復合材料的定義和分類

（關于復合材料，有著不同的定義方式。）“由兩種以上不同的原材料組成，并使原材料的性能得到充分發揮，通過復合化而得到單一材料所不具備的性能。”（島村昭治.未來を拓く先端材料，工業調查會，1982）“把一些個體典型或基本的特性組合，而得到的物質。”（余永寧等譯.金屬基復合材料導論，北京，冶金工業出版社，1996）“由兩種以上異質、異形、異性的材料復合而成的新型材料。”（吳人潔，復合材料，天津大學出版社，2000）“經過一定的操作，將復數個原材料合體，或者是由復數個相生成，且具有比原材料優異的性能。”（香川豐，八田博志.セラミックス基復合材料，アグネ承風社，1990）1.1復合材料概述

盡管定義的細節有所不同，但其要點是共同的。

含兩種以上不同的化學相。具有每個組分所不具備的優良性能。

至于天然材料的骨骼、竹子、木材等是否應屬于復合材料的范疇，尚有不同的看法。但一般認為它們應屬于具有復合材料形態的天然材料。這樣，復合材料的含義就還應該包括：人工制造、成分由人們有意識的選擇；具有重復的幾何形狀等。通過以上對復合材料的多種定義可以發現，復合材料是兩個或兩個以上的不同化學性質的組元或不同組織相組成的結合體，是不同的材料在宏觀尺度上組合而成的一種有用的材料。并應滿足以下三個條件：(1)各組元含量都大于5％；(2)復合材料的性能顯著不同于各組元的性能，(3)通過各種方法混合而成。對于復合材料，應該強調正面效果，即復合后的整體性能應超過組分材料，同時保留了所期望的性能(例如高強度、剛度、輕的重量)，抑制了所不期望的特性(例如低延性)，復合材料應該是多功能的材料系統，可提供任何單一材料所無法獲得的特性。也就是說，并非隨意將不同種類的原材料混合在一起都能夠得到復合材料。復合材料應具有以下特點1、復合材料的組分和相對含量是由人工選擇和設計的，即復合材料具有可設計性；2、組成復合材料的某些組分在復合后仍然保持其固有的物理和化學性質（區別于化合物和合金）；3、復合材料不僅能保持原組分的部分優點，而且產生原組分所不具備的新性能，就是說復合材料中各組元不但保持各自的固有特性，而且可最大限度發揮各種材料組元的特性，并賦予單一材料組元所不具備的優良持殊性能；復合材料應具有以下特點4、復合材料的性能取決于各組成相性能的協同。復合材料具有新的、獨特的和可用的性能，這種性能是單個組分材料性能所不及或不同的；5、復合材料是各組分之間被明顯界面區分的多相材料，即組元之間存在著明顯的界面。6、復合材料是非天然形成的，以區別于具有某些復合材料形態特征的天然物質。復合材料的命名復合材料的結構通常是一個相為連續相，稱為基體；而另一相是以獨立的形態分布在整個連續相中的分散相，與連續相相比，這種分散相的某些性能優越，會使材料的性能顯著增強，故常稱為增強體(也稱為增強材料、增強相等)。在大多數情況下，分散相較基體硬，強度和剛度較基體大。分散相可以是纖維及其編織物，也可以是顆粒狀或彌散的填料，在基體與增強體之間存在著界面。復合材料在世界各國還沒有統一的名稱和命名方法，比較共同的趨勢是根據增強體和基體的名稱來命名，通常有以下三種情況：復合材料的命名（1）強調基體時以基體材料的名稱為主。如樹脂基復合材料、金屬基復合材料、陶瓷基復合材料等。（2）強調增強體時以增強體材料的名稱為主。如玻璃纖維增強復合材料、碳纖維增強復合材料、陶瓷顆粒增強復合材料等。（3）基體材料名稱與增強體材料并用。這種命名方法常用來表示某一種具體的復合材料，習慣上把增強體材料的名稱放在前面，基體材料的名稱放在后面。材料的分類方法（1）按材料的使用性能，結構材料、功能材料。（2）按材料的化學性質分類，有金屬材料、非金屬材料。（3）按物理性質分類，有絕緣材料、磁性材料、遠光材料、半導體材料、導電材料等。（4）按用途分類，有航空材料、電工材料、建筑材料、包裝材料等。復合材料的定義和分類

木質基復合材料

復合材料

有機材料基復合材料

金屬基復合材料MMC無機非金屬基復合材料

聚合物基復合材料PMC熱塑性樹脂

熱固性樹脂

樹脂基

水泥或混凝土基復合材料

陶瓷基復合材料CMC橡膠基

將復合材料進行分類時，有按基體或第二相等多種方法。基體一般按材質分類。

CompositeMaterials或Composites

MetalMatrixCompositesPolymerMatrixCompositesCeramicsMatrixComposites顆粒增強復合材料顆粒狀分散相復合材料

纖維狀分散相復合材料

短纖維

連續纖維強化復合材料

分散強化復合材料

片晶增強復合材料

復合材料

單向纖維強化復合材料

非編織纖維層

2維,3維編織纖維層晶須

隨機排列

隨機排列

定向排列定向排列不連續纖維強化復合材料

根據第二相（增強體）形態分。按照材料的作用分類（1）結構復合材料主要用于制造受力構件；結構復合材料主要是作為承力結構使用的復合材料，它基本上是由能承受載荷的增強體組元與能聯接增強體成為整體承載同時又起分配與傳遞載荷作用的基體組元構成。結構復合材料的特點：可根據材料在使用中受力的要求進行組元選材和增強體排布設計，從而充分發揮各組元的效能。（2）功能復合材料指具備各種特殊物理與化學性能的材料。例如：聲、光、電、磁、熱、耐腐蝕、零膨脹、阻尼、摩擦、屏蔽或換能等。功能復合材料中的增強體又可稱為功能體組元，它分布于基體組元中。功能復合材料中的基體不僅起到構成整體的作用，而且能夠產生協同或加強功能的作用。按照組成的合成了的原材料是否同質材料而分類同質復合材料（增強材料和基體材料屬于同種物質，如碳/碳復合材料）。異質復合材料（前面提及的復合材料多屬此類）。復合材料按制造方法的種類大分類構成有機材料金屬材料無機材料

混

合

系積層混合含浸被覆發泡機械加工FW，冷壓、熱壓

含浸涂層發泡劑注射成形擴散接合粉末冶金溶浸電鍍發泡劑,燒成拔絲、擠壓熱壓混凝土高分子混凝土化學氣相沉積CVD攪拌壓延生成系生成系自增強定向凝固、反應擴散定向凝固、反應擴散復合材料目前狀況（1）樹脂基復合材料：非常成熟，廣泛的應用（2）金屬基復合材料：開發階段，某些結構件的關鍵部位（3）陶瓷基復合材料及功能復合材料等：尚處于研究階段，有不少科學技術問題有待解決。1.1.2復合材料的歷史

從廣義上講，復合材料已有很久的歷史。遠古時代人們用稻草摻入黏土做土坯。古代人們用鋼鐵層壓法制成刀劍等。近代的復合材料是以1942年制出的玻璃纖維強化塑料為起點。隨后為了提高纖維的彈性率，開發了硼纖維、碳纖維、耐熱氧化鋁纖維等。另一方面，為了改善樹脂的耐熱性，對金屬基復合材料也開展了研究。FRM的耐熱溫度已達450℃，強度在1500MPa以上。同時，對陶瓷等無機材料作為復合材料的基體也有了重新的認識，在研究開發的基礎上有了廣泛的應用。如果將玻璃強化樹脂看作是第一代復合材料，則CFRP、BFRP可以稱為第二代復合材料。進一步，以金屬或陶瓷為基體的先端復合材料則可以稱為第三代復合材料。第一代第二代第三代氧化鋁纖維玻璃纖維硼纖維碳纖維芳族聚酰胺晶

須+高韌性高彈性

輕量

耐熱性工程塑料環境擴大碳化硅纖維金

屬陶

瓷石

墨泡沫材料混凝土石

膏功能復合材料延伸與韌性氮化鋁纖維石墨纖維功能化定向凝固共晶自增強塑料擴散接合表面處理CVD(化學氣相沉積)CVI(化學氣相滲透)

CIP,HIP-SiC-Al2O3Si3N4石墨聚

脂金屬纖維聚酰亞硝胺1.2復合材料在21世紀應起的作用

討論復合材料在21世紀應起的作用之前，應分析與預測人類在新的世紀面臨的問題、社會特點與重點需求。世界發展的趨勢是進入高信息化的社會，對生活質量和健康水平的追求會更高。地球存在著非常嚴重的問題。環境污染地球溫室效應、臭氧層破壞、沙漠化、野生動物的滅絕人口膨脹清潔淡水、食物、可耕地能源枯竭石油、天然氣、煤、礦產等1)對信息技術提供服務復合材料信息獲得敏感器件換能材料信息存儲磁記錄光記錄信息處理芯片封裝電路板信息傳播光導纖維導波管信息執行機械動作高強高剛人類已經進入了高度信息化的社會

信息技術的每一步發展都與材料息息相關

2)對提高人類生活質量做出貢獻材料還深刻地影響著人類的生產生活方式。復合材料的發展，推動了高技術產品的智能化與微型化，從而極大地影響著人類的現代生活、社會結構與文化價值。人類生活的衣食住行中，都與復合材料有著密切的關系。2)對提高人類生活質量做出貢獻復合材料衣紡織機械食蔬菜大棚住建筑材料行交通工具改善舒適性輕質高強、隔音隔熱墻體門窗、整體潔具飛機車輛、大小船艦高速列車的車體結構提高安全性抗沖韌性、吸收能量汽車保險杠轎車底板自診斷機敏復合材料高層建筑抗地政災害提高健康水平修復植入人造器官成分設計、調整應力生物相容性人工關節、夾骨板3)在解決資源短缺與能源危機方面的貢獻復合材料開發新能源與節約能源挖掘尚未被利用的能源開發海洋與空間使基礎設施延長壽命提高太陽能的轉換率（光電池、框架）風力發電裝置（大型化的葉片、支柱）核燃料（鈾分離轉子）；潮汐發電基礎設施建設的重要性高性能纖維增強混凝土，取代鋼筋鎂（輕量、阻尼性能好，力學性能差）顆粒增強或晶須增強，擴大應用范圍野生植物、無機礦物、電廠煙囪煤灰耐高壓、耐海水腐蝕的深海勘探裝置（碳纖維增強樹脂裝置已潛入海下1000m）海上石油平臺、空間站、航天器等能源領域輕量化是汽車節能的重要手段,采用輕質高強材料,是實現汽車輕量化重要途徑。高性能復合材料的應用使汽車“輕量化”上升到一個新水平。在火車車廂制造領域早已應用復合材料,如雙層玻璃鋼車廂。隨著火車的提速,特別是實現高速列車后,復合材料正成為越來越重要的一類材料。風力發電是新能源中開發較早、應用廣、技術最成熟的可再生清潔能源。目前大型風力發動機的葉片基本上由各種復合材料制成,同時復合材料還用在機艙罩、輪毅、塔架等部位。復合材料用于海洋能源的產品有冷水吸水管、發電機葉片、浮筒、閥體、擋波板、噴嘴等。這些產品均利用復合材料的比強度高、耐海水腐蝕、耐鹽霧侵蝕、抗海水微生物增長、耐沖擊、耐磨損等優點。能源領域地熱能源利用一是采暖,二是發電。復合材料在地熱能的應用主要是管道,冷卻塔,變電設備中絕緣,消聲器,隔熱、保溫設備上,這主要利用復合材料的耐熱防腐、比強度高、隔熱性好,而且容易制造、安裝、修補等優點。儲能是合理利用能量的一種方法,它可將剩余能量儲存起來供需要時使用。復合材料飛輪是一種很好的儲能設備,這就是利用復合材料纏繞制品有很大的環向強度,同時材料密度又很小。復合材料在太陽能利用方面的應用也是多方面,從航天器、衛星上的太陽能帆板、太陽能電池、到太陽能采暖設備、發電設備、空調制冷設備中處處可見復合材料制品,特別是太空太陽能發電站,大部分構件是用碳纖維復合材料制成。由于復合材料的非磁性、隔熱和特別適用于低溫等優點,可以制成超導線圈支架、超低溫容器等。用復合材料制造的離心機轉筒,轉速高、效率大,是最理想的材料。4）在治理環境中可起的作用復合材料降低污染整體近凈成形降低原材料用量節約加工能耗延長設施壽命功能膜支撐網格碳纖維纏繞氣瓶廢水治理廠管道利用廢棄物材料互補礦渣木屑廢塑料麥桿稻草野生植物“綠色”材料自然降解提高性能利用天然纖維透明農膜一此性餐具降解后變為肥料或飼料多種固體廢棄物高值化利用對多種廢舊塑料、粉煤灰、廢礦渣、鋸末以及農作物秸稈等共混中的不同配比、粒度、輔助劑的協同效應,加工條件和特殊加工設備,使復合材料各種成分能夠均勻分散、緊密結合、高填充,并成功研發出系列高附加值產品,如城市給排水井蓋、井箅、城市綠化用樹池算等市政工程制品,包裝板材、托盤、木硅塑建筑模板等建筑工程制品和交通運輸制品等,實現了固體廢棄物的資源化和循環利用,變廢為寶，為構建資源節約型和環境友好型社會作出了積極貢獻。“綠色復合材料”完全源于生物質,并能完全生物降解的復合物被定義為“綠色復合材料”。它們可由各種天然/生物纖維和生物高聚物基體，在納米尺寸上進行調控,復合制成。這類材料的主要優點是環境友好，完全降解，源于可持續性資源，在廢棄后不傷害環境，同時能夠容易地處置或堆肥。航空航天電子信息建筑汽車農業生物材料體育運動應用舉例航空航天特別說明：這里僅僅是對航空航天中所使用的復合材料進行簡單介紹；圖片來自網絡，如有圖片與文字說明不相符合的地方，敬請包涵與原諒。航空航天r-4直升機旋翼材料結構技術經歷了幾個階段：40年代至50年代為金屬木翼混合結構，50年代中期至60年代中期為金屬結構，60年代中期至70年代中期為玻璃纖維結構，70年代中期以后發展成為新型復合材料結構。西科斯基身后是他造的r-4直升機

速度為音速5倍的超音速和高超音速客機能容納250位乘客，飛行速度約11100千米/小時。由于速度快，飛機外殼將發熱到350攝氏度，因此要用復雜的碳復合材料來代替原有的材料。飛機需要的燃料將由液體甲烷或液氫代替煤油，加注一次燃料可以飛行1.6萬千米。預計2030年這種飛機可以投入使用。

(俄羅斯)美國的無人駕駛飛機完全獨立飛行，從起飛到降落均由機上計算機自動控制。飛行高度可達20362米，在空中可停留幾晝夜。這種飛機采用了最現代化的超輕復合材料。機翼翼展61米，用環氧樹脂的形成蜂窩結構的石墨纖維制造。激光陀螺儀導航裝置的內部結構

塑料飛機、全復合材料飛機、折疊式飛機和“人鳥”飛機相繼問世，試飛均已獲得成功。美國貝奇飛機制造公司制造出世界上第一架全復合材料密封飛機。它使用了耐熱性能好的碳纖維層，中間夾有環氧化物。石墨和環氧化物的保護層包裹著一種蜂窩狀材料。由2600個部件組成，部件少也降低了發生事故的概率。這種新型復合材料飛機具有重量輕、航速快等優越性。印度研制成功高級輕型直升機，它采用合成材料，如玻璃纖維環氧樹脂合成材料，芳族聚酰胺纖維環氧基樹脂合成材料等。飛機的主要旋轉翼由合成材料制成，飛機生存性能大大提高。此種直升機航速可達250千米/小時，飛機重量約4000千克，總壽命4000小時，實際上很可能長達5000飛行小時。這是一種新研制成功的輕型飛機

俄羅斯蘇霍伊軍事工業集團制造的S－37“金雕”前掠翼戰斗機。是俄羅斯采用新材料和新技術的主要試驗機型。S-37“金雕”同時采用了特殊的高級碳纖維復合材料，比常用的鋁合金要輕20％。據說機翼還能夠彎曲。F—22在機體上廣泛使用含熱塑(12%)和熱作用(10%)的聚合復合材料(KM)。在批生產的飛機上使用復合材料(KM)的比例(按重量)將達35%。戰斗損耗率在十年后僅為F—15的二十分之一，維護人員將減半，一個中隊20年中的維持成本將比F—15少5億美元。法國新型第四代“陣風”(Rafale)雙發多任務戰斗機，采用前置鴨翼、后掠三角翼和單垂尾氣動布局，大量采用復合材料。“陣風”戰斗機機身結構采用復合材料常規半硬殼式結構機身的50%采用碳纖維復合材料。后機身為碳纖維復合材料，機頭整流罩和噴管整流罩為聚芳酰胺纖維復合材料。起落架及發動機艙門為碳纖維復合材料。

印度LCA輕型戰斗機“光輝”式戰斗機計劃的主要技術目標之一就是最大限度地使用復合材料，在批量生產的戰斗機上復合材料重量可能將占到整個機身重量的40%以上。這對降低飛機空重、提高載重量及推重比而言非常重要

中國國產第四代

戰機

探密

機身許多部位采用碳纖維和玻璃纖維等復合材料，具有重量輕、強度大、耐高溫、抗疲勞的優點；還可間接改善飛行性能，降低雷達波反射。大量使用強度大、重量輕的合金和硬質碳纖維和玻璃纖維復合材料。各型復合材料的使用量將占整機材料的20％－40％。普遍使用高性能復合材料等新型材料，以降低自身重量，增大發動機的推重比。新型材料一般是指添加了石墨的碳纖維復合材料和添加了鈦、鎂或鋰的鋁合金材料。TAG公司推出全復合材料機體無人直升機

這種新型直升機采用全復合材料機體，在它們的結構和設計上具有獨特性。這種全復合材料機體對于垂直起落無人機尚屬首次。復合材料結構使該無人直升機具有極輕的重量和極高的強度，從而使它們性能先進、有效載荷大和耐航性長。

火箭運載火箭的構造中推進劑貯箱段用材要求越輕越好，還要有盡可能高的強度，不易破裂，一般多采用高強度鋁基復合材料制成。中國“長征”2號e的有效載荷艙

液體火箭發動機主要由燃燒室和噴管、渦輪泵和活門自動器等三大部分組成。燃燒室和噴管可使推進劑在室內燃燒，產生3000攝氏度以上的高溫和30—200個大氣壓的高壓氣體，高速從噴管噴出，形成強大的推力。這些結構要承受如此的高溫、高壓必須采用高強度的耐熱復合材料，并附有強冷卻系統。阿麗亞娜航天公司研制的“阿麗亞娜”火箭上的一級助推器的冷卻系統，由德國為其制造

美國的錫奧科爾公司研制出了一種低成本的70毫米復合材料殼體火箭發動機，準備替換九頭蛇70無制導火箭系統使用的MK66火箭發動機。這是復合材料殼體發動機首次用于戰術武器系統。

這種新型發動機是根據美國陸軍的一項合同研制的。采用復合材料殼體是為了增大非敏感彈藥的裝藥量，可承受的內壓達7兆帕，安全系數是目前水平的4到5倍。這樣，可以根據作戰需要，增大飛行速度或射程。火箭彈采用這種復合材料殼體發動機比采用現有的MK66型發動機其速度要快三分之一。

目前已經交付了700臺復合材料殼體發動機，并通過了鑒定試驗。1998年1月，6枚裝有九頭蛇M-225戰斗部的火箭彈從復仇者地面發射系統發射，攻擊位于1公里以外的目標卡車。試驗表明，這些復合材料殼體發動機與九頭蛇系統的戰斗部是匹配的。1998年10月底前有150枚火箭彈從AH-64直升機上發射，1999年全部完成鑒定試驗。

如果這種基本型復合材料殼體及發動機能夠在AH-64阿帕奇直升機上通過鑒定試驗，其速度、射程和其它作戰性能可以進一步提高以滿足多種小直徑火箭發動機的要求。未來航天飛機什么樣?

航天飛機集火箭、衛星和飛機的技術特點于一身，能像火箭那樣垂直發射進入空間軌道，又能像衛星那樣在太空軌道飛行，還能像飛機那樣再進入大氣層滑翔著陸，是一種新型的多功能航天飛行器。開發了一種新型的氣塞式火箭推動器，以使飛行器以18倍音速的速度飛行，同時，為減輕重量，采用新式的質量較輕的復合材料制造。我國成功利用復合材料制造衛星實現衛星瘦身

航空航天器應用復合材料，既可獲得金屬般的剛度和強度，又可大大減輕自身的重量。20世紀80年代中期，復合材料開始應用于我國衛星的研制中。衛星承力筒是衛星內部的一個圓柱形結構件，它承載著衛星的全部重量。20世紀80年代，我國自行設計制造的東方紅三號通信衛星，是首次把復合材料用于主承力筒結構的衛星。泡沫材料摧毀"哥倫比亞"號獲新佐證

美國“哥倫比亞”號航天飛機事故調查委員會近日公布的測試結果，為泡沫材料撞擊導致該航天飛機解體墜毀提供了新證據。“哥倫比亞”號發射升空后不久，其外部燃料箱外的泡沫材料發生脫落，并擊中航天飛機左翼。事故調查人員已基本認定，“哥倫比亞”號左翼出現孔洞，使得超高溫氣體進入，最終導致這架航天飛機在重返大氣層時解體墜毀。有關技術人員的最新測試顯示，泡沫材料撞擊確實有可能造成航天飛機機翼產生孔洞。能源,信息

電子信息材料發展趨勢

光電子材料向納米結構、非均值、非線性和非平衡態發展。光電集成將是21世紀光電子技術發展的一個重要方向。光電子材料是發展光電信息技術的先導和基礎。材料尺度逐步低維化———由體材料向薄層、超薄層和納米結構材料的方向發展，材料系統由均質到非均質、工作特性由線性向非線性，由平衡態向非平衡態發展是其最明顯的特征。信息傳感材料是具有信息獲取、轉換功能的材料，包括多種半導體、功能陶瓷、功能高分子和光纖材料。與早期的機械結構和電氣結構型傳感器相比，體積小、生產成本低。設計、合成具有新的物理、化學敏感功能，特別是具有生物和復合功能的新材料，進一步提高材料的敏感度和反應滯后及恢復速度，是追求的主要目標。充分利用太陽能的新材料太陽能取之不盡，用之不竭關鍵在于轉化效率現在的光電材料的轉化率僅約12％如果能夠提高到50％……

澳新型聚光太陽能光伏發電裝置光電轉換率達35%

相對便宜的太陽能電池板往往效率很低，無法生產出足夠的電能；而高效的太陽能電池板卻又十分昂貴，無法在普通消費者中推廣。“綠金能源”公司研制的“太陽球”很好地解決了這一問題－－它可為那些生活在山區的居民提供充足且廉價的電能。據介紹，“太陽球”使用的光電轉換裝置的工作效率高達35％，并且其面積只有大約1平方厘米。“提高了量產性”日本斯大精密展出燃料電池新微型泵

在2005年11月9日～11日于日本科學技術館舉行的“第16屆微機械展”上，日本斯大精密（StarMicronics）展出了面向筆記本電腦的設想用于燃料電池的燃料供給等的微型泵。除改變了膜片及閥門使用的材料外，還通過改進內部構造，增加了無需改變外形尺寸即可提高最大流量的型號。

材料方面，膜片采用COC(環烯烴共聚物)樹脂，閥門采用EPDM(三元乙丙)橡膠。而原來所有部件使用的均是聚丙烯樹脂。與聚丙烯樹脂相比，COC樹脂及EPDM橡膠材料在成形后形狀的穩定性較高，提高了產品的成品率。要想實現燃料電池的實用化，就需要提高燃料供給用的微型泵的量產性，因此在材料上加大了研究力度。壓水核電站氣冷核反應堆

核聚變反應器的第一壁材料核聚變反應的爐壁材料用于核聚變反應的氕、氘、氚的資源可以供人類使用上億年。控制反應速度。找到安全可靠的爐壁材料。（不泄漏、無后遺問題）風能有望成為中國第三大發電電源

如果充分開發，中國有能力在2020年實現4000萬千瓦的風電裝機容量，風電將超過核電成為中國第三大主力發電電源。截至2004年底，中國有43家風電場，安裝1291臺風力發電機組，并網風力發電裝機容量為76萬千瓦，名列世界第十，亞洲第三。過去三年中，中國風電裝機容量增長速率逐年遞增，分別為16.4％、21.1％和34.7％。風力發電葉片最大尺寸:每個葉片的重量為50噸.電纜橋架交通運輸汽車城市交通汽車工業用新型復合材料技術

歐文康寧（Owens

Cornig）公司汽車開發業務部和拜耳（Bayer）公司聚氨脂部聯手開發玻璃纖維增強聚氨脂復合材料，代替汽車結構件上的傳統材料。

為擴大復合材料在汽車領域中的應用提供了一種新的途徑。已經用整體模塑復合材料卡車箱證明了這種復合材料是替代傳統金屬制品的一種新途徑，這種卡車箱已經在GM

Silverado上得到大規模應用。

這種卡車箱比金屬輕而且也更耐用，能為汽車制造商降低成本，而且性能使用戶受益。復合材料將主導我國汽車零部件市場

當前，從汽車零部件發展趨勢來看，零部件正向著模塊化設計方向發展。零部件模塊化可以大大減少零部件組裝量，有利于增強汽車輪廓的流線性。而復合材料無疑為汽車輕量化和模塊化提供了前提條件，并逐步向結構復雜且大型部件方向拓展，促使汽車零部件開發和生產成本的進一步降低。隨著汽車輕量化的強烈要求，以及總體生產成本下降的需要，將促進復合材料成型關鍵技術及其產業化應用，將是以后研究的重要方向。汽車儲氣罐納米復合材料用于汽車業

現在，塑料納米復合材料已經廣泛用來用來制備汽車部件。美國Nobel聚合物公司生產的含6%納米粘土的PP納米復合材料，已替代30%玻纖增強PP復合材料，用于制造Honda（本田）汽車公司2004年推出的AccuraTL型轎車的座位支架。該公司今年納米復合材料的銷售目標為3000－4000噸。美國南方粘土公司也已開始向GM（通用汽車）公司供應納米復合材料，用于做汽車外飾件。Basell（巴塞爾）公司開發的PP納米復合材料則已用于Impala牌汽車的邊板部件。回顧百年汽車之最

最節油的汽車。1994年，日本本田汽車公司的一個汽車科研小組，創造了世界節油新紀錄：僅耗1升汽油而行駛了3000公里的路程。該車裝用排量為0.043升的單缸發動機，車身由超輕型碳纖維增強復合材料制成，整個汽車自重僅28公斤。世界上最美的汽車

05年10款最昂貴汽車

比五星級酒店更豪華的超級房車

奧迪A8L6.0W12Quattro防彈車

全球最冷門超級跑車

汽車業發展依靠三大“法寶”

汽車的未來靠新材料支撐

環保、輕質、節能是未來汽車發展主題，汽車的未來靠新材料支撐，汽車輕量化也成為當前汽車技術的主要發展方向。研究表明，轎車重量減輕10％，燃油消耗可減少6％。減輕汽車的自重，是降低油耗、節約能源、減少汽車排放的最有效途徑。汽車輕量化水平的高低已成為汽車工業可持續發展的核心問題，而要實現輕量化新材料在自主開發車型中的應用，必須掌握汽車新材料等技術。汽車材料是汽車品質的基礎，汽車技術的發展在很大程度上依托于汽車材料的發展。要研制更經濟的汽車，就必須使用更輕便的材料。21世紀的汽車工業中，材料將會取得突飛猛進的發展，材料技術將推動汽車工業的發展，目前一批新型汽車材料如稀土金屬、記憶金屬、泡沫鋁材、稀土永磁材料、高性能復合材料等在快速發展的汽車工業中已經得到越來越廣泛的應用。材料技術如果不發展，汽車技術就得不到快速發展。車站復合材料在建筑工程上的應用

阿爾伯泰河口復合材料橋

用先進復合材料制造的，世界上第一座箱式承托橋，已在１９９２年１０月在英國阿爾伯泰河口正式建成使用。這座跨度為６３米，總長為１１３米的復合材料橋，系采用多孔拉擠件構成，在結構體系、建橋材料及其建造等方面，都有其獨特的創新。該橋由ＡＣＣＳ（莫塞結構塑料先進復合材料系統）構成，不但具有傳統結構的特點，而且在承受震動方面，有它的優異性能。自該橋建成以后，經受了長期的風和水流沖刷浸蝕，性能仍然完好。這種復合材料結構橋具有如下的特點：

１、選用了不設中間支撐的結構形式及體系，可以承受跨度較大，河水快速流動和突發性的事件；

２、可利用環氧粘結技術，進行現場安裝施工，并確保整體橋的最佳性能；

３、復合材料部件組分含量選用最佳配比，并采用多孔結構形式；

４、材料顏色可根據環境的情況，進行本體著色；

５、材料本身很輕，易于安裝，６個學生利用８個星期的假期，就可安全地安裝而成；

６、復合材料橋梁幾乎不需要維護，減少了大量的維修費用。

復合材料在建筑工業中的應用

樹脂基復合材料的建筑性能

（1）材料性能的可設計性。復合材料的性能可根據使用要求進行設計。由于復合材料的重量輕，制造方便，對于大型結構和形狀復雜的建筑制品，能夠一次成型制造，提高建筑結構的整體性。

（2）力學性能好。復合材料的力學性能可在很大范圍內進行設計，由于選用的材料不同，增強材料的鋪設方向和方向差異，可以獲得性能判別很大的復合材料，如單向玻纖增強環氧復合材料的拉伸強度可達1000MPa以上，比鋼（建筑鋼）的拉伸強度還高，選用碳纖維作增強材料，制得的樹脂基復合材料彈性模量可以達到建筑鋼材水平，而其密度卻比鋼材小4～5倍。更為突出的是樹脂基復合材料在制造過程中，可以根據構件受力狀況局部加強，這樣既可提高結構的承載能力，又能節約材料的減輕自重。樹脂基復合材料的建筑性能

（3）裝飾性好。樹脂基復合材料的表面光潔，可以配制成各種鮮艷的色彩，也可以制造出不同的花紋和圖案，適宜制造各種裝飾板、大型浮雕及工藝美術雕塑等。

（4）透光性。透明玻璃鋼的透光率達85%以上（與玻璃相似），其最大特點是不易破碎，能承受荷載。用于建筑工程時可以將結構、圍護及采光三者綜合設計，能夠達到簡化采光設計，降低工程造價之目的。復合材料的建筑性能（5）隔熱性建筑物的作用是能夠防止由熱傳導、熱對流引起的溫度變化，給人們以良好的工作和休息環境。一般建筑材料的隔熱性能較差，例如普通混凝土的導熱系數為1.5～2.1W(m·K)，紅磚的導熱系數為0.81W(m·K)，復合材料的夾層結構的導熱系數為0.05～0.08W(m·K)，比普通紅磚小10倍，比混凝土小20多倍。

（6）隔音性隔音效果好壞是評價建筑物質量的標準之一。但傳統材料中，隔音效果好的建筑材料往往密度較大，隔熱性差，運輸和安裝困難。復合材料的隔音性能雖然不很理想，但它有消逝振動音波及傳播音波的作用，經過專門設計的夾層結構，可達到既隔音又隔熱的雙層效果。復合材料的建筑性能（7）電性能玻璃鋼具有良好的絕緣性能，它不受電磁波作用，不反射無線電波。通過設計，可使其在很寬的頻段內都具有良好的透微波性能，對電通訊系統的建筑物有特殊用途，如可用于制造雷達天線罩和各種機房。

（8）耐化學腐蝕玻璃鋼有很好的抗微生物作用和耐酸、堿、有機溶劑及海水腐蝕作用的能力。特別適用于化工建筑、地下建筑及水工建筑等工程。

（9）透水和吸水性玻璃鋼吸濕性很低，不透水，可以用于建筑工程中的防水、給水及排水等工程。建筑用樹脂基復合材料的應用情況（1）承載結構用作承載結構的復合材料建筑制品有：柱、桁架、梁、基礎、承重折板、屋面板、樓板等，這些復合材料構件，主要用于化學腐蝕廠房的承重結構、高層建筑及全玻璃鋼-復合材料樓房大板結構。

（2）圍護結構復合材料圍護結構制品有各種波紋板、夾層結構板，各種不同材料復合板，整體式和裝配式折板結構和殼體結構。用作殼體結構的板材，它既是圍護結構，又是承重結構。這些構件可用作工業及民用建筑的外墻板、隔墻板、防腐樓板、屋頂結構、遮陽板、天花板、薄殼結構和折板結構的組裝構件。

（3）采光制品透光建筑制品有透明波形板、半透明夾層結構板、整體式和組裝式采光罩等，主要用于工業廠房、民用建筑、農業溫室及大型公用建筑的天窗、屋頂及圍擴墻面采光等。

（4）門窗裝飾材料屬于此類材料制品有門窗斷面復合材料拉擠型材、平板、浮雕板、復合板等，一般窗框型材用樹脂玻璃鋼。復合材料門窗防水、隔熱、耐化學腐蝕。用于工業及民用建筑，裝飾板用作墻裙、吊頂、大型浮雕等。

（5）給排水工程材料市政建設中給水、排水及污水處理工程中已大量使用復合材料制品，如各種規格的給水玻璃鋼管、高位水箱、化糞池、防腐排污管等。建筑用樹脂基復合材料的應用情況（6）衛生潔具材料屬于此類產品的有浴盆、洗面盆、坐便盆，各種整體式、組裝式衛生間等，廣泛用于各類建筑的衛生工程和各種衛生間。

（7）采暖通風材料屬此類復合材料制品有冷卻塔、管道、板材、柵板、風機、葉片及整體成型的采暖通風制品。工程上應用的中央空調系統中的通風廚、送風管、排氣管、防腐風機罩等。

（8）高層樓房屋頂建筑如旋轉餐廳屋蓋、異形尖頂裝飾屋蓋、樓房加高、球形屋蓋、屋頂花園、屋頂游泳池、廣告牌和廣告物等。

（9）特殊建筑大跨度飛機庫、各種尺寸的冷庫、活動房屋、崗亭、仿古建筑、移動劇院、透微波塔樓、屏蔽房、防腐車間、水工建筑、防浪堤、太陽能房、充氣建筑等。

（10）其它復合材料在建筑中的其它用途還很多，如各種家具、馬路上的陰井蓋、公園和運動場座椅、海濱浴場活動更衣室、公園仿古涼亭等。塑木復合材料在園林建筑中的應用

木材，和土、石一樣，可能是人類最早拿來建造房屋，修路搭橋時使用的材料，直到現在，因為材料的易得，靈活的加工特性和天然的特質，木材，仍然是園林建筑工程中不可缺少的材料之一。但作為天然高分子材料，在自然環境，尤其是和水接觸或處在潮濕環境中時，空氣的流動、溫度的變化、微生物的腐蝕，會讓木材很快腐蝕，喪失起使用功能。人們為了延長木制品的使用壽命，不得不進行烘干、防腐、油漆扽二次處理，大大增加了維護成本。WPC因為有塑料的介入，隔離了木質組分和環境的接觸，從根本上克服了木材這一缺點，國內外的WPC公司，據稱其產品可保10－50年，在潮濕環境和近水環境中，WPC迅速地被關注和使用。上個世紀末，美國海軍投入了大筆費用，研制了用于港口、碼頭的塑木護欄材料，揭開WPC在近水建筑使用的序幕。日本將WPC用于浴室鋪板，是WPC適應潮濕環境的范例。在海濱、湖泊、河道旁邊，WPC材料的大量使用，構建了眾多美侖美奐的建筑案例。塑木復合材料的突出優勢1、理化性能:塑木復合材料的物理性能可與硬木相媲美，而其防水、防蟲蛀、耐化學品腐蝕性以及耐侯性是一般木材無可比擬的。

2、加工性能:塑木復合材料可以根據需要制作成較大的規格以及十分復雜的形狀，這些非人工所能及；并通過無機顏料制作需要的顏色，不需要油漆。

3、性價比:塑木復合材料操作簡便，免維護，使用壽命是木材的5倍以上，年均使用費用僅為木材的1/2~1/3。

塑木復合材料的環保性能1、原材料:充分回收利用了塑料和木纖維，消除白色污染，減少浪費

2、無毒害:經過170℃高溫加工，且不使用油漆等，產品無毒無害

3、可回收:到了使用年限后，材料可以重新回收利用，沒有二次污染

21世紀的新型節能環保材料

高密度復合材料我國是森林資源十分匱乏的國家，年木材缺口高達300萬立方米，更加大了市場對代木材料的需求。新型高密度復合材料，主要工藝原理是以稻草、麥秸、棉花桿、玉米桿、甘蔗渣、竹屑、蘆葦桿、木屑等農業廢棄物作原料，以聚乙烯、聚丙烯及其廢棄物，如汽水瓶、可樂瓶、礦泉水瓶等或塑料薄膜、塑料制品的城市廢棄物（白色垃圾）等作粘合材料，在一定工藝條件下合成。被聯合國工業發展組織（UNIDO）譽為“21世紀新材料”。21世紀的新型節能環保材料

高密度復合材料特點是不使用木材，可以保護生態環境，緩解了實行天然林保護后木材缺乏的問題；利用廢棄物，使得物盡其用，節約能源，保護環境；無毒無害，沒有尿素和甲醛的成份，不會對人體產生危害；產品密度高，強度好，木材、刨花板、中密度板等均易受到厭氧菌、霉菌、甲蟲、白蟻、蛀蟲等生物的侵害和海水的腐蝕，而該工藝生產的板、型材均不受以上生物的侵害，吸水率低，不受海水的腐蝕；屬于無三廢工藝，可多次回收廢料并反復利用，節約并降低成本；產品有很強的可塑性，可根據用戶需要，替換不同的模具或模板，直接生產出各種各樣的板材和型材，有極大的市場價值；防火性能好，有良好的阻燃性能。高密度復合材料技術的實現不僅解決了農業廢棄物和城市廢棄物的污染排放問題，還節省了有限的林業資源，必將對我國的21世紀的環保產業產生巨大影響。西歐復合材料在建筑上的應用概況

西歐復合材料在建筑上的用途以建筑電氣和屋面材料為主，這一點與日本以衛生設備為主不同。下面是西歐復合材料在各種建筑用途中的比例：

建筑電氣：23%

屋面材料：20%

工業基礎設施：19%

衛生設備：11%

其它用途：9%

地面覆面材料：8%

建筑物立面貼面材料：6%

裝飾和建筑學用途：4%

此外，玻璃纖維增強聚酰胺復合材料的應用以汽車為主，它的市場份額超過55%，其次是電氣、電子工業和家用器具工業。這三項用途占玻璃纖維增強聚酰胺復合材料全部用途的95%以上。

爬梯農業復合材料大棚骨架是多種化工原料機制而成，具有鋼的質量。竹桿的韌性。又有塑料般的防水性能和柳條般的彎曲弧度。骨架堅固耐用，耐潮、耐腐蝕，抗老化。它較鋼架不生銹。較竹木堅固耐用，尤其是克服了鋼架的糊炕和銹水滴落菜心．花心現象，使棚內收成加大，更延長塑料膜的壽命，增加了大棚的安全性。

復合材料大棚骨架，用途廣泛。不僅用于蔬菜大棚，種植、養殖，還可用于草原蒙古包的搭建等。骨架，可按所需跨度定形生產，可生產直桿．隨時彎，便于運輸安裝。接產單位或個人，中心可去技術人員實地安裝機械；調試生產，直到出合格產品。傳統的大棚骨架傳統的大棚骨架材料大致可以分為三類：一類是最傳統的竹木材料。這一類材料具有成本低廉的優點，但其壽命短、強度低、有效使用空間小等局限性。首先，強度低的缺陷使其很難承受草氈等覆蓋物的重壓，許多農戶因為積雪壓塌大棚而損失慘重；其次，棚內空間狹小，需要支柱支撐，導致寸土寸金的大棚內有效使用面積造成巨大浪費，機械化操作尤其不方便；再次，竹木材料一般20年就需要更換。上述幾個缺點導致的結果是：使用這種材料并不經濟。因此，近兩年來，許多農戶已不再使用竹木材料，開始是積極主動地尋求新材料對大棚進行更新換代。第二類是金屬材料的大棚骨架。這一類在強度、使用壽命等方面明顯好于第一類，但其成本較高，一般每畝地需要0.8—2萬元左右。此類材料的價格一般農戶難以承受，使用者多是一些地方政府或實力雄厚的農業公司。而且，金屬材料也多存在銹蝕、易損傷薄膜等弊端。第三類是有機材料，多是進口產品或使用進口設備生產的產品，其實用性較好，但價格也較高。目前此類產品市場上尚不多見。蔬菜大棚新型大棚材料一種大棚骨架采用無機材料為主要原料，按科學配方經機械模具加工制作而成，可完全代替鋼木材料。骨架單根重量僅是同等水泥骨架的一半，抗高溫耐低溫防腐蝕，使用壽命可達到10年之久，而且棚內完全無支柱，便于耕作，節省空間，每畝的生產成本僅為金屬骨架的三分之一左右、水泥骨架的五分之三左右，可廣泛應用于種植業和養殖業。具有“成本低、用材獨特、重量輕、適用面廣、無污染、強度高、使用壽命長、空間大、無支柱”的特點。新型復合材料大棚支架硬度勝過水泥、韌度強過竹子、使用壽命比金屬更長、易運輸、易安裝的新型復合材料大棚支架，研制成功并投入使用，這種造價低廉、生產安裝簡單、堅固耐用、抗凍耐熱、耐水防腐的大棚支架，采光面積大，升溫快，保溫久，比普通大棚溫度高3℃～5℃，選用10多種市場上易購易得的化工原料，經科學配方，嚴密設計，合理加工而成，其強度、硬度、耐壓、張力、拉力、耐腐蝕、耐水、防凍等各項指標均符合生產要求，使用壽命10～15年，比鋼架還長，且生產成本低廉，所有模具、配方、機械設施總投資不超過5千元，每667m2大棚支架只需2千多元，適用于普通農民反季節栽培瓜菜、花卉、林果、樹，是目前國內較為理想的大棚支架。生體材料

美國防務青睞十大技術

先進多功能材料技術：高分子纖維材料、納米材料等多種新型材料的使用正在極大地提高士兵生存力和戰場適應力。如今已有的功能各異的各種作戰服就是最好說明。據英國《新科學家》雜志透露，美國的阿拉莫斯國立實驗室已經研制出了一種新型智能防護衣。這種防護衣在具有放射性和有毒性的生物介質中會自動發出報警信號。專家們預測，未來幾年內先進的多功能材料將進一步被使用。例如，變色纖維能更準確地根據特殊場所、季節和時間進行偽裝。輕型復合材料將改進人體裝甲并拯救生命。遠程生理狀況監視將使指揮人員能夠了解士兵的確切身體現狀。研究者也在探索能夠增強士兵體力的技術。生物醫用材料的研究進展

復合生物材料，有效解決材料的強度、韌性及生物相容性問題，目前研究較多的是：合金、碳纖維/高分子材料、無機材料開發新型醫用合金材料,生物適應性優良的Zr、Nb、Ta、Pd、Sn合金化元素被用于取代鈦合金中有毒性的Al、V等，生物親和性顯著提高，,耐蝕及機械性能也有較大改善，在脊椎校正、斷骨固定等方面有特殊的應用。以納米顆粒作為藥物和基因轉移載體，將藥物、DNA和RNA等基因治療分子包裹在納米顆粒之中或吸附在其表面，同時也在顆粒表面耦聯特異性的靶向分子，通過靶向分子與細胞表面特異性受體結合，在細胞攝取作用下進入細胞內，實現安全有效的靶向性藥物和基因治療。可植入人體骨內的高分子復合材料

目前使用的骨折內固定材料主要是金屬材料和進口高分子材料。金屬材料存在骨組織的力學性能不匹配、須二次手術取出和易感染等缺陷，而進口高分子材料則由于在X光下不易顯影以及價格昂貴等原因未能在國內推廣。研究利用國產原料制備出聚乳酸/羥基磷灰石（PDLLA/HA）復合材料，不僅具有良好的生物相容性和一定的力學強度，而且克服了同類材料在普通X光下不顯影的弱點。近兩年來，解放軍203醫院“服乳酸/羥基磷灰石可吸收固定件手術治療關節周圍松質骨骨折”19例臨床療效較為理想：全部病例骨折均固定至愈合無移位，無傷口感染，肢體功能恢復良好。證實能與動物骨骼一起生長

人造骨復合材料將在人體進行臨床實驗

研制的人造骨復合材料，證實能夠有效地與動物體內的骨骼生長在一起。

中央醫院進行的一項動物臨床實驗顯示，移植入豬只大腿骨的復合材料(composite)已經和骨骼組織生長在一起。

在另一個實驗中，復合材料被植入脊椎骨之間，以取代損壞的椎間盤。醫生解剖了豬只后發現，復合材料也充分發揮了人造椎間盤的角色。

體育運動

復合材料“造就”奧運會冠軍

奧運會冠軍人人敬佩，但很少有人想到他(她)們使用的高科技體育器材的作用，環氧復合材料就是其中重要的一種，它曾“造就”奧運冠軍。

體育用品材質的優劣對于提高運動成績的作用是人所共知的。如今，很多運動如自行車、羽毛球、高爾夫和滑雪等，其設備制造商常常利用先進材料提升產品性能，從而實現運動成績的提高。在悉尼奧運會上，美國花220萬美元，由技術專家和體育用品廠商來設計新的運動體育用品，以鞏固其在世界競技體育上的領先地位。

如獲得男子自行車公路賽冠軍的德國著名車手烏爾里希的“坐騎”是用碳纖維環氧復合材料做的支架，質量僅7.5千克。碳纖維環氧增強塑料復合材料除了能做羽毛球拍、網球拍外，在其他體育用品方面也有體現，比如高爾夫球桿、自行車架、釣魚竿以及復合材料賽車、游艇等。體育用品考驗復合材料

資料顯示，目前體育用品產業是僅次于國防工業率先使用先進塑料復合材料最多的產業。上世紀70年代以前，羽拍的材料幾乎全是木材和鋼管的天下，后來采用了鋁合金，而如今完全是新材料的世界，如高強度碳纖維增強塑料復合材料等，因為這些材料更輕、更強、更耐用，也能吸收更多的振動，同時讓球拍制造商在球拍的硬度、球感、擊球性能的設計上有更大的發揮空間。碳纖維增強環氧樹脂復合材料的比強度、比模量綜合指標，在現有結構材料中幾乎是最高的。在強度、剛度、質量、疲勞特性等有嚴格要求的領域，在要求高溫、化學穩定性高的場合，碳纖維復合材料都頗具優勢。一只用碳纖維增強塑料復合材料生產的網球拍，質量僅為200克，只有木質球拍的一半。碳纖維增強塑料復合材料除了能作羽毛球拍、網球拍外，在其他體育用品方面也有體現，比如高爾夫球桿、自行車架、釣魚竿以及復合材料賽車、游艇等。在足、籃、排三大球身上，我們也會捕捉到復合材料的身影。2002年世界杯的指定用球———‘飛火流星‘就采用了拜耳公司研制的聚氨酯合成泡沫制作。另外，球體的外層是用一種特別耐磨的聚氨酯材料制成的，使得球體能夠在特別惡劣的條件下使用。當NBA成為一個國際體育界知名的商業品牌時，聚氨酯材料的籃球鞋可謂獨領風騷，備受全世界球迷青睞。研究表明，運動時，運動鞋要承受相當于人體重量5～6倍的力量，因此運動鞋質地的好壞直接影響運動員的奔跑及彈跳能力。現代籃球鞋多以人造鞣皮及輕質透氣的網眼織物組成鞋面，整個鞋底多為聚氨酯材料制成，配以符合籃球運動規律的花紋，使運動員在運動時更顯靈活、迅捷。與此同時，PVC、PU籃球及高級合成革沙灘排球的相繼問世，更為運動員和體育運動愛好者帶來了福音。PVC籃球所用材料是聚氯乙烯人造革，它的外皮經過防水處理，性能優于橡膠球，是室內外兩用球，適合廣大中小學生和初學者使用。出于對環境問題、資源問題的考慮，今后的體育用品還將由易于回收利用的熱塑性塑料復合材料所制造。例如目前生產6000萬打高爾夫球，質量為2萬噸，現在研究人員正在高爾夫球的球芯部位試驗用熱塑性塑料取代原橡膠制品，不久將推向市場。隨著體育運動對運動器材越來越苛刻的要求，將先進的塑料復合材料運用到體育用品中來是21世紀體育用品產業發展的主流。空中翻轉身體粉色裝束上陣上下翻滾如銀狐如蛟龍從天而降旅游帳篷保齡球復合材料新的生長點與領域

1.未來復合材料發展的新領域該領域的科學性滿足時代的需求體現特色與優勢1）功能、多功能、機敏、智能復合材料2）納米復合材料3）仿生復合材料

復合材料的可設計度大，更適合于發展功能材料。復合材料所具有的復合效應也為功能材料的研究與開發提供了廣闊的途徑。功能復合材料電功能磁功能光功能熱功能化學功能機械功能導電壓電超導絕緣吸波屏蔽半導電軟磁硬磁屏蔽磁滯磁流體透光濾光變色光屏蔽聲功能吸聲聲納導熱防熱阻燃耐熱蝕吸附分離抗腐蝕催化催化阻尼減振自潤滑耐磨密封防彈（1）功能復合材料（2）多功能復合材料多功能復合材料成分多元化與自由度成分與組織的可設計性多種功能之間的復合力學性能與物理性能的復合

軍用飛機的自我保護的隱身功能：將機殼的吸收電磁波與高強度密切結合。

兼有吸收電磁波、紅外線等功能。（3）機敏復合材料機敏復合材料傳感功能材料

命令執行功能材料外部環境主動響應有希望得到應用的領域：國防尖端技術、建筑、交通運輸、水利、醫療衛生、海洋漁業等。節省能源、減少污染、提高安全性。自診斷、自適應、自修復（4）智能復合材料是功能復合材料的高級形式機敏復合材料+自決策能力具有人工智能系統可對外部信息詳細分析并做出決策指揮執行材料做出優化動作傳感部分與執行部分具有高的靈敏度、精確度和響應速度是本世紀所追求的目標2）納米復合材料納米效應

納米粉末的原子主要集中在表面，當顆粒尺寸為2nm時，80%的原子位于顆粒表面。量子尺寸效應宏觀量子隧道效應表面效應界面效應力學性能光學性能磁學性能熱學性能電學性能納米復合材料在納米尺寸上，新材料可以擁有自己特性，把新材料制成復合材料時，其功能就更加強大了。例如納米復合材料具有強的抗輻射能力，其關鍵在于組成復合材料的不同物質層與層之間的界面。當不同的物質層越來越薄時，不同物質間的界面就決定了復合材料的特性。不同物質的界面使得復合材料表現出了原組成物質所不具備的新奇特性。理想的納米復合材料不僅能抗輻射損傷，它自己也不會通過吸收中子成為放射性物質。納米復合材料已經用來制作“多重接面”太陽能電池。該電池的每一層能夠捕獲太陽能光譜中特定的顏色。這比僅僅轉換部分光譜的傳統太陽能電池有效多了。運用納米復合材料的多重接面太陽能電池有望在十年內把轉換率提高到50%。復合材料的納米結構也能使較輕的材料擁有很大的機械強度。已經廣泛應用在生產制造業，用來生產汽車和飛機，風電和潮汐發電的渦輪葉片。將提高效率，延長葉片的使用壽命，并且改善發電系統。3）仿生復合材料經過億萬年的演變進化，形成具有機構復雜精巧、效能奇妙多彩的功能原理和作用機制。出現了許多結構合理，性能優異、具有復合材料組織特點的天然材料。天然復合材料是具有環境意識材料的完美范例,而且天然材料還具有人工合成復合所無法比擬的優化設計。天然復合材料的主要成分有蛋白質、聚糖、礦物質及水,但卻組合出成千上萬種性質各異的復合材料。

3）仿生復合材料向天然材料學習竹子：管式纖維、外密內疏、正反螺旋形排列貝殼：無機質與有機質層狀交替疊層，高強韌骨骼：表面堅硬光滑，內部疏松的粘彈性體樹木：定向排列的纖維結構，長壽命的秘密藤、蔓、稻草：天然的優質纖維材料適應自然環境、優勝劣敗、信息豐富、道理深奧。非常值得復合材料科學工作者學習。仿生復合材料biomimeticcompositematerials，是參照生命系統的樣式和器官材料的規律而設計制造的人工復合材料。關于天然生物材料的近代仿生分析始于20世紀70年代初期。80年代后期出現復合材料“仿生設計”的提法。直至90年代初期才逐步出現參照生物材料的規律設計并制造的人工復合材料。仿生復合材料是向天然生物材料尋找啟發和模擬制造，從材料科學的觀點對天然生物材料進行觀察、測試、分析、計算、歸納和抽象，找出有用的規律來指導復合材料的設計和研制。①纖維的形態與結構。典型的纖維具有漸尖的末端，與寬度相比顯得非常細長，通常是厚壁的，只具有很小的胞腔，是高分子以定向排列形式組成的材料。生物體的纖維大體分為植物性纖維和動物性纖維。前者由無數酪單元長鏈構成，是葡萄糖的聚合物;后者是蛋白質聚合物，包括膠原纖維、彈性纖維和網狀纖維。木纖維的細胞壁是一個典型的復合結構，由相當于鋼筋的微纖絲、相當于石料的木質素和相當于水泥的米纖維素組成類似于鋼筋混凝土的結構，既有強度，又有韌性。②纖維在基體中的排列。植物體內纖維成束或成環狀地存在于皮層和韌皮部內，成群或分散地存在于木質部與韌皮部之中。纖維的走向大多與主軸一致，如木材、竹材等。但葉子、果實、節子中纖維的走向就多種多樣。葉脈中維管束的分布和排列具有分叉結構，對管網設計有重要參考價值。動物纖維的走向也各不相同，如有些骨板纖維成螺旋狀排列，使骨質有較高的強度和韌性。③生物復合材料的功能適應性。一定生態環境中長期存在的生物，必然具有最適應環境的結構，即其構造符合某種最佳設計。自然進化的趨勢是用最少的結構材料來承受最大的外力。在外形上很不規則，內部組織分布又很不均勻的骨骼結構都是一個理想的等強度最優結構，而且是一個具有反饋能力的控制系統。如果外力增加，截面上與之平衡的應力也相應地增加，這種刺激使其截面積和單位面積承載能力均增加;反之，則出現相反的變化。④生物復合材料的創傷愈合。生物有機體的顯著特點之一是具有再生機能，受到損傷破壞以后機體自行調整愈合創傷。如樹木嫁接，在砧木和接穗的切面上靠近切口處的完整細胞逐漸變大而分裂，產生許多細胞(稱細胞增生)，砧木和接穗的愈傷組織互相混合，形成維管束形成層，從而使二者的木質部和韌皮部連接，達到再生目的。基礎理論,設計與制備方法,開拓與創新復合材料迅速且穩步發展的前提深入研究基礎問題提高設計水平創造新的制備方法1）復合材料的基礎理論問題界面界面的重要性復合材料中特有且重要的問題性能受界面組織結構的影響極大研究內容對界面結構進行仔細的考察提高與完善表征方法優化設計與界面改性充分認識界面應力功能材料的界面的功能傳遞行為2）新的設計與制備方法新的設計方法計算與信息技術的高度發展虛擬設計計算機模擬新的制備方法新制備技術：樹脂遷移膜塑法、含增強體的注射成形、電子束固化新的復合技術：原位復合自蔓燃高溫合成梯度功能材料我國復合材料的現狀

我國于1958年即開始建立復合材料工業，當時也是以軍工需要為主，由此推動了玻璃纖維增強聚酯、環氧和酚醛樹脂的通用復合材料問世，70年代又開始發展以碳纖維和芳酰胺纖維為增強體的先進復合材料，用以與“兩彈一星”配套。復合材料雖然受到有關國家部門的重視，但發展很不平衡，特別是原材料的配套問題更為突出，加上過去工業基礎薄弱所以迄今的總產量約為8萬噸，尚低于我國臺灣地區的產量，特別是先進復合材料更為遜色。然而在復合材料基礎研究方面，無論在寬度和深度上雖不能列為先進，但能與發達國家對話。在國際學術會議上能占靠前的席位，并受到一定的重視。我國復合材料發展處理的問題。

1）復合材料創新

復合材料創新包括復合材料的技術發展、復合材料的工藝發展、復合材料的產品發展和復合材料的應用，具體要抓住樹脂基體發展創新、增強材料發展創新、生產工藝發展創新和產品應用發展創新。到2007年，亞洲占世界復合材料總銷售量的比例將從18%增加到25%，目前亞洲人均消費量僅為0.29kg，而美國為6.8kg，亞洲地區具有極大的增長潛力。2）聚丙烯腈基纖維發展我國碳纖維工業發展緩慢，從CF發展回顧、特點、國內碳纖維發展過程、中國PAN基CF市場概況、特點、“十五”科技攻關情況看，發展聚丙烯腈基纖維既有需要也有可能。3）玻璃纖維結構調整

我國玻璃纖維70%以上用于增強基材，在國際市場上具有成本優勢，但在品種規格和質量上與先進國家尚有差距，必須改進和發展紗類、機織物、無紡氈、編織物、縫編織物、復合氈，推進玻纖與玻鋼兩行業密切合作，促進玻璃纖維增強材料的新發展。4）開發能源、交通用復合材料市場

清潔、可再生能源：包括風力發電用復合材料、煙氣脫硫裝置用復合材料、輸變電設備用復合材料和天然氣、氫氣高壓容器；汽車、城市軌道交通：包括汽車車身、構架和車體外覆蓋件，軌道交通車體、車門、座椅、電纜槽、電纜架、格柵、電器箱等；民航客機：主要為碳纖維復合材料。熱塑性復合材料約占10%，主要產品為機翼部件、垂直尾翼、機頭罩等。我國未來20年間需新增支線飛機661架，將形成民航客機的大產業，復合材料可建成新產業與之相配套；船艇：主要為游艇和漁船，我國復合材料特有的優點仍有發展的空間。5）纖維復合材料基礎設施應用國內外復合材料在橋梁、房屋、道路中的基礎應用廣泛，與傳統材料相比有很多優點，特別是在橋梁上和在房屋補強、隧道工程以及大型儲倉修補和加固中市場廣闊。6）復合材料綜合處理與再生重點發展物理回收（粉碎回收）、化學回收（熱裂解）和能量回收，加強技術路線、綜合處理技術研究，示范生產線建設，再生利用研究，大力拓展再生利用材料在石膏中的應用、在拉擠制品中的應用以及在SMC/BMC模壓制品中的應用和典型產品中的應用。面臨21世紀復合材料發展的機遇，我國應及早制定出切實的對策。并加大資金投入力度，完善原材料的配套體系，在此基礎上瞄準國際發展前沿，特別是用于建材的復合材料國際上剛起步，我國應迎頭趕上，才不致落后。另外在各種新型多功能、納米、機敏與智能、仿生等復合材料方面應有計劃地組織安排形成強有力的研究-生產群體，避免過去普遍存在的低水平重復和研究與生成的脫節，同時重點放在使之產生實用性效果，并發展高附加值產品上，提倡有限目標，不鋪攤子，要追求創新和形成特色，擺脫一味跟隨模仿的困境。相信復合材料一定能為我國在21世紀中的國民經濟和國防建設作出貢獻。PapersChengchangJia,ZhicongLi,ZizhangXie,AresearchondetonationguncoatingwithFe-SiCcompositepowdersmechanicalactivated,MaterialsScience&EngineeringA,1999,A236,96-100（IDSNumber:186AT,ISSN:0921-5093）1ChengchangJia,etal,FunctionallyGradientMaterialMadebyIncrementalMeltingandSolidificationProcess，J.ofUniversityofScienceandTechnologyBeijing,1999,6(3),205-207（IDSNumber:242HZ,ISSN:1005-8850）ChengchangJia,etal,AResearchontheJointingofSiCCompositesto40CrSteel,JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing,2001,8(4),280-282（IDSNumber:508FD,ISSN:1005-8850）ChengchangJia,etal,EffectsofRareEarthElementLanthanumontheMicrostructureofCopperMatrixDiamondToolMaterials,RareMetals,2002,21(2),90-94（IDSNumber:626EK,ISSN:1001-0521）平延磊，賈成廠，曲選輝。李志剛，SiCp/Al電子封裝復合材料預成形坯的制備，北京科技大學學報，2004，20（3）：301~304（EI檢索）王軍、賈成廠等，逐步熔融凝固法工藝參數對金屬基復合材料性能的影響，北京科技大學學報，2000，22（4），p335-338（EI檢索）王軍、賈成廠等，逐步熔融凝固法制備金屬基復合材料，金屬熱處理，2000.No.4，25-27（EI檢索）JunWang,ChengchangJia,etal,MakingMetalMatrixCompositesandFunctionallyGradientMaterialsbytheIncrementalMeltingandSolidificationProcess,13thInternationalConferenceonCompositeMaterials,Beijing,China,June,2001,ScientificandTechnicalDocumentPublishingHouse,p489王軍、賈成廠等，逐步熔融凝固法工藝參數對金屬基復合材料性能的影響，北京科技大學學報，2000，22（4），p335-338（EI檢索）賈成廠等，用增分熔融凝固加工法制備梯度材料，金屬學報，1999,Vol.35,No.2.p191-193賈成廠，梅雪珍，尹法章，平延磊，曲選輝，添加合金元素與對熔融鋁熔滲SiC預成形體的影響，第十三屆全國復合材料學術會議，成都，2004年10月8日，p643~647YINFazhang,JIAChengchang,MEIXuezhen,ManufactureofAl/SiCCompositesbyPressureInfiltrationProcess,MaterialsScienceForum,2005,475-479:913~916presentstateofresearchmethodfortheSiCp/Alcomposites,P/MTechnolory,2005，23（4），p295-300（inChinese）關于復合材料的論文（2006年9月~2007年8月）JieMengChengchangJia,Qing,HeFabricationofoxide-reinforcedNi3Alcompositesbymechanicalalloyingandsparkplasmasintering,MaterialsscienceandengineeringA,434(2006),246~249（SCI:089QU,EI:063610100652）JieMENG,ChengchangJIAandQingHE.CharacteristicsofmechanicalalloyedNi-Alpowderforsintering.RareMetals,

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