復合材料是由兩種或兩種以上不同化學性質或不同組織結構的物質，通過不同的工藝方法以微觀或宏觀的形式人工合成的多相材料。復合材料既保持組成材料各自的最佳特性，又具有組合后的新特性，其性能明顯優于原材料。

由于分散材料（增強相）和基體不同，形態不同，復合方式及復合效果不同，復合材料的分類方法很多，如按性能不同可分為結構復合材料和功能復合材料。增強材料的種類和形狀,又可分為顆粒、晶須、層狀及纖維增強復合材料。按增強基體不同，還可分為金屬基復合材料和非金屬基復合材料，如鋁（鋁合金）基復合材料、鈦（鈦合金）基復合材料、銅（銅合金）基復合材料、鋼（鐵）基復合材料、塑料（樹脂）基復合材料、橡膠基復合材料、陶瓷基復合材料等。

雙金屬復合材料、陶瓷/金屬復合材料、通過添加陶瓷纖維（或顆粒的）有機基復合材料在機械、冶金、礦山、建材、電力等磨損、摩擦、腐蝕工況都有較多較好的應用。

復合材料的組織與結構

復合材料的組織組成主要為分散材料（增強相）和基體，有時也有中間相和新生相，特別是界面易產生新生反應物。由兩個或多個不同的相(基體相和分散相)組成的材料，其本體性質與任何一種成分的材料都顯著不同。復合材料的結構在很大程度上決定了其性能，影響復合材料性能的結構因素如下:

1、分散相與基體界面的結合強度;

2、分散相的形狀(顆粒、纖維、層壓板);

3、分散相的取向(隨機或取向)。

復合材料的界面特性

復合材料中界面的作用是關鍵的。復合材料的硬化和強化依賴于跨過界面的載荷傳遞，韌性受裂紋偏轉/纖維拔出的影響，塑性則受靠近界面的峰值應力的松弛的影響。在復合材料的研究過程中，如何最好地表征并優化界面區域由外加載荷引起的應力所反映的力學行為的問題，仍然是研究、分析工作的重點和難點。

由于復合材料是兩種或兩種以上材料組成的新型材料，界面的存在就具有必然性，而且它也是復合材料的關鍵。首先界面是基體和增強體材料的結合處，即二者的分子在界面形成原子作用力。其次，界面又作為基體和增強體材料之間傳遞載荷的媒介或過渡帶，硬化和強化依賴于跨越界面的載荷傳遞，韌性受到裂紋偏轉/纖維拔出的影響，塑性則受靠近界面的峰值應力松弛的影響。由于界面的結構和物理、化學等性能既不同于基體,又不同于增強體材料，使得對它的研究又具有特殊性。界面問題是復合材料的核心問題，它牽涉到表面物理、表面化學、力學等多個學科。

復合材料中存在的界面可分為五類：

1、機械結合。基體與增強體材料之間沒有發生化學反應，純粹靠機械連結。它是靠纖維的粗糙表面與基體產生的摩擦力而實現的。

2、溶解和潤濕結合。基體潤溫增強體材料，相互之間發生原子擴散和溶解形成結合,界面是溶質原子的過渡帶。

3、反應結合。基體與增強體材料間發生化學反應，在界面上生成化合物，使基體和增強體材料結合在一起0

4、交換反應結合。基體與增強體材料間發生化學反應，生成化合物，并且還通過擴散發生元素交換,形成固溶體而使兩者結合。

5、混合結合。這種結合較普遍，是最重要的一種結合方式。

雙金屬復合材料

隨著工業的發展，對材料的要求日益提高,單一材料的零件難以滿足生產過程中多力一面的要求。在實際生產中，有些部件常要求材料既有良好的韌性，以抵抗工作過程中物料的沖擊作用，防止部件發生意外斷裂，同時又要求其具有高的硬度及優良的磨損性能。對于單一成分的材料，難以同時具有高韌性、高硬度和高抗磨性。為此，生產中常采用復合鑄造工藝進行生產。

目前雙金屬復合材料抗磨件的主要制造方法有：①熔鑄工藝，即在鑄型型腔內預先放入預制塊，然后再向型腔內澆注另一種金屬液體的工藝方法。②雙液水平澆注工藝，即在一定工藝條件下，將兩種不同金屬液體先后澆注入同一鑄型中。③雙液平做立澆工藝，即在鑄型中放入中間隔板，然后在隔板兩側分別同時澆注入不同金屬液體。

雙金屬復合鑄件不僅同時擁有良好的力學性能和高的使用壽命，而且適用面廣、生產成本低廉。目前常用的復合鑄造工藝分為液-液和液-固兩大類，其中又因液-固復合鑄造幾乎不受鑄件形狀的限制和制造工藝簡單，而越來越受到人們的重視。

雙金屬復合管

金屬基復合材料

金屬基復合材料(MMCs)是以金屬及其合金為基體，與一種或幾種金屬或非金屬增強相人工結合成的復合材料。其增強材料大多為無機非金屬，如陶瓷、碳、石墨及硼等，也可以用金屬絲。它與聚合物基復合材料(PMCs)、陶瓷基復合材料(CMCs）以及碳/碳復合材料一起構成現代復合材料體系。

金屬基復合材料具有以下的優勢特點:

1)高比強度、高比模量

2)導電、導熱性能

3)熱膨脹系數小、尺寸穩定好

4)良好地高溫性能

5)耐磨性好

6)疲勞性能和斷裂韌度好

7)性能再現性及可加工性好

8)不吸潮、不老化、氣密性好

碳纖維增強鋁基復合材料

陶瓷基復合材料

作為結構材料的陶瓷基復合材料按基體可以分為玻璃陶瓷基復合材料、氧化物基復合材料、非氧化物（碳化物、氮化物、硼化物、硅化物等）基復合材料、碳/碳復合材料等。這些陶瓷基復合材料（涂層）的實際應用與材料的最高使用溫度和氣氛密切相關。與陶瓷單體相比，陶瓷基復合材料的原材料和加工的成本都比較高，所以其在民用領域的應用還有一定的困難。

另一方面，在航空、航天、軍事等領域對突破傳統工業材料界限的新材料的需求日益增長，促進了陶瓷基復合材料的研究和開發，如航空航天、熱能、電力工業裝備中許多在高溫腐蝕性氣氛條件下工作的摩擦運動副零部件，不僅要求材料具有優異的高溫耐磨性與抗氧化性，同時由于高溫條件下無法實現外加潤滑而必須具有優異的高溫自潤滑性能。釆用先進的表面工程手段，在高溫結構材料工件表面制備具有優良高溫自潤滑性能的先進氧化物陶瓷基高溫自潤滑耐磨復合材料涂層，是解決上述問題的有效方法之一。

航空航天用燒結超高溫陶瓷基復合材料

粉體圈 整理

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