复合材料是由两种或两种以上的不同材料组合而成的机械工程材料。各种组成材料在性能上能互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料,从而满足各种不同的要求。
国际标准化组织(ISO)将复合材料定义为是:两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。
F.L.Matthews 和 R.D.Rawlings 认为复合材料是两个或两个以上组元或相组成的混合物,并应满足下面三个条件:
(1)组元含量大于 5 %;
(2)复合材料的性能显著不同于各组元的性能;
(3)通过各种方法混合而成。
在“材料科学技术百科全书”和“材料大辞典”中将复合材料定义如下:
复合材料是由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料。它与一般材料的简单混合有本质区别,既保留原组成材料的重要特色,又通过复合效应获得原组分所不具备的性能。可以通过材料设计使原组分的性能相互补充并彼此关联,从而获得更优越的性能。
复合材料的基本结构模式
复合材料由基体和增强剂两个组分构成:
复合材料结构通常一个相为连续相,称为基体;而另一相是一以独立的形态分布在整个基体中的分散相,这种分散相的性能优越,会使材料的性能显著改善和和增强,称为增强剂(增强相、增强体)。
增强剂(相)一般较基体硬,强度、模量较基体大,或具有其它特性。
增强剂(相)可以是纤维状、颗粒状或弥散状。
增强剂(相)与基体之间存在着明显界面。
复合材料的特点:
1)由两种或多种不同性能的组分通过宏观或微观复合在一起的新型材料,
组分之间存在着明显的界面。
2)各组分保持各自固有特性的同时可最大限度地发挥各种组分的优点,赋
予单一材料所不具备的优良特殊性能。
3)复合材料具有可设计性。
复合材料的组成包括基体和增强材料两个部分。非金属基体主要有合成树脂、碳、石墨、橡胶、陶瓷;金属基体主要有铝、镁、铜和它们的合金;增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维等有机纤维和碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝及硬质细粒等。
复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。
复合材料使用的历史可以追溯到古代。从古至今沿用的稻草增强粘土和已使用上百年的钢筋混凝土均由两种材料复合而成。20世纪40年代,因航空工业的需要,发展了
