复合材料研究新进展

摘 要：本文结合国内外近年来对复合材料的报道，对复合材料领域的国际前沿热点以及我国复合材料的研究开发现状做了系统的介绍，并对我国复合材料未来的发展提出了展望和建议。

关键词： 复合材料;研究进展

复合材料[1]是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各组元材料的优点，克服单一组元的缺陷。复合材料按用途可分为结构复合材料和功能复合材料，根据基体种类可分为金属基复合材料、陶瓷基复合材料、聚合物基复合材料和炭基复合材料等，按增强（韧）相可分为颗粒增强、晶须增强或纤维增强复合材料。复合材料已广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、体育器材、医疗器械等领域，近几年更是得到了突飞猛进的发展。

1复合材料领域的国际前沿热点及进展

1.1金属基复合材料

金属基复合材料是包括[2]颗粒、晶须、纤维增强金属基体的复合材料。金属基复合材料兼具金属与非金属的综合性能，材料的强韧性、耐磨性、耐热性、导电导热性及耐候性能适应广泛的工程要求，且比强度、比模量及耐热性超过基体金属，对航空航天等尖端领域的发展具有重要作用。

1.2陶瓷基复合材料

陶瓷基复合材料的增韧材料主要有碳纤维、碳化硅纤维（SiCf）、玻璃纤维、氧化物纤维，以及碳化物和氧化物颗粒等，基体材料主要有氧化物陶瓷、碳化物陶瓷和氮化物陶瓷等。

1.3聚合物基复合材料

聚合物基复材料是以热固性或热塑性树脂为基体材料和另外不同组成、不同性质的短切的或连续纤维及其织物复合而成的多相材料。常用的增强纤维材料有玻璃纤维、碳纤维、高密度聚乙烯纤维等。聚合物基复合材料密度低、比强度高，耐腐蚀、减振性能好，模量高和热膨胀系数低，是一种高性能工程复合材料，广泛应用于汽车、航空航天和军事等领域。

1.4炭/炭复合材料

（C/C）复合材料[3]是以碳纤维增强炭基体的复合材料，其使用温度高达2000℃以上，密度低于2.0g/cm3，比强度是高温合金的5倍，是一种优秀的轻质高温结构材料。C/C复合材料早在 20世纪70年代末80年代初已成功用于航天飞机的鼻锥帽和机翼前缘，满足了航天飞机多次往返飞行的需求。

2我国复合材料的研究开发现状

2.1金属基复合材料

我国结合国防军工及高技术发展的需要，已开展颗粒与纤维增强铝基、钛基、镁基、铁基、铜基等各类金属基复合材料的研发，已有较好的研究基础。颗粒增强PRA的研究已形成了自身的特色，不仅基础研究工作的深度和水平处于国际前列，研制的铝基复合材料的性能达到了国际先进水平，而且应用研究正在和国外应用研究接轨，并努力将材料推向实际应用。结合铝基复合材料的应用要求，我国还发展了复合材料的导热性、热膨胀性、磨擦磨损特性、疲劳特性、尺寸稳定性等应用基础研究，为铝基复合材料的实际应用打下了良好的基础。在铝基复合材料的复合和成形技术研究方面，已基本掌握了精密铸造、挤压成形、超塑成形、搅拌铸造、真空压力浸渍等技术，并达到了国际先进水平。

在铸造法制备颗粒增强铝基复合材料的研究方面，我国已经解决了复合材料铸造成形中的一些缺点。

2.2陶瓷基复合材料

纤维增强的CMC一直是CMC研究的重点和热点，我国从 20世纪90年代初开始对Cf/SiC、SiCf/SiC、Cf/LAS、SiCf/LAS、SiCf/LCAS等高性能纤维增强CMC进行重点研究，研究内容包括工艺、组成、显微结构、界面结构、力学性能和热处理等方面。

在航空航天领域，我国突破了航空航天用碳化硅陶瓷基复合材料制造与应用的关键技术，建立了具有自主知识产权的高性能、低成本制造工艺、制造设备和应用考核3个技术平台。

2.3聚合物基复合材料

我国聚合物基复合材料的研究始于1958年，第一个产品就是我们所熟知的玻璃钢。我国的热塑性树脂基复合材料开始于20世纪80年代末期，近20年来取得了快速发展，迄今，我国已经成功将碳纤维、芳纶纤维、高强度玻璃纤维三大增强纤维增强的高性能聚合物基复合材料实用化，其中高强度玻璃纤维增强复合材料已达到国际先进水平，形成了年产500t的规模。

我国采用插层复合法，使无机颗粒在聚合物中以纳米级分散，实现了高分子与层状硅酸盐片层在纳米尺度上的复合，并在世界上首次发现纳米复合材料体系中的某些液晶行为，使这一研究处于世界领先之列，研制的复合材料已实现工业化生产并在化工管材和建筑行业得到应用。

2.4炭/炭复合材料

我国在民用领域如化工、电子、机械、冶金等行业迫切需求高性能C/C复合材料;在C/C航空制动材料制备技术方面，我国攻克了高性能C/C航空制动材料制备方法、工艺装备、性能测试与评价等一系列技术难题，形成了多项重大发明，取得了一系列创新成果，创立了材料性能测试和评价方法，建立了我国C/C 航空制动材料地面试验装置及规范和试飞标准，构建了我国自己的高性能C/C复合材料制备工业技术平台。研制生产的C/C航空刹车副已成功应用于民用和军用飞机。

3关于我国未来发展复合材料技术的建议：

为了使我国复合材料能在21世纪保持持续、高速发展，满足航空航天、汽车工业、信息技术、资源短缺和能源危机、环境治理等对高性能复合材料的需求，在今后一段时间内，复合材料的研究发展应注重以下几个方面的工作：

（1）应积极开拓复合材料新领域的研究，如多功能复合材料、机敏复合材料、智能复合材料、纳米复合材料和仿生复合料。

（2）在基础理论、设计和制备方法上进行深化、开拓与创新。

（3）应加大力度支持和推动现有的达到国际先进水平的技术向纵深发展，垒实基础，加速开展工程化研究。总之，汽车工业、石油化工、建筑业及航空航天工业的发展，已经带动复合材料产业的形成，并正在走向面大量广的应用。同时，国家经济建设和国防建设的需求将有力地推动复合材料向高性能化、多功能化发展，逐步形成“结构—功能”一体化的新一代复合材料。

参考文献

[1].冯小明，张崇才.复合材料.重庆大学出版社.2011，（5）;

[2].黄伯云，肖鹏，陈康华.复合材料发展.中南大学粉末冶金国家重点实验室;

[3].张中伟，王俊山，许正辉.C/C复合材料抗氧化研究进展.航天材料及工艺研究所先进功能复合材料技术国防科技重点实验室;

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