先进复合材料的发展及展望

先进复合材料的介绍
先进复合材料的应用：
复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。2000年美国 汽车零件的复合材料用量达14.8万吨，欧洲汽车复合材料用量到2003年 估计可达10.5万吨。而在日本，复合材料主要用于住宅建设，如卫浴设 备等，此类产品在2000年的用量达7.5万吨，汽车等领域的用量仅为2.4 万吨。不过从全球范围看，汽车工业是复合材料最大的用户，今后发展 潜力仍十分巨大，目前还有许多新技术正在开发中。例如，为降低发动 机噪声，增加轿车的舒适性，正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂 的减振钢板；为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求，发 动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化 要求，必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车制造业中。与 此同时，随着近年来人们对环保问题的日益重视，高分子复合材料取代 木材方面的应用也得到了进一步推广。因而有人预言，21世纪是复合材 料的时代。
先进复合材料的发展及展望
目录
先进复合材料的介绍 先进复合材料的发展 先进复合材料的发展前景
Part one：先进复合材料的介绍
先进复合材料的介绍
先进复合材料(ACM)：专指Βιβλιοθήκη Baidu用于加工主承力结构和次承力结
构、其刚度和强度性能相当于或超过铝合金的复合材料。目前主要指 有较高强度和模量的硼纤维、碳纤维、芳纶等增强的复合材料。ACM 在航空航天等军事上的应用价值特别大。比如，军用飞机和卫星，要 又轻又结实；军用舰船，要又耐高压又耐腐蚀。这些苛刻的要求，只 有借助新材料技术才能解决。ACM具有质量轻，较高的比强度、比模 量、较好的延展性、抗腐蚀、导热、隔热、隔音、减振、耐高（低） 温，独特的耐烧蚀性、透电磁波，吸波隐蔽性、材料性能的可设计性、 制备的灵活性和易加工性等特点。
先进复合材料的发展前景
智能化：
由材料、结构和电子互相融合而构成的智能材料与结构， 是当 今材料与结构高新技术发展的方向。随着智能材料与结构的发展还 将出现一批新的学科与技术。包括： 综合材料学、精细工艺学、材 料仿生学、生物工艺学、分子电子学、自适应力学以及神经元网络 和人工智能学等。智能材料与结构已被许多国家确认为必须重点发
型方法。
先进复合材料的发展前景
高性能：
90年代先进复合材料大部分是采用T300 类型的碳纤维和环氧 树脂件作为基体，这一类T300环氧复合材料的性能不能满足高技 术发展的要求， 特别是设计许用值较低，一般在3000LE, CAI也 较低，一般在200MPa 以下。而高技术发展，例如：新一代战斗机 和新一代战略核武器等， 要求设计许用值达到6000LE左右，CAI 值则要求达到300MPa以上。碳纤维的性能是决定先进复合材料性 能的关键因素。为此， 各国都致力提高改进碳纤维性能。
Part two：先进复合材料的发展
先进复合材料的发展
经过20世界60年代末期使用，树脂基高性能复合材料被用于飞机的 承力结构，后又逐渐进入工业其他领域。70年代末期发展出了用高 强度、高模量的耐热碳纤维和陶瓷纤维与金属复合，特别是鱼轻金 属复合，形成了金属基复合材料，克服了树脂基复合材料耐热性差、 导热性低等缺点，已广泛应用于航空航天等高科技领域。80年代开 始，逐渐出现了陶瓷复合材料。复合材料因其具有可设计的特点受 到广泛的重视，因而发展极快。目前全世界复合材料的年产量已达 550多万吨，年产值达1300亿美元以上。
展的一门新技术， 成为21 世纪复合材料一个重要发展方向。
由材料、结构和电子互相融合而构成的智能材料与结构， 是当 今材料与结构高新技术发展的方向。随着智能材料与结构的发展还 将出现一批新的学科与技术。包括： 综合材料学、精细工艺学、材 料仿生学、生物工艺学、分子电子学、自适应力学以及神经元网络 和人工智能学等。智能材料与结构已被许多国家确认为必须重点发 展的一门新技术， 成为21 世纪复合材料一个重要发展方向。
Part three：先进复合材料的发展前景
先进复合材料的发展前景
先进复合材料的发展前景： 低成本：制造成本大约占复合材料之间总成本的80%左右，所以低成
本复合材料技术的核心是低成本制造技术。
高性能：性能是评价材料的重要标准，国防先进武器装备和国民经济
高技术的发展， 都要求进一步提高复合材料的性能， 进一步提高比强 度、比模量。
多功能化：高技术的发展要求材料不再是单一的结构材料或功能材料，
成为未来发展的核心。
智能化：智能材料与结构的出现是由于结构材料、功能材料和微电子
工业的发展，是三者结合的产物。未来的复合材料将更注重智能性。
先进复合材料的发展前景
低成本： （1）自动化制造技术：该技术可节省时间、速度较手工铺层
提高10倍，且节省原材料，提高之间精度、质量，有效的降低了 成本。
（2）以固化/共胶接为核心的大面积整体成型技术：大
面积整体成型课大大减少零件数目，减少紧固件数目，减轻结构 质量，降低连接和装配成本，从而有效的降低了总成本。
（3）罐外成型技术：热压罐法成型时目前航空航天制件最主
要的成型工艺方法，但其设备成本高、生产周期长、能源消耗大， 故其生产成本高。为降低制造成本，人们在努力寻求热压罐外成
先进复合材料的发展前景
多功能化：
传统的材料科学与工程把材料划分为两大类，即结构材料与功能 材料，多少年来一直根据这样的概念来研究与发展材料。高技术的发 展要求材料不再是单一的结构材料或功能材料， 航天高技术的发展 要求由一种材料承担多种功能，包括：防热、抗核、承载、吸波、透 波、隐身、减震、降噪等，这是实现战略核武器的小型化、轻质化、 强突防和全天候的关键因素之一。因此，材料发展中的一种新趋势是 结构材料和功能材料的互相渗透，即结构材料的功能化（例如，结构 吸波材料）和功能材料的结构化（例如，热结构材料）。这就是材料 发展中的综合集成。
先进复合材料的介绍
先进复合材料的分类：
聚合物基复合材料：基体是塑料，常使用的有
尼龙、聚碳酸醋、聚乙烯、聚丙烯、环氧、酚醛有 机硅树脂等品种。
金属基复合材料：是以金属及其合金为基体，
与一种或几种金属或非金属增强相人工结合成的复 合材料。
无机非金属材料基复合材料：是以某些元素
的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物 以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成 的材料。