第七章 复合材料

复合材料第七章第一节复合材料基础第二节复合材料的基体材料第三节复合材料的增强材料第四节常用复合材料

主要内容一、概述人类从天然物质中选择提炼出人类生活所必要的物质而加以利用。制造这些物质有两种方法：一种是利用了化学反应的物质合成；另一种是通过组合两种以上的物质，制成具有更高性能的材料。用后一种方法制造出的物质称之为复合材料。天然材料→加工材料→合成材料→复合材料复合材料一词出现时间:50年代6000年前人类就已经会用稻草加粘土作为建筑复合材料。水泥复合材料已广泛地应用于高楼大厦和河堤大坝等的建筑，发挥着极为重要的作用。我们住在复合材料里燕子窝：泥土-草复合材料

现代高科技的发展更紧密地依赖于新材料的发展，同时也对材料提出了更高、更苛刻的要求。当前作为单一的金属、陶瓷、聚合物等材料虽然仍在不断日新月异地发展，但是以上这些材料由于其各自固有的局限性而不能满足现代科学技术发展的需要。

复合材料特别是先进复合材料就是为了满足以上高技术发展的需求而开发的高性能的先进材料。复合材料是应现代科学技术而发展出来的具有极大生命力的材料。材料的复合化是材料发展的基本趋势

二、

复合材料的定义、命名和分类1.复合材料的定义确切定义目前尚无定论,有几种说法:①指由两种或两种以上不同性质的单一材料通过不同复合方法得到的宏观多相材料.②指两种或两种以上具有不同化学或物理性质的组分材料组成的一种与组分材料性质不同的新材料,且各组分材料之间具有明显的界面.③国际标准化组织下的定义:

复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料.主要特征:多相结构，存在着复合效应.

组成:至少有两相:

分散相:增强作用也称增强材料

连续相:基体相也称基体材料

2.复合材料的命名一般有以下三种情况：①强调基体时，以基体材料的名称为主。如树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等。②强调增强体时，以增强体材料的名称为主。如玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、陶瓷颗粒增强复合材料。③基体材料名称与增强体材料名称并用。这种命名方法常用来表示某一种具体的复合材料，习惯上将增强体材料的名称放在前面，基体材料的名称放在后边，如“玻璃纤维增强环氧树脂复合材料”，或简称为“玻璃纤维/环氧树脂复合材料或玻璃纤维/环氧”。而我国则常将这类复合材料通称为“玻璃钢”。3.复合材料的分类

可用几种方法分类:

（1）按基体材料类型分类（2）按增强材料种类分类①玻璃纤维复合材料。②碳纤维复合材料。③有机纤维(芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、高强度聚烯烃纤维等)复合材料。④金属纤维(如钨丝、不锈钢丝等)复合材料。⑤陶瓷纤维(如氧化铝纤维、碳化硅纤维、硼纤维等)复合材料。（3）按增强体的形状尺寸分类弥散强化:直径0.01-0.1μm,体积含量1-15%.作用:阻止“位错”.颗粒强化:直径1-50μm,体积含量25-70%.颗粒间距大于1μm.阻止基体变形,起到增强作用.（4）按用途分类

可分为两类:结构复合材料(承受载荷)

功能复合材料(压电,导电,磁性)

三、复合材料的增强机理复合材料是由两种或两种以上不同物理、化学性质的以微观或宏观的形式复合而组成多相材料。复合材料中增强体与基体接触构成的界面，是一层具有一定厚度(纳米以上)、结构随基体和增强体而异的、与基体有明显差别的新相---界面相(界面层)。它是增强相和体相连接的“纽带”，也是应力及其他信息传递的桥梁。界面是复合材料极为重要的微结构，其结构与性能直接影响复合材料的性能。复合材料中的增强体无论是晶须、颗粒还是纤维，与基体在成型过程中将会发生程度不同的相互作用和界面反应，形成各种结构的界面。因此，深入研究界面的形成过程、界面层性质、界面结合强度、应力传递行为对宏观力学性能的影响规律，从而有效进行控制界面，是获取高性能复合材料的关键。复合材料对界面的要求a.聚合物基复合材料的要求高的粘结强度和对环境破坏良好的抵抗力b.金属基复合材料的要求适中的粘结界面、合适的塑性、控制组元间的化学反应能力影响界面效应的因素：a.两相材料之间的润湿、吸附、相容等热力学因素；b.两相材料本身的结构、形态以及物理、化学性质；c.界面应力；d.加工过程中两相材料的相互作用和界面反应程度。第二节

复合材料的基体材料复合材料的基体主要有聚合物、金属、陶瓷、水泥等。(1)金属基体

基体材料是金属基复合材料的重要组成部分，是增强体的载体，在金属基复合材料中占有很大的体积含量，起非常重要的作用，金属基体的力学性能和物理性能将直接影响复合材料的力学性能和物理性能。选择载体的依据：一、根据合金的特点和复合材料的用途选择基体材料；二、还要考虑复合材料的类型；三、还应考虑基体材料与增强体的相容性。目前用做金属基复合材料基体的金属主要有铝及铝合金、镁合金、钛合金、镍合金、铜与铜合金、锌合金、铅、银、钛铝金属间化合物、镍铝金属间化合物等。结构复合材料的基体可分为轻金属基体和耐热合金基体两大类。(2)聚合物基体

1)聚合物基体的种类、组分和作用①聚合物基体的种类a.不饱和聚酯树脂优点：工艺性良好，它能在室温下固化，常压下成型，工艺装置简单，固化后的树脂综合性能良好，它的价格比环氧树脂低得多，只比酚醛树脂略贵一些。缺点：力学性能不如酚醛树脂或环氧树脂；固化时体积收缩率大、耐热性差等。b.环氧树脂：具有一系列的可贵性能，发展很快，广泛用于碳纤维复合材料及其他纤维复合材料。c.酚醛树脂

在加热条件下即能固化，无须添加固化剂，酸、碱对固化反应起促进作用，树脂在固化过程中有小分子析出，故树脂固化需要在高压下进行，固化时体积收缩率大，树脂对纤维的黏附性不够好，已固化的树脂有良好的压缩性能，良好的耐水、耐化学介质和耐烧蚀性能，但断裂延伸率低、脆性大。因此，酚醛树脂大量用于粉状压塑料、短纤维增强塑料，少量地用于玻璃纤维复合材料、耐烧蚀材料等，在碳纤维和有机纤维复合材料中很少使用。

②聚合物基体的组分聚合物是聚合物基复合树脂的主要组分其他的组分还有固化剂、增韧剂、稀释剂、催化剂等，这些辅助材料是复合材料基体不可缺少的组分。③聚合物基体的作用聚合物复合材料中的基体三种主要的作用：a.将纤维粘在一起；b.分配纤维间的载荷；c.保护纤维不受环境的影响。

(3)陶瓷基体1)玻璃

玻璃和玻璃陶瓷作为陶瓷基复合材料的基体有以下特点：

①玻璃的化学组成范围广泛，可以通过调整化学成分，使其达到与增强体化学相容；②通过调整玻璃的化学成分来调节其物理性能，使其与增强体的物理性能相匹配；③玻璃类材料弹性模量低，有可能采用高模量的纤维来获得明显的增强效果；④由于玻璃在一定温度下可以发生黏性流动，容易实现复合材料的致密化。主要用于：氧化铝纤维、碳化硅纤维、碳纤维以及碳化硅晶须增强复合材料的基体。2)氧化物陶瓷种类：氧化铝、氧化镁、氧化硅、氧化锆、莫来石。特点：它们的熔点在2000℃以上。主要为单相多晶结构，微晶氧化物的强度较高，强度随环境温度升高而降低，但在1000℃以下降低较小。3)非氧化物陶瓷特点：耐火性能和耐磨性能好、硬度高，但脆性大。30什么是增强材料？在复合材料中，凡是能提高基体材料的机械强度、弹性模量等力学性能的材料统称为增强材料。分类：按照物理状态分为：纤维、片状、颗粒。纤维：玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等。第三节复合材料的增强材料31一、玻璃纤维及其

简介：玻璃纤维是纤维增强复合材料中应用最为广泛的增强体，可作为有机高聚物基或无机非金属材料基复合材料的增强体。玻璃纤维具有成本低、不燃烧、耐热、耐化学腐蚀性好、拉伸强度和冲击强度高、断裂延伸率小、绝热性及绝缘性好等特点。

32玻璃纤维的分类a.按照原料组成分：无碱玻璃纤维、有碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维、特种玻璃纤维b.按单丝直径分：粗纤维、初级纤维、中级纤维、高级纤维c.根据纤维的性能分、高强玻璃纤维、高模量玻璃纤维、耐高温玻璃纤维、耐碱玻璃纤维、耐酸玻璃纤维、普通玻璃纤维d.按外观分：长纤维、短纤维、空心纤维和卷曲纤维33玻璃纤维的物理性能和化学性能

a.玻璃纤维具有一系列优良性能，拉伸强度高，防火、防霉、防蛀、耐高温和电绝缘性能好等。它的缺点是具有脆性，不耐腐蚀，对人的皮肤有刺激性等。b.一般天然或人造有机纤维的表面都有较深的皱纹，而玻璃纤维的外观是光滑的圆柱体，横断面几乎是完整的圆形。从宏观上看，由于表面光滑，纤维之间的抱合力非常小，不利于与树脂黏结。又由于呈圆柱状，所以玻璃纤维彼此相靠近时，空隙填充得较为密实，这对于提高复合材料制品的玻璃含量是有利的。34c.玻璃纤维的最大特点是：拉伸强度较高，但扭转强度和剪切强度都比其他纤维低很多，玻璃纤维的拉伸强度比相同成分的玻璃高很多，一般有碱玻璃的拉伸强度只有40-100MPa，而用它拉制的玻璃纤维，强度可提高20-50倍。

35d.玻璃纤维是一种优良的弹性材料，应力一应变曲线基本上是一条直线，没有塑性变形阶段，断裂延伸率小。e.玻璃纤维的直径越大和长度越长，都使其强度变得越低。拉伸强度还与玻璃纤维的化学成分密切相关，一般来说，含碱量越高，强度越低。玻璃纤维存放一段时间后，会出现强度下降的现象。36f.玻璃是一种很好的耐腐蚀材料，玻璃纤维的耐腐蚀性却很差。g.玻璃纤维除对氢氟酸、浓碱、浓磷酸外，对所有化学药品和有机溶剂都有良好的化学稳定性。37玻璃纤维的制造工艺

(1)坩埚法制造玻璃纤维的工艺(2)池窑拉丝法制造玻璃纤维的工艺

/u23/v_NDcwNzQzODA.html/v_show/id_XMjUyMjMwMzI=.htmlhtml表面处理的意义：表面处理就是在玻璃纤维表面涂覆表面处理剂，增加玻璃纤维与树脂结合强度的的物质。处理后效果：改进了玻璃纤维的耐磨、防水、电磁绝缘性能，提高了复合材料的强度。玻璃纤维及其制品的表面处理界面理论：

界面层使纤维与基体形成一个整体，并通过它传递应力，若纤维与基体之间的相容性不好，界面不完整，则应力的传递面仅为纤维总面积的一部分。因此，为了使复合材料内部能够均匀地传递应力，显示其优异性能，要求在复合材料的制造过程中形成一个完整的界面层。界面区可以理解为由基体与增强体接触界面和两者表面薄层构成的一定厚度的范围。而基体及增强体的表面层是相互影响和制约的，同时受本身表面的结构和组成的影响。界面区的厚度随外场条件的改变而变，是一个变量，它将影响到复合材料的力学行为、韧性及其他特性。

在复合材料制备过程中，复合材料的增强体和基体，通常总是一相以液态与另二相接触，然后经过固化过程而形成整体。在此过程中两相间的作用形成了界面，这一界面形成的机理，也就成为人们关心的问题，但至今仍并不完全清楚，人们提出的一些有关的理论主要包括：

1.界面浸润理论

2.化学键理论（偶联理论）

3.物理吸附理论

4.变形层理论

5.扩散层理论

6.摩擦理论化学键理论化学键理论的主要观点是处理增强体表面的偶联剂，既含有能与增强体起化学作用的官能团，又含有能与树脂基体起化学作用的官能团，由此在界面上形成共价键结合，如果能满足这一要求，则在理论上可获得最强的界面黏结能。化学键理论直到现在仍是一种比较好时理论。针对不同的复合体系，人们根据这一理论来选择和合成新的偶联剂。化学键理论的局限性：比如碳纤维复合材料，当碳纤维经过某些柔性聚合涂层处理后，力学性能得以改善，然而这些柔性涂层聚合物既不具有与碳表面起反应的活性基团，也不具备与树脂起反应的基团。在此情况下，此理论就难以解释了，此时起主要作用的不是化学偶联，而是物理效应起主要作用。

由此看来，对各种复合材料体系中界面现象和结构的解释，不能单纯以一种化学偶联或单纯以一种物理化学现象来解释。对不同的复合体系，界面上的作用是复杂的，也不尽相同；实际形成界面的过程与表面粗糙度、极性、化学反应性、液体树脂的流变性、表面化学结构等等因素有关，必须针对不同的复合体系综合分析才能得到合理的结论。45玻璃纤维表面处理方法玻璃纤维表面处理剂主要有三类：有机铬、有机硅和钛酸酯玻璃纤维表面处理主要有三种方法：后处理法：分两步，首先除去纤维表面的纺织型浸润剂，然后经处理剂溶液浸渍、水洗、烘干等工艺使纤维表面涂覆处理剂；前处理法：改变浸润剂的配方，一剂多用；迁移法：将处理剂直接加入到树脂胶液中进行整合渗合，在浸胶的同时将处理剂施于玻璃纤维上，借助处理剂从树脂胶液至纤维表面的迁移作用而与纤维表面发生作用，从而在树脂固化过程中产生偶联作用。46二、碳纤维碳纤维（CarbonFibre,CF或Cf）的开发历史可追溯到19世纪末期，美国科学家爱迪生发明的白炽灯灯丝，而真正作为有使用价值并规模生产的碳纤维，则出现在二十世纪50年代末期。47

碳纤维是由有机纤维经固相反应转变而成的纤维状聚合物碳，是一种非金属材料。

碳纤维不属于有机纤维范畴，但从制备方法上看，它又不同于普通无机纤维。

碳纤维制品具有非常优良的X射线透过性，阻止中子透过性，还可赋予塑料以导电性和导热性。

以碳纤维为增强剂的复合材料具有比钢强、比铝轻的特性，是一种目前最受重视的高性能材料之一。它在航空航天、军事、工业、体育器材等许多方面有着广泛的用途。491、碳纤维的分类当前，国内外巳商品化的碳纤维种类很多，一般可以根据原丝的类型、碳纤维的力学性能和碳纤维的功能等三种方法进行分类。50根据原丝类型分类

(1)聚丙烯腈基纤维；

(2)粘胶基碳纤维；

(3)沥青基碳纤维；

(4)木质素纤维基碳纤维；

(5)其他有机纤维基(各种天然纤维、再生纤维、缩合多环芳香族合成纤维)碳纤维。51根据碳纤维的力学性能分类

(1)高性能碳纤维在高性能碳纤维中，有高强度碳纤维、高模量碳纤维、中模量碳纤维等。

(2)低性能碳纤维这类碳纤维中，有耐火纤维、碳质纤维、石墨纤维等。52根据碳纤维功能分类：受力结构用碳纤维，耐焰碳纤维，活性碳纤维(吸附活性)，导电用碳纤维，润滑用碳纤维，耐磨用碳纤维53碳纤维是一种以碳为主要成分的纤维状材料。它不同于有机纤维或无机纤维，不能用熔融法或溶液法直接纺丝，只能以有机物为原料，采用间接方法制造。碳纤维制造方法可分为两种类型，即气相法和有机纤维碳化法。2、碳纤维的制造54

气相法是在惰性气氛中，小分子有机物(如烃或芳烃等)在高温下沉积成纤维。用这种方法只能制造晶须或短纤维，不能制造连续长丝。55

有机纤维碳化法可以制造连续长纤维，它通常分为两步进行： ①将有机纤维经过稳定化处理变成耐焰纤维； ②在惰性气氛中，于高温下进行焙烧碳化，使有机纤维失去部分碳和其它非碳原子，形成以碳为主要成分的纤维状物。56无论用哪一种原丝纤维来制造碳纤维，所产生的最终纤维基本成分为碳，都要经过五个阶段：拉丝牵伸稳定碳化石墨化57拉丝可用湿法、干法或者熔融状态三种中的任意一种方法进行。牵伸在室温以上，通常是100--300℃范围内进行。稳定通过400℃加热氧化的方法。碳化在1000--2000℃范围内进行。石墨化在2000--3000℃范围内进行。碳纤维的表面处理处理目的：提高碳纤维和基体的结合强度处理方法：①表面清洁法；②液相氧化法；③气相氧化法；④表面涂层法途径：清除表面杂质；在纤维表面形成微孔或者刻蚀沟槽；从类石墨层面改性成碳状结构以增加表面能；引进具有极性或反应性官能团以及形成能与树脂起作用的中间层。59芳纶纤维是指目前已经工业化生产并广泛应用的聚芳酰胺纤维。国外商品牌号叫凯芙拉(Kevlar)纤维，我国暂命名为芳纶纤维，有时也称有机纤维。三、芳纶纤维60

芳纶纤维的历史很短，发展很快。

1968午美国杜邦公司开始研制。

1972年以B纤维为名发表了专利并提供产品。1972年又研制了以PRD--49命名的纤维。

1973年正式登记的商品名称为ARAMID纤维。61芳纶、芳纶-29、芳纶-49这三种牌号纤维的用途各不相同。

芳纶主要用于橡胶增强，制造轮胎、三角皮带、同步带等；

芳纶-29主要用于绳索、电缆、涂漆织物、带和带状物，以及防弹背心等。

芳纶-49用于航空、宇航、造船工业的复合材料制件。62

由于该纤维具有独特的功能，使之广泛应用到军工和国民经济各个部门。 自1972年芳纶纤维作为商品出售以来，产量逐年增加。63由于芳纶纤维具有规整的晶体结构，因此，它具有化学稳定性、高温尺寸稳定性、不发生高温分解以及在很高温度下不致热塑化等特点。第四节常用复合材料一、聚合物基复合材料以聚合物为基体的复合材料。复合材料中研究最早、发展最快的一类复合材料。在现代复合材料领域中占有重要的地位，在国民经济建设中发挥了越来越重要的作用。1.分类聚合物基复合材料增强纤维种类玻璃纤维增强型碳纤维增强型芳纶纤维增强型基体材料性能通用型耐化学介质腐蚀型耐高温型复合材料成型固化方式常温常压固化成型高温加压固化成型阻燃型聚合物基体的结构形式热固性树脂基复合材料热塑性树脂基复合材料2.聚合物基复合材料的制造工艺和方法聚合物基复合材料的制造把复合材料的制造和产品的制造融合为一体。根据增强体和基体材料种类的不同，需要应用不同的制造工艺和方法。根据基体材料不同分类：

热固性树脂复合材料的制造方法：手糊成型法、喷射成型法、模压成型法、注射成型法、RTM成型法(注射成型法)等。热塑性复合材料的制造方法：模压成型法、注射成型法、RTM成型法、真空热压成型法、缠绕成型法等。1）手糊成型工艺模具准备树脂胶液配制增强材料准备涂脱模剂手糊成型固化脱模后处理检验制品手糊成型工艺流程纤维增强材料和树脂胶液在模具上铺覆成型，室温(或加热)、无压(或低压)条件下固化，脱模成制品的工艺方法。待浸树脂的增强材料压实辊树脂可选用胶衣手糊成型示意图胶衣是赋予复合材料制品表面的一层美观、耐化学品侵蚀、耐擦伤和耐老化等的对其起到保护作用的表面涂层。优点(1)不受尺寸、形状的限制，适宜尺寸大、批量小、形状复杂产品的生产；(2)设备简单、投资少、设备折旧费低，成本低；(3)工艺简单；(4)可在任意部位增补增强材料，易满足产品设计要求；(5)产品树脂含量高，耐腐蚀性能好。缺点

(1)生产效率低，劳动强度大，劳动卫生条件差；(2)产品质量不易控制，性能稳定性差；(3)产品力学性能较低。2）喷射成型工艺为改进手糊成型工艺而开发的一种半机械化成型工艺，是手糊工艺的变形。工艺流程玻璃纤维无捻粗纱聚酯树脂引发剂促进剂加热静态混合切割喷枪喷射成型模具辊压固化脱模将混有引发剂和促进剂的不饱和聚酯树脂从喷枪喷出，同时将玻璃纤维无捻粗纱用切割机切断并由喷枪中心喷出，与树脂一起均匀沉积到模具上。待沉积到一定厚度，用手辊滚压，使纤维浸透树脂、压实并除去气泡，最后固化成制品。优点(1)生产效率比手糊法提高2~4倍；(2)利用粗纱代替织物，降低了材料成本；(3)成型过程中无接缝，制品的整体性好；(4)减少了飞边、裁屑和剩余胶液的损耗；(5)可自由调节产品壁厚、纤维与树脂的比例及纤维的长度。缺点(1)产品的均匀程度在很大程度上取决于操作工人的熟练程度；(2)树脂含量高，增强纤维短，制品的强度较低，耐温性能差；(3)因过量喷涂而造成原材料损耗大；(4)阴模成型比阳模成型难度大，小型制品比大型制品难度大；(5)现场粉尘大，工作环境恶劣；(6)初期投资比手糊成型大。3）模压成型工艺定义将一定量的模压料放入金属对模中，在一定温度、压力作用下，固化成型制品的方法。加热加压的作用使模压料塑化、流动，充满空腔，并使树脂发生固化反应。优点缺点有较高的生产效率，适于大批量生产，制品尺寸精确，表面光洁，可以有两个精制表面，价格低廉，容易实现机械化和自动化，多数结构复杂的制品可一次成型，无需有损于制品性能的辅助加工，制品外观及尺寸的重复性好。压模的设计与制造较复杂，初次投资较高，制品尺寸受设备限制，一般只适于制备中、小型玻璃钢制品。模压工艺模具预热脱模剂涂刷料的称量料预热成预成型装模压制脱模后处理打底及辅助加工检验成品压制前准备压制模压成型工艺流程4）缠绕成型工艺缠绕工艺：将浸过树脂胶液的连续纤维或布带，按照一定规律缠绕到芯模上，然后固化脱模成为复合材料制品的工艺过程。决定产品形状的模具绕线筒张力控制器预浸槽小车吐丝嘴芯模基本纤维缠绕机缠绕工艺流程图浸胶胶纱纱锭张力控制固化打模喷漆脱模芯模制造胶液配制纱团集束烘干络纱加热粘流纵、环向缠绕张力控制纵、环向缠绕成品湿法缠绕成型工艺干法缠绕成型工艺3.聚合物基复合材料的主要性能(1)比强度和比模量高复合材料的突出优点是比强度和比模量（即强度、模量与密度之比）高。比强度和比模量是度量材料承载能力的一个指标，比强度愈高，同一零件的比重愈小；比模量愈高，零件的刚性愈大。如碳纤维增强的环氧树脂复合材料的比强度比钢高七倍。这对于高速运动的零件，要求自重轻的运输机械具有重大的意义。(4)破损安全性好复合材料中每平方厘米截面上有几千－几万根增强纤维，当其中一部分纤维断裂时，应力会重新分布到未破坏的纤维上，致使零件不会造成突然断裂。(3)减震性好机器结构的自振频率与材料的比模量的平方成正比。复合材料的比模量高，结构的自振频率高，避免与环境产生共振。(2)耐疲劳性好大多数金属材料的疲劳极限是其抗拉强度的40－50％，而碳纤维增强的复合材料可达70－80％。(5)具有多种功能性聚合物基复合材料可以制成具有较高比热、熔融热和汽化热材料，以吸收高温烧蚀时的大量热能；有良好的摩擦性能，包括良好的摩阻特性及减摩特性；高度的电绝缘性能；优良的耐腐蚀性能；有特殊的光学、电学和磁学特性。(6)具有很好的加工工艺性但复合材料还有一些缺点，如耐高温性能，耐老化性能及材料强度一致性等有待于进一步研究提高。4.聚合物基复合材料的应用聚合物基复合材料占复合材料总量的90%以上；每年的平均增长率为50%；95%的是玻璃纤维增强聚合物复合材料；美国三分之一欧共体三分之一日本十分之一美国：交通运输车辆、工具等33%；建筑、海洋结构、船舶等22%电器产品、化工等10%军事装备1%体育用品和其他民用消费12%欧洲共同体：交通运输车辆30%建筑18%军事装备8%其他日本：基本建筑40%交通运输车辆18%~20%化工容器10%体育用品10%电器产品15%航空二、金属基复合材料（MMC）金属基复合材料是一门相对较新的材料学科，它涉及材料表面、界面、相变、凝固、塑性形变和断裂力学等。金属基复合材料的制备工艺过程涉及高温、增强材料的表面处理、复合成型等复杂工艺，而金属基复合材料的性能、应用、成本等在很大程度土取决于其制造技术。概述金属基复合材料(MMC)是一类以金属或合金为基体，以金属或非金属线、丝、纤维、晶须或颗粒状组分为增强相的非均质混合物，其共同点是具有连续的金属基体。由于其基体是金属，因此金属基复合材料具有与金属性能相似的一系列优点，如高强度、高弹性模量、高韧性、热冲击敏感性低、表面缺陷敏感性低、导电导热性好等。通常增强相是具有高强度、高模量的非金属材料。增强相的加入主要是为了弥补基体材料的某些不足的性能，如提高刚度、耐磨性、高温性能和热物理性能等。1.金属基复合材料的分类1）按用途分类：—结构用金属基复合材料—功能用金属基复合材料2）按增强材料分类：

—纤维增强金属基复合材料

—颗粒、晶须增强金属基复合材料

—层压增强金属基复合材料2.金属基复合材料的制造技术金属基复合材料制备工艺的分类：

1）直接涂覆法

2）液态法：连续浸渍法、铸造法

3）固态法：扩散粘结法、粉末冶金法、压力加工法、爆炸焊接法。3.金属基复合材料的性能特征1）高比强度、高比模量由于在金属基体当中加入了适量的高强度、高模量、低密度的纤维、晶须、颗粒等增强物，明显提高了复合材料的比强度和比模量，特别是高性能连续纤维—硼纤维、碳（石墨）纤维、碳化硅纤维等增强物，具有很高的强度和模量。用高比强度、比模量金属基复合材料制成的构件相对密度轻、刚性好、强度高，是航空航天技术领域中理想的结构材料。2）导热、导电性能金属基复合材料中金属基体占有很高的体积分数，一般在60%以上，因此仍能保持金属所具有的良好的导热和导电性能。良好的导热性可以有效传热，减少构件受热后产生的温度梯度和迅速散热，这对于尺寸稳定性要求高的构件和高集成度的电子器件尤为重要。良好的导电性可以防止飞行器构件产生静电聚集的问题。在金属基复合材料中采用高导热性的增强物还可以进一步提高金属基复合材料的热导率。3)热膨胀系数小、尺寸稳定性好金属基复合材料中所用的增强物碳纤维、碳化硅纤维、晶须、颗粒、硼纤维等均具有