新编现代科技概论(第二版)

第三章 材料科学技术
第五节 复合材料
三、先进复合材料现代材料发展很快，除了利用各种先进手段来制造一些新型材料外，我们也不断开拓传统材料，传统材料开拓的方法之一就是用复合材料来发现材料的新功能。现代生活中的简单复合材料比比皆是，如建筑用的钢筋混凝土，它是以钢筋为增强材料，以混凝土为基体材料，制成后比钢筋或混凝土都来的坚固，不易断裂损坏。但现代科学技术，尤其是在20世纪60年代以来，航空航天事业的飞速发展对复合材料提出了非常高的要求，我们称作“三高一低”。前面我们已经介绍了玻璃钢与普通的玻璃、塑料或金属等相比具有耐高温、抗腐蚀、强度高等优点，但它并不能满足我们航空航天事业的需要，主要原因是它刚性差，易变形，所以它逐渐被先进复合材料所代替。
先进复合材料主要具有“三高一低”的性能，即：高强度、高模量、耐高温和低密度。模量，在这里是指弹性模量。这是一个表征材料刚度的物理量，一般用材料所受外力同在这个外力下材料所发生的形变之比来计算。弹性模量越大，说明这种材料越不容易发生形变，也就是说，其刚度越高。
制造先进复合材料一般从两方面人手即增强材料和基体材料的改进。在增强材料方面，人们使用了多种纤维材料，主要有碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维等，这些都是比玻璃纤维更优越的纤维材料。在基体材料方面，用于先进复合材料的有树脂、金属和陶瓷等，因此先进复合材料可分为树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料。
先进复合材料的应用几乎涉及各个领域。在航天领域中，先进复合材料除了做导弹的头锥、火箭的喷管，航天飞机的机翼前缘等优良的热防护材料外，还广泛用作结构材料，如卫星天线及其支撑结构、太阳能电池翼和外壳、各种受力骨架、运载火箭壳体、航天飞机舱门等。在汽车工业中，先进复合材料可用来制造车身、底盘、悬挂结构、传动轴、发动机架等。用先进复合材料制造的轿车车身，比钢制的车身轻60％。
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