一、復(fù)合材料的含義

隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)材料的要求也越來(lái)越高。除要求材料具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、低密度以外，還要對(duì)材料的韌性、耐磨、耐腐蝕以及電絕緣性等提出特殊的要求。對(duì)此，單一材料往往是無(wú)能為力的。采用復(fù)合技術(shù)，把不同性能的材料復(fù)合起來(lái)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，在性能上起協(xié)調(diào)作用，得到單一材料無(wú)法比擬的、優(yōu)越的綜合性能，以實(shí)現(xiàn)各種性能的要求，于是就出現(xiàn)了新型的復(fù)合材料。

一般稱(chēng)為復(fù)合材料的是由纖維等增強(qiáng)材料與基底(母體)等兩種或兩種以上性質(zhì)不同的材料，通過(guò)各種工藝手段組合而成。它與纖維增強(qiáng)塑料(FRP)、纖維增強(qiáng)金屬(FRM)、金屬-料層疊材料等相當(dāng)，具有重量輕、強(qiáng)度高、剛度好的特點(diǎn)，這些復(fù)合材料在汽車(chē)零部件上應(yīng)用也很盛行。復(fù)合材料是應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展而涌現(xiàn)出的具有強(qiáng)大生命力的材料，它的組分材料具有不同的化學(xué)或物理性質(zhì)，且各組分材料之間具有明顯的界面。

復(fù)合材料是一種多相材料。在工程上，所謂復(fù)合材料通常是指將一種材料人為均勻地分散在另一種材料中，以克服單一材料的某些弱點(diǎn)，使之優(yōu)于各組分材料的綜合性能，有時(shí)甚至成為各組分材料所沒(méi)有的優(yōu)良性能的新材料。凡是由兩種或兩種以上性質(zhì)不同的材料，通過(guò)各種工藝手段組合而成的材料，均可稱(chēng)為復(fù)合材料。不同的非金屬材料之間，不同的金屬材料之間；非金屬材料與各種不同的金屬材料之間都可以相互復(fù)合。這種材料既可以保持原材料的某些特征，又能發(fā)揮復(fù)合后的新特點(diǎn)，它可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而更能合理地達(dá)到使用要求的目的。

二、復(fù)合材料的發(fā)展歷程

自然界中許多天然材料都可看作是復(fù)合材料。樹(shù)木、竹子是由纖維素和木質(zhì)素復(fù)合而成的。纖維素抗拉強(qiáng)度大，但剛性小，比較柔軟，而木質(zhì)素則把眾多的纖維素粘結(jié)成剛性體。動(dòng)物的骨骼是由硬而脆的磷酸鹽和軟而韌的蛋白質(zhì)骨膠組成的復(fù)合材料。人類(lèi)很早就仿效天然復(fù)合材料，在生活和生產(chǎn)中制成了初期復(fù)合材料。例如在建筑房屋時(shí)，人們將麥秸或稻草參入泥漿中以增強(qiáng)泥土的強(qiáng)度；在現(xiàn)代建筑上大量使用的混凝土，特別是鋼筋混凝土制成的復(fù)合材料等等。

近代復(fù)合材料的發(fā)展是從1932年玻璃纖維增強(qiáng)塑料問(wèn)世開(kāi)始的。30年代末期，美國(guó)因航空通訊的需要，發(fā)展了一種玻璃纖維與合成樹(shù)脂結(jié)合的復(fù)合材料。40年代生產(chǎn)了既能滿(mǎn)足電信需要，又能達(dá)到強(qiáng)度要求的玻璃纖維增強(qiáng)熱固性塑料(又稱(chēng)玻璃鋼)。50年代環(huán)氧樹(shù)脂出現(xiàn)之后，又大力發(fā)展了玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料。隨著空間技術(shù)、原子能及超音速飛機(jī)等發(fā)展的需要。60年代又發(fā)展了高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、低密度的碳纖維、硼纖維等高級(jí)纖維及其復(fù)合材料。至70年代，幾乎所有工程塑料都用玻璃纖維增強(qiáng)。

目前產(chǎn)量大、應(yīng)用廣泛的復(fù)合材料是各種玻璃鋼。70年代已超過(guò)百萬(wàn)噸。由于玻璃鋼在性能上不能滿(mǎn)足近代火箭、導(dǎo)彈、宇航、汽車(chē)等工業(yè)的需要，隨后又發(fā)展了用碳纖維、硼纖維、SiC纖維等作為增強(qiáng)材料，金屬、陶瓷等作基體材料的近代復(fù)合材料。上述復(fù)合材料由于生產(chǎn)技術(shù)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，雖然性能優(yōu)異，仍限于尖端技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用。幾種材料復(fù)合在一起的性能指標(biāo)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了各組成材料該項(xiàng)性能指標(biāo)的總和。復(fù)合材料將會(huì)很快地向各工業(yè)領(lǐng)域中發(fā)展，以獲得更廣泛地應(yīng)用，甚至有人預(yù)言，21世紀(jì)將是復(fù)合材料的時(shí)代。

三、復(fù)合材料的性能特點(diǎn)

復(fù)合材料是各向異性的非均質(zhì)材料，與其他材料相比有以下突出特點(diǎn)。

1．比強(qiáng)度與比模量高。比強(qiáng)度、比模量是指材料的強(qiáng)度和模量與密度之比，比強(qiáng)度越高；零件自重越??；比模量越高，零件的剛性越大。因?yàn)椴牧媳葟?qiáng)度提高，制造同一零件則自重愈??；而材料比模量愈高，則零件剛性愈大。采用比強(qiáng)度和比模量高的材料，可大大提高動(dòng)力設(shè)備的效率。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的比強(qiáng)度和比模量是各類(lèi)材料中最高的，當(dāng)用復(fù)合材料制成與高強(qiáng)度鋼具有同等強(qiáng)度和剛度的零件時(shí)，其重量可減輕70％左右。顯然，這對(duì)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)件或需減輕自重的運(yùn)輸工具和工程構(gòu)件等具有重要意義。

2．抗疲勞性能好。在疲勞載荷作用下的斷裂是材料內(nèi)部裂紋擴(kuò)展的結(jié)果，而疲勞破壞就是裂紋不斷擴(kuò)展所產(chǎn)生的突然斷裂。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中的纖維與基體間的界面能夠有效地阻止疲勞裂紋的擴(kuò)展，外加載荷由增強(qiáng)纖維承擔(dān)。疲勞破壞往往從材料的薄弱環(huán)節(jié)開(kāi)始，逐漸擴(kuò)展到結(jié)合面上。在破壞前有預(yù)兆，如變色、聲響等。大多數(shù)金屬材料的疲勞強(qiáng)度極限是其拉伸強(qiáng)度的30%～50%，而復(fù)合材料則可達(dá)到60%～80%左右。

3．減摩、耐磨、自潤(rùn)滑性好。在熱塑性塑料中摻入少量的短切碳纖維可大大地提高它的耐磨性，其增加的倍數(shù)可為原來(lái)的好幾倍。如聚氯乙烯以碳纖維增強(qiáng)后為其本身的3.8倍、聚四氟乙烯為其本身的3倍、聚丙烯為其本身的2.5倍，聚酰胺為其本身的1.2倍、聚酯為其本身的2倍。選用適當(dāng)塑料與鋼板復(fù)合可作耐磨物件，如軸承材料等。用聚四氟乙烯(或聚甲醛)為表層、多孔青銅和鋼板為里層的三層復(fù)合材料，可制成滑動(dòng)軸承的良好材料。

4．化學(xué)穩(wěn)定性?xún)?yōu)良。鋼材一般不耐酸，尤其是含有氯離子的酸，既使含鉬不銹鋼在這種介質(zhì)中，也會(huì)很快被腐蝕。但纖維增強(qiáng)酚醛塑料，可長(zhǎng)期在含氯離子的酸性介質(zhì)中使用。用玻璃纖維增強(qiáng)塑料，可制造耐強(qiáng)酸、鹽、酯和某些溶劑的化工管道、泵、閥、容器等設(shè)備。如用耐堿纖維與塑料復(fù)合，還能在強(qiáng)堿介質(zhì)中使用。耐堿纖維可用來(lái)取代鋼筋與水泥復(fù)合。

5．耐高溫?zé)g性好。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中除玻璃纖維軟化點(diǎn)較低(700℃～900℃)外，其他纖維的熔點(diǎn)(或軟化點(diǎn))一般都在2000℃以上，用這些纖維與金屬基體組成的復(fù)合材料。高溫下強(qiáng)度和模量均有提高。例如鋁合金在升溫至400℃時(shí)，強(qiáng)度從5MPa降至0.3～0.5MPa，彈性模量迅速下降到幾乎為零。如用碳纖維或硼纖維增強(qiáng)后，400℃時(shí)強(qiáng)度和模量基本可保持室溫下水平。同樣用碳纖維增強(qiáng)金屬鎳，不僅密度下降，而且高溫性能也提高。由于玻璃鋼具有極低的導(dǎo)熱系數(shù)(只有金屬的千分之一至百分之一)，可瞬時(shí)耐超高溫，故可做耐燒蝕材料。

6．工藝性與可設(shè)計(jì)性好。調(diào)整增強(qiáng)材料的形狀、排布、含量，可滿(mǎn)足構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度等性能要求，且材料與構(gòu)件可一次成型，減少了零部件、緊固件和接頭數(shù)目，材料利用率大大提高。

7．其他特殊性能。如：復(fù)合材料具有耐燒蝕性、耐輻射性、耐蠕變性及隔熱性、特殊的電、光、磁等性能，高韌性和高抗熱沖擊性好，耐熱性好，具有導(dǎo)電和導(dǎo)熱性。缺點(diǎn)是層間剪切強(qiáng)度低、韌性差、耐熱性和表面硬度都低，易老化，穩(wěn)定性差，質(zhì)量不易控制，成本較高。

四、復(fù)合材料的分類(lèi)

1．纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是復(fù)合材料中發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的一種。纖維種類(lèi)很多，每一種又有許多規(guī)格，如棉、蕉、絲等天然纖維以及各種合成纖維，但用作現(xiàn)代復(fù)合材料的纖維主要是指高強(qiáng)度、高模量的玻璃纖維、碳纖維、石墨纖維、硼纖維、碳化硅纖維、晶須、特種合成纖維、金屬絲、混合纖維及自增強(qiáng)纖維如定向共晶等。

2．細(xì)粒復(fù)合材料。這類(lèi)復(fù)合材料大致可分為金屬細(xì)粒與金屬基體的復(fù)合、金屬細(xì)粒與塑料的復(fù)合、金屬陶瓷與彌散強(qiáng)化。如銅合金中加入鉛粉可作軸承材料；金屬粉加入塑料中可改善其導(dǎo)熱導(dǎo)電性能，降低線(xiàn)脹系數(shù)；鉛粉加入氟塑料中也可作軸承材料。金屬陶瓷可用作高溫耐磨及高速切削材料，碳化鉻金屬陶瓷用作耐腐蝕、耐磨噴咀，重載荷軸承；高溫?zé)o油潤(rùn)滑件等。

3．層疊復(fù)合材料。層疊復(fù)合材料是由兩種以上不同材料層疊一起而成?？煞蛛p層復(fù)合、多層復(fù)合、包復(fù)金屬或非金屬。如酚醛環(huán)氧層壓板上復(fù)一層銅箔，用作汽車(chē)電器印刷線(xiàn)路板；普通鋼板上復(fù)一層聚氯乙烯塑料，用作耐腐蝕材料；高強(qiáng)度鋁上復(fù)一薄層鉻，可作兼具高強(qiáng)度及耐腐蝕材料。

4．骨架復(fù)合材料。骨架復(fù)合材料可分蜂窩復(fù)合、夾心復(fù)合及多孔浸漬復(fù)合。蜂窩復(fù)合材料與夾心復(fù)合材料是由重而薄、硬而剛強(qiáng)的面板與較輕而厚的芯子組成。其原理與工字梁相似。這種材料的優(yōu)點(diǎn)是有高的強(qiáng)度重量比，高的承載能力，表面光滑，增加疲勞壽命和聲振疲勞極限，可用作門(mén)板、地板、風(fēng)扇葉片等。面板可由紙、木、金屬、塑料、石棉板、增強(qiáng)塑料層壓板等組成，最常用的為鋁板及層壓板。芯子可由紙、棉布、玻璃布等浸漬樹(shù)脂組成，也可由鋁箔、泡沫塑料組成。蜂窩復(fù)合材料的芯子有蜂窩形、六角形、方格形、波紋形、鋸齒形等。夾芯復(fù)合材料是由兩層面板中間夾一層泡沫塑料組成。如風(fēng)扇葉片可由硬質(zhì)泡沫塑料外復(fù)金屬皮組成。多孔材料是一個(gè)連續(xù)結(jié)構(gòu)但中間占有大量敝開(kāi)的空隙，另一種材料可滲透到這些空隙中去。例如用潤(rùn)滑劑或氟塑料滲透到多孔的金屬或塑料中去，或?qū)?shù)脂滲透到多孔性石墨中去，可用作耐磨材料及耐腐蝕材料。

五、纖維增強(qiáng)材料

纖維增強(qiáng)材料是增強(qiáng)塑料的骨架，基本上決定了復(fù)合材料的強(qiáng)度和剛度。玻璃纖維是將熔化的玻璃以極快的速度拉制而成。玻璃纖維有長(zhǎng)、短兩種，為非結(jié)晶型無(wú)機(jī)纖維。不燃燒，伸長(zhǎng)率和線(xiàn)膨脹系數(shù)都較小，具有較高的抗拉強(qiáng)度?；瘜W(xué)穩(wěn)定性高，除氫氟酸、熱濃磷酸和濃堿外，對(duì)其他化學(xué)介質(zhì)均有良好的穩(wěn)定性。玻璃纖維缺點(diǎn)是脆性大，耐磨性、耐柔性較差。纖維表面光滑，不易與其他物質(zhì)相結(jié)合。玻璃纖維按化學(xué)成份可分為：無(wú)堿纖維(含堿量在1%以下)，低堿纖維(含堿量在2%～6%)，有堿纖維(含堿量在10%以上)。根據(jù)纖維特性可分為：高強(qiáng)度、高模量纖維、如S玻璃纖維和M玻璃纖維、耐高溫纖維，如石英玻璃、耐酸、堿纖維，如C耐酸纖維，G抗堿纖維，普通纖維，如A玻璃纖維和E玻璃纖維。

隨著人們保護(hù)環(huán)境意識(shí)的日益增長(zhǎng)，各種天然纖維又重新被人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)而再次步入汽車(chē)部件的領(lǐng)域。天然纖維作為隔熱/音和阻尼材料、特別是作為聚合材料的填充和增強(qiáng)材料，因在重量和成本方面的優(yōu)勢(shì)在汽車(chē)內(nèi)飾件制造中的作用愈來(lái)愈大，并已開(kāi)始了用于汽車(chē)外部部件（如擋泥板襯和擾流板等）的嘗試。

車(chē)用天然纖維主要是指植物纖維，如洋麻、大麻、亞麻、黃麻和劍麻等麻纖維及椰殼纖維等。與合成纖維相比，天然纖維及其復(fù)合材料具有如下性能方面的優(yōu)勢(shì)。麻纖維生長(zhǎng)期短、生長(zhǎng)環(huán)境要求不高；其生長(zhǎng)過(guò)程無(wú)需農(nóng)藥和化肥；生長(zhǎng)、收獲、加工的能量消耗較少；對(duì)二氧化碳的吸收能力強(qiáng)，具有減緩“溫室效應(yīng)”的作用；生產(chǎn)過(guò)程無(wú)“三廢“污染、使用過(guò)程也無(wú)有害的游離化學(xué)物質(zhì)（如近來(lái)備受關(guān)注的“甲醛”）和微粒（玻璃纖維成分）；無(wú)需化學(xué)膠粘劑，可在一步法成形過(guò)程中與基材熱粘合；替代化纖和塑料等人造材料，可節(jié)約有限的石油資源；焚燒時(shí)無(wú)毒物排放、填埋后可生物降解；可再生循環(huán)利用；麻纖維復(fù)合材料的隔熱、吸音性能好；能量吸收能力好、耐沖擊，無(wú)脆性斷裂（對(duì)提高汽車(chē)的安全性很有利）；燃燒速率低；具有良好的剛度、切口韌性、斷裂特性；低溫性能好；可用較低壓力、一步法成形產(chǎn)品，節(jié)省機(jī)器和模具的投資、簡(jiǎn)化加工工藝（附座和裝飾層等可與坯材一步合成、無(wú)需化學(xué)粘接和后續(xù)加工）；可成形大拉伸、復(fù)雜的三維形狀。天然纖維在加工中還表現(xiàn)出對(duì)模具的磨蝕作用較低；密度低、重量可減輕10～30%(順應(yīng)汽車(chē)輕量化要求，提高燃油效率)；原料成本低、麻纖維來(lái)源廣泛；邊角料可以重新破碎后進(jìn)行熱塑加工，幾乎沒(méi)有廢料產(chǎn)生。

作為結(jié)構(gòu)材料使用的玻璃鋼及其他復(fù)合材料，常用纖維狀增強(qiáng)材料，其種類(lèi)很多。按其化學(xué)組成，大致可分為無(wú)機(jī)纖維和有機(jī)纖維兩大類(lèi)。無(wú)機(jī)纖維有：玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、晶須、石棉纖維及金屬纖維等；有機(jī)纖維有：合成纖維如芳綸纖維、奧綸纖維、聚酯纖維、尼龍纖維、維尼綸纖維、聚丙烯纖維、聚酰亞胺纖維等；天然纖維如棉纖維、劍麻、紙等。

在前述的增強(qiáng)材料中，應(yīng)用最廣泛的為玻璃纖維及其制品。玻璃纖維的種類(lèi)很多，除了常用的無(wú)堿纖維、中堿纖維外，還有高強(qiáng)玻璃纖維、高彈玻璃纖維和耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕玻璃纖維等。玻璃纖維制品的種類(lèi)達(dá)120多種，用于玻璃鋼的主要有玻璃布、玻璃帶、玻璃纖維合股紗、無(wú)捻粗紗、無(wú)捻粗紗布、短切氈、單向布、表面氈、短切纖維和磨碎纖維等。

六、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料

這是近年來(lái)發(fā)展較快的一種復(fù)合材料，基體材料有各種樹(shù)脂、碳、金屬、陶瓷。樹(shù)脂又分熱固性和熱塑性樹(shù)脂。

1．碳纖維增強(qiáng)熱塑性塑料。碳纖維增強(qiáng)熱塑性塑料是指碳纖維為分散質(zhì)，熱塑性塑料為基體的纖維增強(qiáng)塑料。用碳纖維增強(qiáng)熱塑性塑料近年來(lái)發(fā)展較快，其特點(diǎn)是：強(qiáng)度與剛性高，蠕變小，熱穩(wěn)定性高，線(xiàn)膨脹系數(shù)小：減摩耐磨，不損傷磨件，阻尼特性?xún)?yōu)良。與玻璃纖維增強(qiáng)的相比，具有更好的機(jī)械等性能。如尼龍66中加入20%碳纖維，其彎曲強(qiáng)度與加入40%玻璃纖維相等，彎曲彈性模量較40%玻璃纖維增強(qiáng)的高二倍多。但韌性不如玻璃纖維增強(qiáng)的好。

碳纖維可降低熱塑性塑料的摩擦系數(shù)，提高耐磨性，特別適于高載荷低速度軸承。加工收縮率為玻璃纖維增強(qiáng)的一半左右。添加碳纖維還可提高導(dǎo)電性。添加30%碳纖維的尼龍66的磨損因數(shù)為20，約為添加30%的玻璃纖維的1/4，是尼龍66的1/10。熱塑性塑料的耐磨性隨碳纖維的增加而有不同程度的提高，效果特別顯著的是尼龍66。對(duì)乙烯/四氟乙烯共聚物、線(xiàn)型聚酯等均有明顯增加。用碳纖維增強(qiáng)的聚四氟乙烯層壓制品制成的密封圈既耐腐蝕，又耐熱和耐磨，宜制作高壓泵及液壓系統(tǒng)的動(dòng)力密封裝置。

2．碳纖維增強(qiáng)熱固性塑料。碳纖維增強(qiáng)熱固性塑料是以熱固性塑料為基體，以碳纖維及其織物為分散質(zhì)的纖維增強(qiáng)塑料。碳纖維及其織物與環(huán)氧、酚醛等樹(shù)脂制成的復(fù)合材料具有強(qiáng)度高、模量高、密度小、減摩耐磨、自潤(rùn)滑、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變、熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱率大，耐水性好等特點(diǎn)。

碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂。碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂的纖維增強(qiáng)材料是一種強(qiáng)度、剛度、耐熱性均好的復(fù)合材料。這方面性能是其他材料無(wú)法比擬的。碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂的比強(qiáng)度與比模量均較其他材料高，拉伸強(qiáng)度比鋁、鋼都要大。彎曲、壓縮、剪切等機(jī)械性能優(yōu)良。在碳纖維增強(qiáng)塑料中纖維的增強(qiáng)效果取決于纖維本身的機(jī)械性能、纖維的容積成分、纖維的排列方向和纖維與樹(shù)脂的連接強(qiáng)度?？傊?，碳纖維增強(qiáng)塑料具有質(zhì)輕高強(qiáng)、高模量、減摩耐磨、熱導(dǎo)率大、自潤(rùn)滑、耐腐蝕、抗沖擊性好、疲勞強(qiáng)度大等優(yōu)越性能，在現(xiàn)代汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。

碳纖維增強(qiáng)塑料的應(yīng)用。碳纖維增強(qiáng)塑料是汽車(chē)工業(yè)大量使用的增強(qiáng)材料。目前汽車(chē)耗油要求逐年下降，要使汽車(chē)輕量化、發(fā)動(dòng)機(jī)高效化、車(chē)型阻力小等，都要求有質(zhì)輕和一才多能的輕型結(jié)構(gòu)材料，而碳纖維增強(qiáng)塑料則是最理想的材料。主要的應(yīng)用有：發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中的推桿、連桿、搖桿、水泵葉輪，傳動(dòng)系統(tǒng)中的傳動(dòng)軸、離合器片、加速裝置及其罩等，底盤(pán)系統(tǒng)中的懸置件、彈簧片、框架、散熱器等，車(chē)體上的車(chē)頂內(nèi)外襯、地板、側(cè)門(mén)等。

七、陶瓷基復(fù)合材料

陶瓷基復(fù)合材料不是傳統(tǒng)意義上的陶瓷，陶瓷基復(fù)合材料是以陶瓷為基體與各種纖維復(fù)合的一類(lèi)復(fù)合材料。陶瓷基體可為氮化硅、碳化硅等高溫結(jié)構(gòu)陶瓷。它的主要基體有玻璃陶瓷、氧化鋁、氮化硅等。這些先進(jìn)陶瓷具有耐高溫、高強(qiáng)度和剛度、相對(duì)重量較輕、高耐腐蝕性、低膨脹系數(shù)、隔熱性好及低密度等優(yōu)異性能，而且資源也比較豐富，有廣泛的應(yīng)用前景。但其致命的弱點(diǎn)是具有脆性，處于應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生裂紋，甚至斷裂導(dǎo)致材料失效。而采用高強(qiáng)度、高彈性的纖維與基體復(fù)合，則是提高陶瓷韌性和可靠性的一個(gè)有效的方法。纖維能阻止裂紋的擴(kuò)展，從而得到有優(yōu)良韌性的纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料。陶瓷基復(fù)合材料已實(shí)用化或即將實(shí)用化的領(lǐng)域有刀具、滑動(dòng)構(gòu)件、發(fā)動(dòng)機(jī)制件、能源構(gòu)件等。

陶瓷基復(fù)合材料應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)的主要障礙來(lái)自?xún)r(jià)格和可靠性方面。目前，陶瓷基復(fù)合材料零件的價(jià)格遠(yuǎn)比金屬零件價(jià)格高。制造時(shí)可能產(chǎn)生內(nèi)部裂紋且陶瓷零件的強(qiáng)度波動(dòng)較大，高溫時(shí)有所下降。但由于陶瓷材料具有優(yōu)良的機(jī)械性能和低密度特點(diǎn)，世界各國(guó)都在大力發(fā)展，努力改善其基本性能和工藝技術(shù)，以求降低成本，提高可靠性。

纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料是以纖維作增強(qiáng)體，把纖維增強(qiáng)陶瓷基體通過(guò)一定的復(fù)合工藝結(jié)合在一起而組成的材料的總稱(chēng)。這類(lèi)復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、高韌性、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，是一類(lèi)新型結(jié)構(gòu)材料。作為增強(qiáng)用的纖維有金屬纖維（如鎢絲、鉭絲、鉬絲等）、玻璃纖維和陶瓷纖維（如碳、碳化硅、氧化鋁、氧化鋯等纖維）；而陶瓷基本由氧化物基（如氧化鋁、氧化鋯等）和非氧化物基（如碳、碳化物、硼化物、氮化物等）組成。在選擇纖維和陶瓷基體時(shí)要注意性能的匹配，如纖維必須和陶瓷一樣具有耐高溫性能，纖維的熱膨脹系數(shù)應(yīng)稍大于陶瓷基體。

纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料已應(yīng)用的領(lǐng)域和即將應(yīng)用的領(lǐng)域有刀具、滑動(dòng)構(gòu)件、航空航天部件、發(fā)動(dòng)機(jī)零件、能源構(gòu)件等。法國(guó)已將長(zhǎng)纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料應(yīng)用于制造超高速列車(chē)的制動(dòng)件。由于這種材料具有優(yōu)異的耐摩擦性能和耐磨損性能，使用效果令人滿(mǎn)意。

經(jīng)過(guò)纖維增強(qiáng)的陶瓷，無(wú)論在抗機(jī)械沖擊性，還是在抗熱沖擊性方面，都有了極大的提高，這在很大程度上克服了陶瓷的脆性，同時(shí)又保持了陶瓷原有的許多優(yōu)異性能。這種打不破的陶瓷目前雖只是初露端倪，但將來(lái)肯定有著廣闊的發(fā)展前景。

八、美國(guó)的車(chē)用復(fù)合材料市場(chǎng)

美國(guó)是世界最大的復(fù)合材料生產(chǎn)國(guó)，也是最大的復(fù)合材料市場(chǎng)。經(jīng)歷了本世紀(jì)初的低迷后，近幾年復(fù)合材料市場(chǎng)穩(wěn)中有升，相對(duì)于美國(guó)鋼鐵業(yè)、鋁業(yè)等傳統(tǒng)材料的不振，可稱(chēng)得上是生機(jī)勃勃。2005年美國(guó)熱固性復(fù)合材料產(chǎn)量187萬(wàn)噸，約占全世界的40%，復(fù)合材料行業(yè)雇員10.6萬(wàn)人，其中8.1萬(wàn)人直接從事復(fù)合材料制造，年銷(xiāo)售額為136.8億美元，與復(fù)合材料業(yè)密切相關(guān)的供應(yīng)及制造業(yè)擁有28萬(wàn)雇員，銷(xiāo)售額達(dá)到453億美元，其市場(chǎng)之巨大可見(jiàn)一斑。美國(guó)復(fù)合材料業(yè)的走向與各國(guó)同業(yè)也有密切的關(guān)聯(lián)，由于市場(chǎng)繁榮，美國(guó)2005年進(jìn)口了玻璃纖維17.3萬(wàn)噸，其中約一半從中國(guó)進(jìn)口。美國(guó)復(fù)合材料的主要市場(chǎng)是運(yùn)輸車(chē)輛制造，用熱固性及熱塑性復(fù)合材料占復(fù)合材料市場(chǎng)30%以上，2005年美國(guó)年產(chǎn)轎車(chē)約160萬(wàn)輛，至2008年將達(dá)到175萬(wàn)輛（年增3%），由于熱塑性復(fù)合材料在轎車(chē)上的應(yīng)用加快，復(fù)合材料在轎車(chē)上的用量可維持穩(wěn)步上升。近年來(lái)美國(guó)輕型貨車(chē)及多用途車(chē)的銷(xiāo)售表現(xiàn)出色，進(jìn)入本世紀(jì)銷(xiāo)售額首次超過(guò)轎車(chē)，并連續(xù)幾年達(dá)到年增30%以上，復(fù)合材料制成的輕型貨車(chē)的整體車(chē)斗、車(chē)底板、多用車(chē)外殼乃至重型車(chē)整體駕駛室、拖車(chē)底板、輪罩、導(dǎo)流罩均已得到市場(chǎng)認(rèn)可，保證了總量增長(zhǎng)。

九、復(fù)合材料的發(fā)展趨勢(shì)

為適應(yīng)社會(huì)的需求，現(xiàn)代汽車(chē)正朝著輕量化、安全、節(jié)能、高速、低公害和長(zhǎng)壽方向發(fā)展。汽車(chē)輕量化的目的就是節(jié)能和減輕排放污染。同時(shí)環(huán)境保護(hù)已成為可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略必不可少的條件，而復(fù)合材料的發(fā)展趨勢(shì)正朝著延長(zhǎng)使用期以及可再生的方向發(fā)展，這都是對(duì)環(huán)境有益的。

未來(lái)的汽車(chē)是屬于適應(yīng)環(huán)境保護(hù)的綠色汽車(chē)，因而在此不可避免的要提到復(fù)合材料的環(huán)境意識(shí)。復(fù)合材料能提高材料性能，延長(zhǎng)使用期，加強(qiáng)功能性，這些都是對(duì)環(huán)境有利的特性。但應(yīng)認(rèn)真對(duì)待并努力克服復(fù)合材料的再生問(wèn)題，使復(fù)合材料朝著環(huán)境協(xié)調(diào)化的方向發(fā)展。

未來(lái)的汽車(chē)與現(xiàn)在的汽車(chē)在很多方面不會(huì)有太大的區(qū)別，但設(shè)計(jì)思想會(huì)有很大不同。當(dāng)今社會(huì)，人們目光的角度以逐漸轉(zhuǎn)到人與自然的關(guān)系問(wèn)題上，環(huán)境與能源問(wèn)題成為世界上每個(gè)國(guó)家能否生存和發(fā)展的關(guān)鍵。

隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷提高以及各國(guó)環(huán)保法規(guī)的相繼出臺(tái)，綠色汽車(chē)已經(jīng)成為未來(lái)汽車(chē)發(fā)展的必然趨勢(shì)，因而如何使汽車(chē)滿(mǎn)足環(huán)境保護(hù)的要求，便提到了汽車(chē)廠(chǎng)商們的議事日程。而復(fù)合材料作為未來(lái)汽車(chē)材料發(fā)展的主流，必將在其中扮演非常重要的角色。汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展日新月異，復(fù)合材料的研究也是一日千里，各種新型的車(chē)型，新式的材料不斷地涌現(xiàn)?？梢灶A(yù)測(cè)在不久的將來(lái)，更高性能的復(fù)合材料將更大范圍地應(yīng)用在汽車(chē)領(lǐng)域中。

（轉(zhuǎn)載）