日常生活中有哪些复合材料？

复合材料

由一种材料作为基体，另一种材料作为增强体组成的材料。各种材料在性能上互补，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原材料，满足各种要求。复合材料的基体材料可分为金属和非金属两大类。常用的金属基材是铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要包括合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要包括玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质颗粒。

复合材料的历史可以追溯到古代。自古以来使用的秸秆加筋粘土和钢筋混凝土是由两种材料组成的。20世纪40年代，由于航空工业的需要，开发了玻璃纤维增强塑料(俗称玻璃钢)，从此出现了复合材料的名称。自20世纪50年代以来，碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度、高模量纤维得到了发展。芳纶纤维和碳化硅纤维出现在20世纪70年代。这些高强度、高模量纤维可以与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶和其他非金属基体或金属基体如铝、镁和钛复合，形成独特的复合材料。

分类复合材料分为金属对金属复合材料、非金属对金属复合材料和非金属对非金属复合材料。按其结构特点可分为:①纤维复合材料。各种纤维增强材料被放置在基体材料中并被复合。例如纤维增强塑料、纤维增强金属等。②夹层复合材料。它由不同性质的表层材料和核心材料组成。通常面材强度高，薄；芯材重量轻，强度低，但有一定的刚度和厚度。可分为实心夹层和蜂窝夹层。③细晶复合材料。硬质细小颗粒均匀分布在基体中，如弥散强化合金、金属陶瓷等。④混杂复合材料。它由混合在基体相材料中的两种或多种增强相材料组成。与普通单一增强相复合材料相比，其冲击强度、疲劳强度和断裂韧性都有显著提高，并具有特殊的热膨胀性能。它可分为层内混杂、层间混杂、夹层混杂、层内/层间混杂和超混杂复合材料。

20世纪60年代，为了满足航空航天等先进技术对材料的需求，采用高性能纤维(如碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维等)增强的复合材料。)相继研制生产，比强度大于4×106 cm，比模量大于4×108cm。为了与第一代玻璃纤维增强树脂复合材料相区别，这类复合材料称为先进复合材料。根据基体材料的不同，先进复合材料分为树脂基、金属基和陶瓷基复合材料。其使用温度分别在250 ~ 350℃以上、350 ~ 1200℃以上和1200℃以上。先进复合材料除了用作结构材料，还可以用作功能材料，如梯度复合材料(化学和晶体组成、结构、空隙等功能复合材料)、智能复合材料(具有传感、处理和执行功能，能适应环境变化的功能复合材料)、仿生复合材料、隐身复合材料等。

在高性能复合材料中，纤维增强材料的应用和使用最为广泛。其特点是比重低、比强度高、比模量高。例如，碳纤维和环氧树脂的复合材料比钢和铝合金具有高几倍的比强度和模量，还具有优异的化学稳定性、减摩耐磨、自润滑、耐热、抗疲劳、抗蠕变、消声、电绝缘等性能。石墨纤维与树脂结合可以获得膨胀系数几乎等于零的材料。纤维增强材料的另一个特点是各向异性，因此可以根据产品不同部位的强度要求来设计纤维的排列。碳纤维和碳化硅纤维增强铝基复合材料在500℃仍能保持足够的强度和模量。碳化硅纤维与钛的复合不仅能提高钛的耐热性，还能提高耐磨性，可用作发动机风扇叶片。碳化硅纤维复合陶瓷的使用温度可达1500℃，远高于高温合金涡轮叶片的使用温度(1100℃)。碳纤维增强碳、石墨纤维增强碳或石墨纤维增强石墨构成耐烧蚀材料，其已经用于航天器、火箭导弹和原子能反应堆中。非金属基复合材料由于密度低，用在汽车、飞机上可以减轻重量，提高速度，节约能源。碳纤维和玻璃纤维复合钢板弹簧的刚度和承载能力相当于重量5倍以上的钢板弹簧。

成型方法复合材料的成型方法根据基体材料的不同而不同。树脂基复合材料的成型方法有很多，如手糊成型、喷射成型、纤维缠绕成型、压缩成型、拉挤成型、热压罐成型、隔膜成型、迁移成型、反应注射成型、柔性薄膜膨胀成型、冲压成型等。金属基复合材料的成型方法分为固相成型法和液相成型法。前者通过在低于基体熔点的温度下施加压力而形成，包括扩散焊接、粉末冶金、热轧、热拉伸、热等静压和爆炸焊接。后者是将基体熔化填充到增强材料中，包括传统铸造、真空吸铸、真空背压铸造、挤压铸造和喷射铸造。陶瓷基复合材料的成型方法主要有固态烧结、化学气相渗透成型、化学气相沉积成型等。

复合材料的主要应用领域有:①航空航天领域。由于其良好的热稳定性和较高的比强度和比刚度，复合材料可用于制造飞机机翼和前机身、卫星天线及其支撑结构、太阳能电池机翼和壳体、大型运载火箭壳体、发动机壳体、航天飞机结构件等。②汽车行业。复合材料具有特殊的减振特性，能降低振动和噪声，具有良好的抗疲劳性能，损伤后易于修复，便于整体成型，因此可用于制造汽车车身、受力构件、传动轴、发动机悬置及其内部构件。③化学工业、纺织和机械制造业。由具有良好耐腐蚀性的碳纤维和树脂基体组成的材料可用于制造化工设备、纺织机械、造纸机械、复印机、高速机床、精密仪器等。4医疗领域。碳纤维复合材料具有优异的力学性能，不吸收X射线，可用于制造医用x光机和骨科支架。碳纤维复合材料还具有生物相容性和血液相容性，在生物环境中具有良好的稳定性，也用作生物医用材料。此外，复合材料还用于制造运动器材和建筑材料。