複合材料用增強體，在複合材料中起著增加強度、改善性能作用的重要組分。
基本介紹
- 中文名：複合材料用增強體
- 所屬學科：材料科學
- 定義：在複合材料中起著增加強度、改善性能作用的重要組分
解釋,分類,
解釋
例如，木材就是由纖維素增強木質素的天然複合材料，其中纖維素可稱為增強體；建房築牆用土坯，是以稻草為增強體摻入泥土中而成的常見人工複合材料。20世紀60年代以來，隨著高新技術的發展，對複合材料提出苛刻的服役條件要求，研製出一批先進複合材料，超越了常用複合材料的概念。發展出選擇增強體的原則理論，以及基體與增強體的設計思想，將兩種或多種材料結合，優勢互補。設計火箭、飛彈和超聲速飛機，採用複合材料作為部件，其理想的增強體要求具有高比強、高比模、耐高溫、抗化學腐蝕、耐輻照、抗熱震等性能。
分類
從此出現許多新的增強體，如碳（石墨）纖維及晶須、硼纖維、芳綸纖維、碳化矽晶須和纖維，以及氧化鋁陶瓷纖維和晶須等。種類 增強體按來源分，有天然和人造兩類；按形態分，有顆粒狀、薄片狀和纖維狀；按物質的結合鍵和物化特性分有以下三類。
①陶瓷類（無機）增強體。金屬或半金屬（如矽）與非金屬元素組成的化合物。其基本特點是原子靠化學鍵結合。化學鍵是決定陶瓷材料穩定性和強度的主要因素。按組成可分為氧化物系陶瓷，如A12O3、A12(SiO3)3、A12(ZrO3)3、(A12O3)(B2O5)2、K2TiO3等；非氧化物系陶瓷，如SiC、Si3N4、BN、TiN、WC、TiC、B4C、TiB2、ZrB2等。此外，還有玻璃微珠、纖維和晶須，以及硼纖維等無機物增強體。
②高聚物類增強體。高聚物又稱高分子化合物。天然高分子化合物有稻草、麻、竹、蠶絲中的纖維素、木質素等，合成高聚物有聚芳醯胺小球、聚芳酯纖維、聚苯雜環類纖維、超高分子量聚乙烯纖維和聚苯並眺唑纖維等。構成聚合物的組元是單體，基本靠共價鍵結合，不存在金屬中的那種自由電子，只能靠原子的振動傳遞熱能，故用作熱或電絕緣材料。聚合物鍵的一個特性是自身能排列成晶態結構，這種材料就有強度好、模量高和抗溶等特性。如單體具有環狀結構，合成剛性長鏈，上述性能就更好，更適於用作增強體。
③金屬類增強體。有金屬絲或非晶態金屬絲和帶。金屬具有高的韌性和密度，金屬原子是以金屬鍵緊密地相結合，在金屬中有一部分價電子脫離其“母”原子，在金屬內部自由運動，在電場作用下的定向運動產生了導電性，自由電子參與熱的傳遞，因而金屬具有很高的導熱性。性能 對比力學性能，碳纖維、石墨纖維、硼纖維和晶須比強度和比模量大大優於金屬絲，比模量遠大於玻璃纖維，稍高於有機纖維，但韌性遠低於有機纖維、金屬絲和玻璃纖維。聚苯並眺唑纖維是一種新型增強纖維，其比強度最高。
從熱學性能相比，碳和石墨纖維導熱性與金屬相近，熱膨脹係數遠遠小於所有增強體。電學性能以金屬絲最優，碳和石墨纖維次之，玻璃纖維和有機纖維為電絕緣體。曾有人將比強度大於6.5×106厘米、比模量高於6.5×108厘米的增強體稱為高級增強體。綜合各項性能，通過對比和選擇，最優的增強體是碳、石墨纖維和各種陶瓷類晶須。生產方法 有溶液紡絲法、熔融紡絲法、先驅絲轉化法、氣相沉積法和氣–液–固法（VLS法）。
