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高大上的军工材料:复合材料用途详解!

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高大上的军工材料:复合材料用途详解!


复合材料,是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观(微观)上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的用量已成为衡量军用装备先进性的重要标志。复合材料的兴起丰富了现代材料家族。尤其是具备高强度、高模量、低比重碳纤维增强复合材料的出现,使其成为各类军民装备重要的候选材料之一。

复合材料的分类

复合材料可以根据基体材料类别、增强材料形态、复合材料功能的不同来进行分类。

1、按基体材料类别,

复合材料可分为金属基、有机非金属基与无机非金属基,如树脂基、铝基、钛基复合材料等;

2、按增强材料形态,

复合材料可分为纤维增强、颗粒增强、短纤维增强、片状增强等,如纳米碳管、碳纤维复合材料等;

3、按材料功能,

复合材料可分为结构复合材料、功能复合材料及智能复合材料,如导电复合材料、光导纤维、形状记忆合金等。

复合材料的特性

与普通材料相比,复合材料具有许多特性,可改善或克服单一材料的弱点,充分发挥各材料的优势,并赋予材料新的性能;可按照构件的结构和受力要求,给出预定的分布合理的配套性能,进行材料最佳性能设计等。

具体表现在:

1、高比强度和髙比模量。

复合材料的突出优点是比强度和比模量高。如碳纤维增强树脂复合材料的比模量比钢和铝合金高5倍,比强度比钢和铝合金也高3倍以上。

2、耐疲劳性高。

纤维复合材料,特别是树脂基复合材料对缺口、应力集中敏感性小,而且纤维和基体的界面可以使扩展裂纹尖端变钝或改变方向,即阻止了裂纹的迅速扩展,因而疲劳强度较髙,碳纤维不饱和聚酯树脂复合材料疲劳极限可达其拉伸强度的70%~80%,而金属材料只有40%~50%。

3、抗断裂能力强。

纤维复合材料中有大量独立存在的纤维,一般每平方厘米上有几千到几万根,由具有韧性的基体把它们结合成整体,当纤维复合材料构件由于超载或其他原因使少数纤维断裂时,荷载就会重新分配到其他未断裂的纤维上,使构件不至于在短时间内发生突然破坏。因此复合材料都具有比较高的抗断裂韧性。

4、减振性能好。

结构的自振频率与结构本身的质量和形状有关,并与材料比模量的平方根成正比。若材料的自振频率高,就可避免在工作状态下产生共振及由此引起的早期破坏。

5、耐高温性能好,抗蠕变能力强。

由于纤维材料在高温下仍能保持较高的强度,所以纤维增强复合材料,如碳纤维增强树脂复合材料的耐热性比树脂基体有明显提高。而金属基复合材料在耐热性方面更显示出其优越性,如铝合金的强度随温度的增加下降很快,而用石英玻璃增强铝基复合材料,....


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