第七章 復合材料 增強材料

材料分類：金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料

各有千秋揚長避短

克服單一材料的缺點

產(chǎn)生原來單一材料本身所沒有的新性能復合材料復合材料

復合材料發(fā)展概況復合材料發(fā)展簡史：學術界開始使用“復合材料”（compositematerials）一詞大約是在20世紀40年代，當時出現(xiàn)了玻璃纖維增強不飽和聚酯，開辟了現(xiàn)代復合材料的新紀元。復合材料

飽和聚酯玻璃纖維增強團狀模塑料其具有優(yōu)良的電氣性能，機械性能，耐熱性，耐化學腐蝕性，又適應各種成型工藝，即可滿足各種產(chǎn)品對性能的要求。從20世紀60年代開始，開發(fā)出多種高性能纖維。20世紀80年代以后，由于人們豐富了設計、制造和測試等方面的知識和經(jīng)驗，加上各類作為復合材料基體的材料的使用和改進，使現(xiàn)代復合材料的發(fā)展達到了更高的水平，即進入高性能復合材料的發(fā)展階段。復合材料

天然復合材料自然界中存在許許多多的天然復合材料。例如，樹木和竹子是纖維素和木質素的復合體；

動物的骨骼則由無機磷酸鹽和蛋白質膠原復合而成。復合材料

人類很早就接觸和使用各種天然復合材料，并仿效自然界制作各種各樣的復合材料。例如陜西半坡人－－草梗合泥筑墻，且延用至今；漆器－－麻纖維和土漆復合而成，至今已四千多年；敦煌壁畫－－泥胎、宮殿建筑里園木表面的披麻覆漆。復合材料

近代，復合材料的發(fā)展始于20世紀40年代，第二次世界大戰(zhàn)中，玻璃纖維增強聚酯樹脂復合材料被美國空軍用于制造飛機構件開始算起。50年代得到了迅速發(fā)展。我國從1958年開始發(fā)展復合材料

復合材料

現(xiàn)代復合材料的制作成功則要從1942年，第二次世界大戰(zhàn)中，玻璃纖維增強聚酯樹脂復合材料被美國空軍用于制造飛機構件開始算起。復合材料

材料科學家們認為，就世界范圍而論，從1940年到1960年這20年間，是玻璃纖維增強塑料時代，可以稱為復合材料發(fā)展的第一代。第一代：1940年到1960年，玻璃纖維增強塑料；復合材料

1965年英國科學家研制出碳纖維；1971年美國杜邦公司開發(fā)出Kevler-49（開芙拉-49）；1975年先進復合材料“碳纖維增強、及Kevler纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料”已用于飛機、火箭的主承力件上。這一時期被稱為復合材料發(fā)展的第二代。第二代：1960年到1980年，先進復合材料的發(fā)展時期復合材料

1980年到1990年間，是纖維增強金屬基復合材料的時代，其中以鋁基復合材料的應用最為廣泛，這一時期是復合材料發(fā)展的第三代。復合材料

1990年以后則被認為是復合材料發(fā)展的第四代，主要發(fā)展多功能復合材料，如機敏（智能）復合材料和梯度功能材料等。隨著新型復合材料的不斷涌現(xiàn)，復合材料不僅應用在導彈、火箭、人造衛(wèi)星等尖端工業(yè)中，在航空、汽車、造船、建筑、電子、橋梁、機械、醫(yī)療和體育等各個部門都得到應用。復合材料

F—22在機體上廣泛使用含熱塑(12%)和熱作用(10%)的聚合復合材料(KM)。在批生產(chǎn)的飛機上使用復合材料(KM)的比例(按重量)將達35%。戰(zhàn)斗損耗率在十年后僅為F—15的二十分之一，維護人員將減半，一個中隊20年中的維持成本將比F—15少5億美元。復合材料

全復合材料機體無人直升機

這種新型直升機采用全復合材料機體，在它們的結構和設計上具有獨特性。這種全復合材料機體對于垂直起落無人機尚屬首次。復合材料結構使該無人直升機具有極輕的重量和極高的強度，從而使它們性能先進、有效載荷大和耐航性長。復合材料

運載火箭的構造中推進劑貯箱段用材要求越輕越好，還要有盡可能高的強度，不易破裂，一般多采用高強度鋁基復合材料制成。復合材料

液體火箭發(fā)動機主要由燃燒室和噴管、渦輪泵和活門自動器等三大部分組成。燃燒室和噴管可使推進劑在室內燃燒，產(chǎn)生3000攝氏度以上的高溫和30—200個大氣壓的高壓氣體，高速從噴管噴出，形成強大的推力。這些結構要承受如此的高溫、高壓必須采用高強度的耐熱復合材料，并附有強冷卻系統(tǒng)。15縱觀復合材料的發(fā)展過程，可以看到：早期發(fā)展出現(xiàn)的復合材料，由于性能相對比較低，生產(chǎn)量大，使用面廣，可稱之為常用復合材料。后來隨著高技術發(fā)展的需要，在此基礎上又發(fā)展出性能高的先進復合材料。復合材料

１、復合材料的定義什么是復合材料(CompositionMaterials,Composite)?要給復合材料下一個嚴格精確而又統(tǒng)一的定義是很困難的。概括前人的觀點，有關復合材料的定義或偏重于考慮復合后材料的性能，或偏重于考慮復合材料的結構。復合材料

諸如（１）

復合材料是由兩種或更多的組分材料結合在一起，復合后的整體性能應超過組分材料，保留了所期望的性能(高強度、剛度、輕的重量)，抑制了所不期望的特性(低延性)。偏重于考慮復合后材料的性能復合材料

（２）

復合材料是多功能的材料系統(tǒng)，它們可提供任何單一材料所無法獲得的特性；它們是由兩種或多種成分不同，性質不同，有時形狀也不同的相容性材料，以物理形式結合而成的。復合材料

偏重于考慮復合材料的結構，諸如：

（１）復合材料是兩種或多種材料在宏觀尺度上組合而成的一種有用的材料。

（２）復合材料就是兩種或兩種以上的不同化學性質或不同組織相的物質，以微觀或宏觀的形式組合而成的材料。（３）復合材料是不同于合金的一種材料，在合金中，每一種組分都保留著它們獨立的特性，而構成復合材料時，僅取它們的優(yōu)點而避開其缺點，從而獲得一種改善了的材料。

復合材料

F．L.Matthews和Ｒ．D．Rawlings認為，復合材料是兩個或兩個以上組元或相組成的混合物，并應滿足下面三個條件：(1)組元含量大于5％；(2)復合材料的性能顯著不同于各組元的性能，(3)通過各種方法混合而成。復合材料

按這Matthews和Rawlings給出的定義，鋼鐵及其合金不應屬于復合材料，如Co—Cr—Mo—Si合金不屬于復合材料，因為這種合金經(jīng)過熔化和凝固過程；而僅有像SiC顆粒強化的Al合金這種混合而成的材料才屬于復合材料。因此有人認為可將復合材料劃分為廣義復合材料和狹義復合材料。復合材料

從廣義上講，復合材料是由兩種或兩種以上不同化學性質的組分組合而成的材料。但在現(xiàn)代材料學界中，復合材料專指由兩種或兩種以上不同相態(tài)的組分所組成的材料。復合材料可定義為：用經(jīng)過選擇的、含一定數(shù)量比的兩種或兩種以上的組分（或稱組元），通過人工復合、組成多相、三維結合且各相之間有明顯界面的、具有特殊性能的材料。復合材料

上述復合材料的定義較易被普遍接受，它不僅明確指出復合材料是“通過人工復合的”和“有特殊性能的”材料，而且還指明了復合材料的組分、結構特點及與其他種材料（如簡單混合物、化合物、合金）的特征區(qū)別。根據(jù)上述復合材料的定義，復合材料應不包括自然形成的具有某些復合材料形態(tài)的物質、化合物、單相合金和多相合金。復合材料

以下面五點概括了復合材料的特點：1、復合材料的組分和相對含量是由人工選擇和設計的；2、復合材料是以人工制造而非天然形成的（區(qū)別于具有某些復合材料形態(tài)特征的天然物質）；復合材料

3、組成復合材料的某些組分在復合后仍然保持其固有的物理和化學性質（區(qū)別于化合物和合金）；4、復合材料的性能取決于各組成相性能的協(xié)同。復合材料具有新的、獨特的和可用的性能，這種性能是單個組分材料性能所不及或不同的；5、復合材料是各組分之間被明顯界面區(qū)分的多相材料。復合材料

吳人潔教授“在復合材料的未來發(fā)展”一文中指出：復合材料將由宏觀復合形式向微觀(細觀)復合形式發(fā)展。微觀復合材料包括：均質材料在加工過程中內部析出的增強相和剩余的基體相構成的原位復合材料或纖維增強復合材料，也包括用納米級增強體的復合材料以及剛強棒狀分子增強的分子復合材料等。綜上所述，復合材料定義所闡述的主要有兩點，即組成規(guī)律和性能持征。復合材料

國際標準化組織：由兩種以上在物理和化學上不同的物質組合起來而得到的一種多相固體材料?！恫牧峡茖W技術百科全書》中關于復合材料的定義如下：復合材料是由有機高分子、無機非金屬或金屬等幾類不同材料通過復合工藝組合而成的新型材料。它既保留原組成材料的重要特色，又通過復合效應獲得原組分所不具備的性能?？梢酝ㄟ^材料設計使各組分的性能互相補充并彼此關聯(lián)，從而獲得更優(yōu)越的性能，與一般材料的簡便混合有本質區(qū)別。復合材料

《材料大辭典》中關于復合材料的定義為：復合材料是根據(jù)應用的需要進行設計，把兩種以上的有機聚合物材料，或無機非金屬材料，或金屬材料組合在一起，使之互補性能優(yōu)勢，從而制成的一類新型材料。一般由基體組元與增強材料或功能體組元所組成，因此亦屬于多相材料范疇。復合材料

根據(jù)《材料大辭典》中關于復合材料的定義可以看出,復合材料具有兩個鮮明的特點:１、復合材料不僅能保持原組分的部分優(yōu)點，而且產(chǎn)生原組分所不具備的新性能。２、復合材料具有可設計性。由于各種原材料都具有各自的優(yōu)點和缺點，所以在組合時可能出現(xiàn)如下圖所示的結果。復合材料

材料的優(yōu)缺點組合示意圖復合材料

因此復合材料必須通過對原材料的選擇，各組分分布的設計和工藝條件的保證等，以使原組分材料的優(yōu)點互相補充，同時利用復合材料的復合效應使之出現(xiàn)新的性能，最大限度地發(fā)揮優(yōu)勢。復合材料

綜上所述，復合材料應具有以下三個特征：(1)復合材料是由兩種或兩種以上不同性能的材料組元通過宏觀或微觀復合形成的一種新型材料，組元之間存在著明顯的界面。(2)復合材料中各組元不但保持各自的固有特性而且可最大限度發(fā)揮各種材料組元的特性，并賦予單一材料組元所不具備的優(yōu)良持殊性能。復合材料

(3)復合材料具有可設計性。復合材料的結構通常是一個相為連續(xù)相，稱為基體；而另一相是以獨立的形態(tài)分布在整個連續(xù)相中的分散相，與連續(xù)相相比，這種分散相的性能優(yōu)越，會使材料的性能顯著增強，故常稱為增強體(也稱為增強材料、增強相等)。在大多數(shù)情況下，分散相較基體硬，強度和剛度較基體大。分散相可以是纖維及其編織物，也可以是顆粒狀或彌散的填料。在基體與增強體之間存在著界面。復合材料

復合材料

分散相連續(xù)相金屬材料無機非金屬材料有機高分子材料金屬材料金屬纖維纖維/金屬基復合材料鋼絲/水泥復合材料增強橡膠金屬晶須晶須/金屬基復合材料晶須/陶瓷基復合材料金屬片材金屬/塑料板無機非金屬材料陶瓷纖維纖維/金屬基復合材料纖維/陶瓷基復合材料晶須晶須/金屬基復合材料晶須/陶瓷基復合材料顆粒彌散強化合金材料粒子填充塑料玻璃纖維纖維/樹脂基復合材料顆粒碳纖維碳纖維/金屬基復合材料碳纖維/陶瓷基復合材料碳纖維/樹脂基復合材料炭黑顆粒/橡膠；顆粒/樹脂基有機高分子材料有機纖維纖維/樹脂基復合材料塑料金屬/塑料橡膠復合材料

復合材料在世界各國還沒有統(tǒng)一的名稱和命名方法，比較共同的趨勢是根據(jù)增強體和基體的名稱來命名，通常有以下三種情況：2、復合材料的命名復合材料

（1）強調基體時以基體材料的名稱為主。如樹脂基復合材料、金屬基復合材料、陶瓷基復合材料等。（2）強調增強體時以增強體材料的名稱為主。如玻璃纖維增強復合材料、碳纖維增強復合材料、陶瓷顆粒增強復合材料等。（3）基體材料名稱與增強體材料并用。這種命名方法常用來表示某一種性能的具體的復合材料，習慣上把增強體材料的名稱放在前面，基體材料的名稱放在后面。復合材料

例如：“玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料”，或簡稱為“玻璃纖維/環(huán)氧樹脂復合材料或玻璃纖維/環(huán)氧”。而我國則常把這類復合材料通稱為“玻璃鋼”。碳纖維和金屬基體構成的復合材料叫“金屬基復合材料”，也可寫為“碳／金屬復合材料”。碳纖維和碳構成的復合材料叫“碳／碳復合材料”。復合材料

國外還常用英文編號來表示，如MMC（MetalMatrixComposite）表示金屬基復合材料，F(xiàn)RP（FiberReinforcedPlastics）表示纖維增強塑料，而玻璃纖維/環(huán)氧則表示為GF/Epoxy,或G/Ep(G-Ep)復合材料

通常增強材料形態(tài)可分為以下三類1、纖維增強復合材料：a.連續(xù)纖維復合材料：作為分散相的長纖維的兩個端點都位于復合材料的邊界處；

b.非連續(xù)纖維復合材料：短纖維、晶須無規(guī)則地分散在基體材料中；復合材料

2、顆粒增強復合材料：微小顆粒狀增強材料分散在基體中；3、板狀增強體、編織復合材料：以平面二維或立體三維物為增強材料與基體復合而成。其他增強體：層疊、骨架、涂層、片狀、天然增強體

復合材料

復合材料的結構

①

無規(guī)分散（彌散）增強結構（含顆粒、晶須、短纖維）(randomlyoriented)②

連續(xù)長纖單向增強結構（單向板）(aligned)③

層合(板)結構(二維織布或連續(xù)纖維鋪層，每層

不同)(laminate)④

三維編織體增強結構(braidedfabricorfilamentwinding)⑤

夾層結構（蜂窩夾層等）(sandwichconstructure)⑥

混雜結構(hybridconstructure)復合材料

引入相的“連通性”概念，理論上可將復合材料結構劃分為

0-3型、1-3型2-2型、2-3型、3-3型等幾種典型結構復合材料

三維編織纖維結構

三維正交非織造的纖維結構

(種柔性結構

管、容器的螺旋纏繞平面纏繞線型

復合材料

各種玻璃夾層結構復合材料

單向及準各向同性板的鋪層結構復合材料

混雜復合材料的混雜類型

復合材料

復合材料的復合效應

1.

復合材料各組元（相）相互作用

基體：①將增強材料粘合成整體并使增強材料的位置固定。②

增強材料間傳遞載荷，并使載荷均勻，自身承受一定載荷。③

保護增強體免受各種損傷。④很大程度上決定成型工藝方法及工藝參數(shù)選擇。⑤決定部分性能。

增強體：主要承受絕大部分載荷、增強、增韌

功能體：賦予一定功能

界面相層：復合材料產(chǎn)生組合力學及其它性能，復合效應產(chǎn)生的根源復合材料

復合效應

復合效應表現(xiàn)形式多種多樣大致可分為：混合效應：線性加合固有性質，如密度、模量、比熱

非固有性質，如強度、泊松比等

協(xié)同效應：非線性綜合、轉遞性質復合材料

混合效應：平均效應或組份效應，是組份材料性能取長補短共同作用的結果，是組份材料性能比較穩(wěn)定的總體反應，局部的撓動、薄弱環(huán)節(jié)、界面、工藝因素等通常對混合效應沒有明顯的作用，表現(xiàn)為各種形式的混合律。協(xié)同效應：①復合材料的本質特征，使復合材料的性能與組份材料相比，發(fā)生飛躍式提高，甚至具有組份材料沒有的性能，這些潛在性能是研制開發(fā)新材料的源泉。復合材料追求的就是這種協(xié)同效應。②對微觀非均勻性、薄弱環(huán)節(jié)、界面、制備工藝，甚至某些偶然因素都十分敏感。復合材料

混合律

Xc=XmVm+Xf1V1+Xf2V2+……

復合材料性能與各組元性能及分量的關系（線性關系）。

組份效應：各組元性能確定，相對組成作為變量，不考慮組份的幾何形狀、分布狀態(tài)和尺度等影響。相對組成通常用體積分數(shù)和質量分數(shù)來表達。復合材料的固有性質是指各相之間不相互作用所表現(xiàn)出來的材料性質，如密度C和比熱容Cc等，屬于固有性質的物理量，都應服從混合律。

復合材料

協(xié)同效應：界面效應、尺寸效應、量子尺寸效應、乘積效應、系統(tǒng)效應、混雜效應、誘導效應等。納米量子尺寸效應：固體物理研究表明，固體顆粒尺寸減少到某一臨界值時（一般為0.1m或100nm），顆粒的某些性質（如光、電、磁、熱、化學特性等）會發(fā)生質的變化，呈現(xiàn)與物體宏觀狀態(tài)下差異很大的特性。具有顯著的量子尺寸效應。

納米復合材料是指分散相尺度至少有一維小于102nm量級的復合材料。由于其納米量子尺寸效應，大的比表面積及強的界面相互作用，使納米復合材料的性能遠優(yōu)于相同組份常規(guī)復合材料的物理力學性能。納米復合材料是獲得高性能復合材料的重要途徑之一。復合材料

協(xié)同效應：界面效應、尺寸效應、量子尺寸效應、乘積效應、系統(tǒng)效應、混雜效應、誘導效應等。界面效應(interfaceeffect)

復合材料的絕大部分性能很大程度上取決于界面層的狀態(tài)和性質，材料的破壞與失效機制往往是從界面破壞與失效開始的。復合材料的力學性能，對界面層的狀態(tài)和性質，界面缺陷都十分敏感，并很大程度上取決于界面層的狀態(tài)和性質。幾乎所有協(xié)同效應（復合效應的本質特征）都是由界面層的存在帶來的，這就是所謂界面效應的內涵。復合材料

納米量子尺寸效應：固體物理研究表明，固體顆粒尺寸減少到某一臨界值時（一般為0.1m或100nm），顆粒的某些性質（如光、電、磁、熱、化學特性等）會發(fā)生質的變化，呈現(xiàn)與物體宏觀狀態(tài)下差異很大的特性。具有顯著的量子尺寸效應。

納米復合材料是指分散相尺度至少有一維小于102nm量級的復合材料。由于其納米量子尺寸效應，大的比表面積及強的界面相互作用，使納米復合材料的性能遠優(yōu)于相同組份常規(guī)復合材料的物理力學性能。納米復合材料是獲得高性能復合材料的重要途徑之一。復合材料

復合材料的性能特點

1、高比強度、比彈性模量；

復合材料

2、抗疲勞性能好；

3、破損安全性好；

4、減振性能好；

5、可設計性強。構成復合材料的結構組元CM=增強材料(F)+基體(M)+界面相(I)增強材料不同有顆粒增強CM、片狀增強CM、纖維增強CM（連續(xù)纖維增強復合材料和短纖維增強復合材料

基體材料不同有金屬基MMC、聚合物基PMC、無機非金屬基CMC

F、M、I三相的結構與性質，它們的配置方式和相互作用及相對含量決定著復合材料的性能復合材料

混雜復合材料：兩種或兩種以上增強體同一種基體制成的復合材料。可以看成是兩種或多種單一纖維或顆粒復合材料的相互復合，即復合材料的“復合材料”。復合材料

纖維增強復合材料分為以下五種：①玻璃纖維復合材料；②碳纖維復合材料；③有機纖維（芳香族聚酰胺纖維、芳香族聚酯纖維、聚烯烴纖維等）復合材料；④金屬纖維（如鎢絲、不銹鋼絲等）復合材料；⑤陶瓷纖維（如氧化鋁纖維、碳化硅纖維、硼纖維等）復合材料。復合材料

纖維用作高性能工程材料是基于三個重要的特征：（1）小直徑纖維的直徑很小，所以纖維比塊狀物達到理論強度的百分率要高得多。這是尺寸效應的直接結果，即纖維直徑越小，含有缺陷的可能性越小。（2）高的長徑比纖維增強材料的效果，主要取決于纖維的性能，而基體僅起傳遞應力的作用。纖維具有高的長徑比，就為基體傳遞載荷的百分率的提供創(chuàng)造了有利條件。（3）很高度的柔軟性這種柔軟性允許用各種技術來制備這些纖維的復合材料。復合材料

纖維增強復合材料：纖維增強復合材料的強度和剛性與纖維方向密切相關。纖維無規(guī)排列時，能獲得基本各向同性的復合材料。均一方向的纖維使材料具有明顯的各向異性。纖維采用正交編織，相互垂直的方向均具有好的性能。纖維采用三維編織，可獲得各方向力學性能均優(yōu)的材料。

纖維在基體中的不同分布方式復合材料

玻璃纖維（GlassFibre,GF或Gt）由含有各種金屬氧化物的硅酸鹽類，經(jīng)熔融后以極快的速度抽絲而成。由于質地柔軟，因此可以紡織成各種玻璃布、玻璃帶等織物。價格便宜，品種多，適于編織各種玻璃布，作為增強材料廣泛用于航空航天、建筑領域及日常用品。缺點是不耐磨，易折斷，易受機械損傷，長期放置強度下降。復合材料

種類：按用途 高強度纖維、低介電纖維、耐化學藥品纖維、耐電腐蝕纖維、耐堿纖維；按化學成分 堿玻璃纖維、中堿玻璃纖維、低堿玻璃纖維、無堿玻璃纖維；按單絲直徑可分為：粗纖維、初級纖維、中級纖維、高級纖維。復合材料

63玻璃纖維復合材料

用玻璃纖維增強工程塑料的復合材料，即玻璃鋼。玻璃鋼分為兩種，即熱塑性玻璃鋼和熱固性玻璃鋼。復合材料

64Ａ、熱塑性玻璃鋼熱塑性玻璃鋼是以玻璃纖維為增強劑和以熱塑性樹脂為粘結劑制成的復合材料。Ｂ、熱固性玻璃鋼熱固性玻璃鋼是以玻璃纖維為增強劑和以熱固性樹脂為粘結劑制成的復合材料。復合材料

7.4.1聚合物基玻璃鋼天線反射面玻璃鋼建筑材料用于上海東方明珠電視塔大堂裝潢復合材料

(1)GFRP玻璃鋼應用于體育用品復合材料

碳纖維（CarbonFibre,CF或Cf） 纖維中含碳量在95%左右的碳纖維和含碳量在99%左右的石墨纖維。生產(chǎn)碳纖維的原料主要為人造絲（粘膠纖維）、聚丙烯烴和瀝青三種，其中以聚丙烯烴最為主要。按力學性能可將碳纖維分成高強度碳纖維、高模量碳纖維和普通碳纖維。復合材料

碳纖維的結構模型PolymerMatrixComposites，PMC普通型高強度型高彈性模量型68復合材料

碳纖維片材（復合材料）用于建筑物補強加固69Chapter9Composites復合材料

碳纖維的特點：強度和模量高、密度小；具有很好的耐酸性；熱膨脹系數(shù)小，甚至為負值具有很好的耐高溫蠕變性能，一般在1900℃以上才呈現(xiàn)出永久塑性變形。摩擦系數(shù)小、潤滑性好、導電性高。碳纖維的缺點：價格昂貴，比玻璃纖維貴25倍以上抗氧化能力較差，在高溫下有氧存在時會生成二氧化碳。復合材料

②碳纖維復合材料

Ａ、碳纖維復合材料：作基體的樹脂，目前應用最多的是環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂和聚四氟乙烯。Ｂ、碳纖維碳復合材料：用有機基體浸漬纖維坯塊，固化后再進行熱解，或纖維坯型經(jīng)化學氣相沉積，直接填入碳。Ｃ、碳纖維金屬復合材料：主要用于熔點較低的金屬或合金，如在碳纖維表面鍍金屬，制成了碳纖維金屬復合材料。Ｄ、碳纖維陶瓷復合材料：我國研制了一種碳纖維石英玻璃復合材料。復合材料

(2)CFRP碳纖維增強聚合物基復合材料（CFRP）

CFRP在民用飛機中的應用CFRP在空間站大型結構以及太陽能電池支架中的應用復合材料

硼纖維（BoronFibre，BF或Bf）通用的制備方法是在加熱的鎢絲表面通過化學反應沉積硼層。硼纖維的直徑有100μm、140μm、200μm幾種。硼纖維的特點硼纖維具有很高的彈性模量和強度，但其性能受沉積條件和纖維直徑的影響，硼纖維的密度為2.4~2.65g/cm3，拉伸強度為3.2~5.2GPa，彈性模量為350~400GPa。硼纖維具有耐高溫和耐中子輻射性能。復合材料

74硼纖維復合材料Ａ、硼纖維樹脂復合材料：基體主要為環(huán)氧樹脂、聚苯并咪唑和聚酰亞胺樹脂等。Ｂ、硼纖維金屬復合材料：常用的基體為鋁、鎂及其合金，還有鈦及其合金等。復合材料

硼纖維增強鋁基復合材料用于航天飛機主艙體支柱復合材料

硼纖維的缺點工藝復雜，不易大量生產(chǎn)，其價格昂貴。由于鎢絲的密度大，硼纖維的密度也大。目前已研究用碳纖維代替鎢絲，以降低成本和密度，結果表明，碳心硼纖維比鎢絲硼纖維強度下降5%，但成本降低25%。硼纖維在常溫為較惰性物質，但在高溫下易與金屬反應，因此需在表面沉積SiC層，稱之為Bosic纖維。硼纖維主要用于聚合物基和金屬基復合材料。復合材料

氧化鋁纖維 AluminiaFibre，AF多晶連續(xù)纖維，除Al2O3外常含有約15%的SiO2。優(yōu)點：具有優(yōu)良的耐熱性和抗氧化性，直到370℃強度仍下降不大。缺點：在所有纖維中密度最大。用途：主要用于金屬基復合材料。復合材料

碳化硅纖維 SiliconCarbideFibre，SF目前SiC纖維的生產(chǎn)有有機合成法和CVD法兩種。

特點：高強度高模量有良好的耐化學腐蝕性、耐高溫和耐輻射性能。比碳纖維和硼纖維具有更好的高溫穩(wěn)定性。具有半導體性能。與金屬相容性好，常用于金屬基和陶瓷基復合材料。復合材料

金屬纖維復合材料作增強纖維的金屬主要是強度較高的高熔點金屬鎢、鉬、鋼、不銹鋼、鈦、鈹?shù)龋鼈兡鼙换w金屬潤濕，也能增強陶瓷。Ａ、金屬纖維金屬復合材料：研究較多的增強劑為鎢鉬絲，基體為鎳合金和鈦合金。Ｂ、金屬纖維陶瓷復合材料：利用金屬纖維的韌性和抗拉能力改善陶瓷的脆性。復合材料

晶須增強體晶須（Wisker）：具有一定長徑比（一般大于10）和截面積小于52×10-5cm2的單晶纖維材料。具有實用價值的晶須直徑約為1～10μm，長度與直徑比在5～1000之間。晶須是含缺陷很少的單晶短纖維，其拉伸強度接近其純晶體的理論強度。復合材料

顆粒增強體顆粒增強體：用以改善基體材料性