二、复合材料是具有各种优良特性的新型材料

按不同的用途,要求材料具备的性质是多种多样的。随着科学技术的发展,对材料提出的要求也越来越苛刻。对这些要求仅用单一的材料是难以满

足的,因此不得不把两种或两种以上的材料,通过适当方式加以组合,取长补短,集各种材料的优点于一身,制备出兼具各种特性的新型材料。这种由两种或两种以上,性质互不相同的物质组合在一起制成的新材料称为复合材料。复合材料按照其形态包括:陶瓷体,高温涂层和纤维增强复合材料。陶瓷质高温材料的最大缺点是脆性,抗机械冲击和热冲击的能力低。为了克服这一缺点,可以采用与金属或其它增强材料复合的方法制成高温涂层,金属陶瓷或各种纤维增强的复合材料。

  1. 最常见的高温涂层材料是在金属材料的基底上烧附上一层珐琅釉的高温陶瓷。这种高温涂层材料兼具有金属材料的良好机械性能和陶瓷材料的耐高温,抗氧化,耐腐蚀和耐磨的优点。高温涂层材料广泛应用于喷气发动机的燃烧筒,机尾内衬等高温部件以及大型发电机的排气管,气轮机的燃烧室和叶片材料;用于导弹和原子反应堆的衬里材料。

  2. 金属陶瓷和分散型增强材料是两类十分相似的复合材料。前者是一类以陶瓷为基质复合上金属的复合材料。而后者是以金属为基质并在其中掺入氧化物(Al2O3,ThO2,ZrO2,BeO 等)的细粉作为分散增强剂的复合材料。金属与陶瓷的复合材料具有以下特性:(1)熔点高。(2)高温下抗氧化性, 抗蚀性强。(3)高温下的蠕变破坏强度高。(4)导热性良好。(5)抗热冲击性强。(6)同金属润湿性好。(7)比重小。因此金属与陶瓷的复合材料广泛应用于汽轮机叶片,喷嘴,轴承,高温无油润滑件上。又由于它们具有高的硬度例如立方氮化硼(cBN)和良好的耐腐蚀性,也用作耐磨材料,如磨料和切削刀具上。

  3. 纤维复合材料是近年来迅速发展起来的具有高弹性模量,高强度的性能更好的新型材料。碳纤维强化塑料是一种高级材料,它比铝轻,比铁坚实。每架波音 767 飞机已经使用了一吨碳纤维,每架新型的波音 757 飞机使用了

9 吨以上的碳纤维。纤维复合材料由增强纤维和基质材料(树脂,橡胶,金属,玻璃和陶瓷等)制成。增强纤维的种类有:天然产的矿物石棉和植物纤维;人工制成的玻璃纤维,各种有机合成纤维;金属纤维(W,Mo,Ti,Fe, Be,Mg),金属晶须(Cr,Fe,Ni,Cu);非金属晶须(Al2O3,BeO,SiC, SiO2,Si3N4),非金属纤维(C,B)和陶瓷纤维(SiC,B4C,Al2O3)等。玻璃纤维同环氧树脂或酚醛树脂等强度较高的有机材料粘结在一起制成的纤维增强塑料又称玻璃钢,是当前纤维复合材料中产量最多和用途最广的一种。纤维增强陶瓷克服了陶瓷的弱点,可得到高强度,高韧性的新型高温结构材料。纤维复合材料因具有强度高,模量高,重量轻,耐高温,耐磨,耐腐蚀等特点,在各种热机用结构材料和精密机械材料上有着广泛的用途。特别是在空间技术,原子能和航空工业上的应用日益广泛。