复合材料的发展过程

当前以信息、生命和材料三大学科为基础的世界规模的新技术革命风涌兴起,它将人类的物质文明推向一个新阶段。在新型材料研究、开发和应用,在特种性能的充分发挥以及传统材料的改性等诸多方面,材料科学都肩负着重要的历史使命。近30年来,科学技术迅速发展,特别是尖端科学技术的突飞猛进,对材料性能提出越来越高、越来越严和越来越多的要求。在许多方面,传统的单一材料已不能满足实际需要,这些都促进了人们对材料的研究逐步摆脱过去单纯靠经验的摸索方法,而向着按预定性能设计新材料的研究方向发展。

复合材料是一种多相材料,可由金属材料、无机非金属材料和高分子材料复合而成。这种材料既可以保持原组分材料的某些特征,又能通过复合效应而产生某些组分材料不具备的优良特性;它可以根据需要进行设计,从而更能合理地达到使用要求。

自然界中,许多天然材料都可以看作复合材料。例如,树木、竹子是由纤维素和木质素复合而成的,其中纤维素抗拉强度大,但刚性小,比较柔软,而木质素则把众多的纤维素黏结成刚性体;动物的骨骼是由硬而脆的磷酸盐和软而韧的蛋白质骨胶组成的复合材料。人类很早就效仿天然复合材料,在生活和生产中制成了初期的复合材料。早在公元前2000多年,中国的祖先曾采用黏性泥浆中加入稻草做成土坯来建造房子,这便是早期复合材料的应用实例之一。之后,伴随着人们对材料研究的不断深入和对材料性能要求的不断提高,近代复合材料应运而生。

20世纪40年代,玻璃纤维和合成树脂大量商品化生产以后,纤维复合材料发展成为具有工程意义的材料,同时相应地展开了与之有关的科研工作。至20世纪60年代,纤维复合材料在技术上臻于成熟,在许多领域开始取代金属材料。

进入20世纪60年代末期,树脂基高性能复合材料已用于制造军用飞机的承力结构,近年来又进入其他工业领域。

20世纪70年代末期发展的金属基复合材料由于具有优良导电性和导热性,高的强度和模量,低的密度、耐疲劳、耐磨损、高阻尼、不吸潮和膨胀系数低等特点,已经广泛用于航空航天等尖端技术领域。

20世纪80年代开始逐渐发展陶瓷基复合材料,采用纤维补强陶瓷基体以提高韧性。

纵观复合材料发展过程,可以看出,早期发展出现的复合材料,由于性能相对比较低,生产量大,使用面广,被称为常用复合材料。后来随着高技术发展的需要,在此基础上又发展出高性能的先进复合材料。

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