复合材料

一、什么是复合材料
顾名思义，所谓“复合”即含有多元多相的组合之义。简单地说，复合材料
就是用两种或两种以上不同性能、不同形态的组分材料通过复合手段组合而成的一种多相材料。从复合材料的组成与结构分析，其中有一相是连续的称为基体相，另一相是分散的、被基体包容的称为增强相。增强相与基体相之间有一个交界面称为复合材料界面，复合材料的各个相在界面上可以物理地分开。通过在微观结构层次上的深入研究，发现复合材料界面附近的增强相和基体相由于在复合时复杂的物理和化学的原因，变得具有既不同于基体相又不同于增强相组分本体的复杂结构，同时发现这一结构和形态会对复合材料的宏观性能产生影响，所以界面附近这一结构与性能发生变化的微区也可作为复合材料的一相，称为界面相。因此确切地说，复合材料是由基体相、增强相和界面相组成的。
二、复合材料的特点
(1) 可设计性 复合材料与传统材料相比的显著特点是它具有可设计性。材料设计是最近20年才提出的新概念，复合材料的性能可设计性是材料科学进展的一大成果，复合材料的力学、机械及热、声、光、电、防腐、抗老化等物理、化学性能都可按制件的使用要求和环境条件要求，通过组分材料的选择和匹配以及界面控制等材料设计手段，最大限度地达到预期目的，以满足工程设备的使用性能。
(2) 材料与结构的同一性 复合材料尤其是纤维增强复合材料，与其说是材料倒不如说是结构更为恰当。传统材料的构件成型是经过对材料的再加工，在加工过程中材料不发生组分和化学的变化，而复合材料构件与材料是同时形成的，它由组成复合材料的组分材料在复合成材料的同时也就形成了构件，一般不再由“复合材料”加工成复合材料构件。由于复合材料这一特点，使之结构的整体性好，可大幅度地减少零部件和连接件数量，从而缩短加工周期，降低成本，提高构件的可靠性。
(3) 发挥复合效应的优越性 复合材料是由各组分材料经过复合工艺形成的，但它并不是几种材料简单的混合，而是按复合效应形成新的性能，这种复合效应是复合材料仅有的。
(4) 材料性能对复合工艺的依赖性 复合材料结构在形成的过程中有组分材料的物理和化学的变化，过程非常复杂，因此构件的性能对工艺方法、工艺参数、工艺过程等依赖性较大，同时也由于在成型过程中很难准确地控制工艺参数，所以一般来说复合材料构件的性能分散性也是比较大的。
三、复合材料的分类
按不同的标准和要求，复合材料通常有以下几种分类法：
1.按使用性能不同分类 ①结构复合材料；②功能复合材料等。
2.按基体材料类型分类 ①树脂基复合材料；②金属基复合材料；③无机非金属复合材料等。
3.按分散相的形态分类 ①连续纤维增强复合材料；②纤维织物、编织体增强复合材料；③片状材料增强复合材料；④短纤维或晶须增强复合材料；⑤颗粒增强复合材料等。
4.按增强纤维类型分类 ①碳纤维复合材料；②玻璃纤维复合材料；③有机纤维复合材料；④陶瓷纤维复合材料等。
此外还有一些专指某些范围的名称，如近代复合材料、先进复合材料等。
四、一类新颖复合材料———纳米复合材料
材料的分子尺度和纳米尺度设计是目前高性能复合材料研究的前沿学科。Roy和Komameni等于1984年首次提出了纳米复合材料(Nanocomposites)的概念，即由两种或两种以上的材料，至少在一个方面以纳米级大小(1～100nm)复合而成的复合材料。由于纳米分散相具有大的表面积和强的界面相互作用，纳米复合材料表现出不同于一般宏观复合材料的力学、热学、电学、磁学和光学性能，还可能具有原组分不具备的特殊性能和功能，是一种全新的高技术新材料，具有广阔的商业开发和应用前景。
纳米复合材料构成形式，概括起来有以下几种类型：0－0型、0－1型、0－2型、0－3型、1－3型、2－3型等主要形式。常用的包括如下三种类型：①0－0复合，即不同成分、不同相或不同种类的纳米微粒复合而成的纳米固体或液体；②0－2复合，即把纳米微粒分散到二维的薄膜材料中；③0－3复合，即把纳米微粒分散到常规固体粉体中。纳米复合材料按基体材料类型可以分为三种：金属基纳米复合材料、陶瓷基纳米复合材料、聚合物基纳米复合材料。

下期目录：一、复合材料应用情况
二、金属基纳米复合材料
三、我国纳米科技发展简况