,容易 造成灾难性事故。而结构的自振频率不仅与结构本身的形状有关,还与材料比模量的平方 根成正比,因而纤维增强复合材料的自振频率较高,可以避免共振。此外,纤维与基体的 界面具有吸振能力,具有很高的阻尼作用 ⑤断裂安全性高:纤维增强复合材料截面上分布着相互隔离的细纤维,当其受力发 生过载时,其中部分纤维会发生断裂,但随即进行应力的重新分配,由未断纤维将载荷 承担起来,不致造成构件在瞬间完全丧失承载能力而发生脆断,因此复合材料的工作安全 性高 ⑥化学稳定性好:能耐酸碱腐蚀。还具有一些特殊性能,如隔热性、烧蚀性、特殊的 电、磁性能等。 3.物理性能特点 除力学性能外,根据不同的增强体的特性及其与基体复合工艺的多样性,经过设计的 复合材料还可以具有各种需要的优异的物理性能:如低密度(增强体的密度一般较低)、膨 胀系数小(甚至可达到零膨胀)、导热导电性好、阻尼性好、吸波性好、耐烧蚀、抗辐照等。 因此,在选择增强体和基体组分材料进行设计时,尽可能降低材料的密度和膨胀系数,这 是结构用复合材料需要考虑的重要因素。密度的降低有利于提高复合材料的比强度和比刚 度,而通过调整增强体的数量和在基体中的排列方式,可有效降低复合材料的热膨胀系数」 甚至在一定条件使其为零,这对于保持在诸如交变温度作用等极端环境下工作的构件的尺 寸稳定性具有特别重要的意义。金属基复合材料中尽管加入的增强体大都为非金属材料, 但仍可保持良好的导电和导热特性,这对扩展其应用范围非常有利。基于不同材料复合在 起所具有的导电、导热、压电效应、换能、吸波及其他特殊性能,目前已开发出了压电 复合材料、导电及超导材料、磁性材料、耐磨减摩材料、吸波材料、隐身材料和各种敏感 材料,其中的许多材料已在航天、航空、能源、电子、电工等工业领域获得实际应用,成 为功能材料中十分重要的新成员,同时复合化的方式也是功能材料领域的重要的研究和开 发方向 4.工艺性能特点 复合材料的成形及加工工艺因材料种类不同而各有差别,但一般来说相对于其所用的 基体材料而言,成形加工工艺并不复杂。例如,以长纤维增强的树脂基、金属基、陶瓷基 复合材料可整体成形,如此可大大减少结构件中的装配零件数量,进而提高构件的质量和 使用可靠性。再如,短纤维或颗粒増强的金属基复合材料可采用传统的金属工艺进行制备 和二次加工,因而在工程应用中具有很大的灵活性和实用性,增强了这类复合材料的适应 能力。 10.14复合材料的复合机理 复合理论正处在研究、应用和完善之中。下面简单介绍两种复合理论 1.粒子增强型复合材料的复合机制 根据增强颗粒的尺寸大小,颗粒增强复合材料可细分为弥散增强复合材料和真正颗粒 (或称纯颗粒)增强复合材料两类。前者通常系指在金属或合金中加入一定数量的惰性硬质 211第 10 章 材料研究新进展 ·211· ·211· ④ 减振能力强：当结构所受外力的频率与结构的自振频率相同时，将产生共振，容易 造成灾难性事故。而结构的自振频率不仅与结构本身的形状有关，还与材料比模量的平方 根成正比，因而纤维增强复合材料的自振频率较高，可以避免共振。此外，纤维与基体的 界面具有吸振能力，具有很高的阻尼作用。 ⑤ 断裂安全性高：纤维增强复合材料截面上分布着相互隔离的细纤维，当其受力发 生过载时，其中部分纤维会发生断裂，但随即进行应力的重新分配，由未断纤维将载荷 承担起来，不致造成构件在瞬间完全丧失承载能力而发生脆断，因此复合材料的工作安全 性高。 ⑥ 化学稳定性好：能耐酸碱腐蚀。还具有一些特殊性能，如隔热性、烧蚀性、特殊的 电、磁性能等。 3. 物理性能特点 除力学性能外，根据不同的增强体的特性及其与基体复合工艺的多样性，经过设计的 复合材料还可以具有各种需要的优异的物理性能：如低密度(增强体的密度一般较低)、膨 胀系数小(甚至可达到零膨胀)、导热导电性好、阻尼性好、吸波性好、耐烧蚀、抗辐照等。 因此，在选择增强体和基体组分材料进行设计时，尽可能降低材料的密度和膨胀系数，这 是结构用复合材料需要考虑的重要因素。密度的降低有利于提高复合材料的比强度和比刚 度，而通过调整增强体的数量和在基体中的排列方式，可有效降低复合材料的热膨胀系数， 甚至在一定条件使其为零，这对于保持在诸如交变温度作用等极端环境下工作的构件的尺 寸稳定性具有特别重要的意义。金属基复合材料中尽管加入的增强体大都为非金属材料， 但仍可保持良好的导电和导热特性，这对扩展其应用范围非常有利。基于不同材料复合在 一起所具有的导电、导热、压电效应、换能、吸波及其他特殊性能，目前已开发出了压电 复合材料、导电及超导材料、磁性材料、耐磨减摩材料、吸波材料、隐身材料和各种敏感 材料，其中的许多材料已在航天、航空、能源、电子、电工等工业领域获得实际应用，成 为功能材料中十分重要的新成员，同时复合化的方式也是功能材料领域的重要的研究和开 发方向。 4. 工艺性能特点 复合材料的成形及加工工艺因材料种类不同而各有差别，但一般来说相对于其所用的 基体材料而言，成形加工工艺并不复杂。例如，以长纤维增强的树脂基、金属基、陶瓷基 复合材料可整体成形，如此可大大减少结构件中的装配零件数量，进而提高构件的质量和 使用可靠性。再如，短纤维或颗粒增强的金属基复合材料可采用传统的金属工艺进行制备 和二次加工，因而在工程应用中具有很大的灵活性和实用性，增强了这类复合材料的适应 能力。 10.1.4 复合材料的复合机理 复合理论正处在研究、应用和完善之中。下面简单介绍两种复合理论。 1. 粒子增强型复合材料的复合机制 根据增强颗粒的尺寸大小，颗粒增强复合材料可细分为弥散增强复合材料和真正颗粒 (或称纯颗粒)增强复合材料两类。前者通常系指在金属或合金中加入一定数量的惰性硬质