復合材料國內外發展概況

復合材料(Composite materials)，是以一種材料為基體(Matrix)，另一種材料為增強體(reinforcement)組合而成的材料。各種材料在性能上互相取長補短，產生協同效應，使復合材料的綜合性能優于原組成材料而滿足各種不同的要求。

復合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬絲和硬質細粒等。

　　復合材料使用的歷史可以追溯到古代。從古至今沿用的稻草增強粘土和已使用上百年的鋼筋混凝土均由兩種材料復合而成。20世紀40年代，因航空工業的需要，發展了玻璃纖維增強塑料（俗稱玻璃鋼），從此出現了復合材料這一名稱。50年代以后，陸續發展了碳纖維、石墨纖維和硼纖維等高強度和高模量纖維。70年代出現了芳綸纖維和碳化硅纖維。這些高強度、高模量纖維能與合成樹脂、碳、石墨、陶瓷、橡膠等非金屬基體或鋁、鎂、鈦等金屬基體復合，構成各具特色的復合材料。

復合材料根據基體種類可分為樹脂基復合材料、金屬基復合材料、陶瓷基復合材料、水泥基復合材料等。

樹脂基復合材料是最先開發和產業化推廣的，因此應用面最廣、產業化程度最高。在建筑方面，樹脂基復合材料已廣泛應用于內外墻板、透明瓦、冷卻塔、空調罩、風機、玻璃鋼水箱、衛生潔具、凈化槽等。

21世紀高性能樹脂基復合材料技術是賦予復合材料自修復性、自分解性、自診斷性、自制功能等為一體的智能化材料。以開發高剛度、高強度。高濕熱環境下使用的復合材料為重點，構筑材料、成型加工、設計、檢查一體化的材料系統。

金屬基復合材料主要是隨航空航天工業上高強度、低密度的要求而出現的，因此被廣泛研究和應用的金屬基復合材料是以Al、Mg等輕金屬為基體的復合材料。

陶瓷基復合材料(CMC)包括顆粒、晶須、短或連續纖維增強復合材料。陶瓷基復合材料的潛在應用區域廣泛，包括宇航、國防、能源、汽車工業、環保、生物、化學工業等，在未來的國際競爭中將起關鍵的作用。

陶瓷基復合材料的開發一直吸引著技術發達國家投入巨資進行研究。目前，對陶瓷基復合材料的研究，美國和西歐各國側重于航空和軍事應用，日本則力求把它應用在工業上。

國內從20世紀90年代初開始進行纖維增強玻璃基復合材料的研究，包括C纖維增強微晶玻璃Cf/LAS、碳化硅纖維增強微晶玻璃SiCf/LAS、SiCf/LCAS，研究內容包括工藝、組成、顯微結構、界面結構、力學性能和熱處理等方面。

水泥基復合材料包括顆粒型復合材料(如混凝土)和纖維增強水泥基復合材料(如纖維混凝土)。1980年高性能纖維增強水泥基復合材料誕生。混凝土基體的組成不斷優化，已由普通水泥基向環保水泥基聚合物(Geopolymer)、聚合物水泥基發展，MDF水泥基、DSP水泥基材料屬超高性能水泥基材料，在此基礎上又出現了性能與工藝優化的RPC水泥基；增強水泥基的纖維品種也越來越多。金屬纖維(主要是鋼纖維)已有各種尺度與各種形狀(平直型、端勾形、波浪形、質鈴形、啞鈴形)的鋼纖維；無機纖維有天然有機纖維(木纖維、竹纖維、劍麻纖等)以及不同尺度與不同性質的混雜纖維。20世紀90年代又發展了新型高性能FRP筋材。基體性能的優化和纖維品種的增多大大促進了水泥基復合材料的發展，應用領域也越來越寬。以鋼纖維增強水泥基復合材料為例，普通鋼纖維混凝土(SFRC)已是水泥基復合材料中研究最多、應用最廣的一種，它廣泛用干各種重大和重要工程中，高性能纖維增強水泥基復合材料中，典型的有漬漿結維混凝土(SIFCON)、漬漿網片混凝土(SIMCON)，它們的力學行為均按數量級增長，在軍事工程上發揮了特殊的優勢。特別是繼MDF和DSP材料之后，又出現了活性粉末混凝土RPC材料。國際上的RPC材料有兩大系列，一是RPC200，二是RPC800，RPC800的性能已能與金屬材料媲美，與高分子材料抗衡了，但其生產工藝復雜，能耗高，難以向工程化和產業化轉換，相比之下RPC200則顯示出更美好的發展前景。加拿大Sherbrooke采用RPC200建造了世界上第一座RPC步行橋(Walk Bridge)，該橋不僅強度高、耐久性好，而且水泥用量降低40%，結構自重減少1/2～2/3，且制備工藝簡單，有自流平特征，能耗下降，這一超高性能水泥基復合材料己引起世界各國的高度重視，且不斷在工程中拓寬應用。RPC材料雖出現在SIFCON和SIM－CON之后，但其發展速度卻有過之而無不及。

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