208 金属学与热处理 01.1复合材料的定义及其分类 1.复合材料的定义 复合材料( composite materials是由两种或两种以上异质、异性、异形的材料,在宏观 尺度上复合而成的一种完全不同于其组成材料的新型材料。复合材料的定义包括以下四个 方面:它包含两种或两种以上物理上不同并可用机械方法分离的材料:它可以通过将几种 分离的材料混合在一起而制成。混合的方法是,在人为控制下将一种材料分散在其他材料 之中,使其达到最佳性能;复合后的性能优于各单独的组成材料,并在某些方面可能具有 组成材料所没有的独特性能;通过选取不同的组成材料、改变组成材料的含量与分布等微 结构参数,可以改变复合材料的性能,即材料性能具有可设计性并拥有最大的设计自由度。 复合材料的组成材料称为组分材料。组分材料分为两部分:一部分为增强体( reinforced body),承担结构的各种工作载荷:另一部分为基体( matrIx),起到黏结增强体予以赋形并传 递应力和增韧作用。增强体分为纤维(fbre):连续纤维、短切纤维、晶须:颗粒:微米颗粒 与纳米颗粒:片材:人工晶片与天然片状物。基体主要分为有机聚合物、金属、陶瓷、水 泥和碳(石墨)等。构造出的复合材料,能改善的性能主要有强度、刚度、疲劳寿命、耐高 温性、耐腐蚀性、耐磨性、吸引性、质量、抗振性、导热性、绝热性、隔声性等。当然 上述各种性能不可能同时都有所改善,工程实际中也不存在这样的要求。 2.复合材料的定义 复合材料的种类繁多,目前还没有统一的分类方法,根据复合材料的三要素(见图10.1) 来分类。 (1)按基体材料分类,有金属基复合材料,陶瓷基复合材料,水泥、混凝土基复合材 料,塑料基复合材料,橡胶基复合材料等(见图10.2)。 结构复合材料 发泡 被覆 素合物基 金属基 水泥基 非金属无机材料 复合材料 复合材料 复合材料复合材料复合材料 湿法成形增强材料状态固 图101复合材料的三要素 图102结构复合材料按不同基体分类 (2)按增强剂形状可分为粒子、纤维及层状复合材料(见图10.3)。 凡以各种粒子填料为分散质的是粒子复合材料,若分布均匀,是各向同性的:以纤维 为增强剂得到的是纤维增强复合材料,依据纤维的铺排方式,可以各向同性也可以是各向 异性:层状复合材料如胶合板由交替的薄板层胶合而成,因而是各向异性的 (3)依据复合材料的用途可分为结构复合材料和功能复合材料,目前结构复合材料占 绝大多数,而功能复合材料有广阔的发展前途。预计21世纪会出现结构复合材料与功能复 208··208· 金属学与热处理 ·208· 10.1.1 复合材料的定义及其分类 1. 复合材料的定义 复合材料(composite materials)是由两种或两种以上异质、异性、异形的材料，在宏观 尺度上复合而成的一种完全不同于其组成材料的新型材料。复合材料的定义包括以下四个 方面：它包含两种或两种以上物理上不同并可用机械方法分离的材料；它可以通过将几种 分离的材料混合在一起而制成。混合的方法是，在人为控制下将一种材料分散在其他材料 之中，使其达到最佳性能；复合后的性能优于各单独的组成材料，并在某些方面可能具有 组成材料所没有的独特性能；通过选取不同的组成材料、改变组成材料的含量与分布等微 结构参数，可以改变复合材料的性能，即材料性能具有可设计性并拥有最大的设计自由度。 复合材料的组成材料称为组分材料。组分材料分为两部分：一部分为增强体(reinforced body)，承担结构的各种工作载荷：另一部分为基体(matrix)，起到黏结增强体予以赋形并传 递应力和增韧作用。增强体分为纤维(fibre)：连续纤维、短切纤维、晶须；颗粒：微米颗粒 与纳米颗粒；片材：人工晶片与天然片状物。基体主要分为有机聚合物、金属、陶瓷、水 泥和碳(石墨)等。构造出的复合材料，能改善的性能主要有强度、刚度、疲劳寿命、耐高 温性、耐腐蚀性、耐磨性、吸引性、质量、抗振性、导热性、绝热性、隔声性等。当然， 上述各种性能不可能同时都有所改善，工程实际中也不存在这样的要求。 2. 复合材料的定义 复合材料的种类繁多，目前还没有统一的分类方法，根据复合材料的三要素(见图 10.1) 来分类。 (1) 按基体材料分类，有金属基复合材料，陶瓷基复合材料，水泥、混凝土基复合材 料，塑料基复合材料，橡胶基复合材料等(见图 10.2)。 图 10.1 复合材料的三要素 图 10.2 结构复合材料按不同基体分类 (2) 按增强剂形状可分为粒子、纤维及层状复合材料(见图 10.3)。 凡以各种粒子填料为分散质的是粒子复合材料，若分布均匀，是各向同性的；以纤维 为增强剂得到的是纤维增强复合材料，依据纤维的铺排方式，可以各向同性也可以是各向 异性；层状复合材料如胶合板由交替的薄板层胶合而成，因而是各向异性的。 (3) 依据复合材料的用途可分为结构复合材料和功能复合材料，目前结构复合材料占 绝大多数，而功能复合材料有广阔的发展前途。预计 21 世纪会出现结构复合材料与功能复