复合材料的应用和发展一、复合材料的应用1、聚合物基复合材料的应用2、金属基复合材料的应用3、陶瓷基复合材料的应用4、碳碳复合材料二、复合材料的发展1、复合材料的性能对比2、复合材料的发展趋势一、复合材料的应用1、聚合物基复合材料的应用2、金属基复合材料的应用3、陶瓷基复合材料的应用4、碳碳复合材料1、聚合物基复合材料的应用聚合物基复合材料已广泛地应用于石油化工、交通运输、建筑环保、文体用品以及国防军工等各个领域。近20年以来，先进复合材料（ACM）更是迅速发展，1989年ACM的需求量为1.3万吨（相当于39亿美元），2000年超过3.0万吨，2010年12万吨。目前全球复合材料产量约为820万吨1-1在航天领域的应用如导弹、火箭发动机壳体；卫星天线、支撑结构、太阳能电池底板、发射卫星整流罩、哈勃望远镜镜筒等均采用了聚合物基复合材料。美国航天飞机使用复合材料减轻结构重量1220公斤。包括压力容器、6.1米长的遥控器机械臂等，其中仅舱门就使用聚合物基复合材料1452kg。美、欧国家的卫星广泛使用聚合物基复合材料，使其结构重量不到总重量的10%。图14-1FRP在导弹火箭上的应用航空领域是使用聚合物基复合材料最早、最多的部门之一。聚合物基复合材料可使飞机显著轻量化，并显著提高飞机的性能，如隐身性能、降低噪音、可靠性提高等。特别是随着军用飞机的发展和性能改善，聚合物基复合材料的使用量也大幅度增加。例如F-14A、F-15战斗机使用了2%的B/EP；F-16使用了4.2%的C/EP；F-18使用聚合物基复合材料的量增加到12.1%；美国先进战术战斗机（ATF）则接近40%；估计美国B-2战略隐身轰炸机的使用量高达1822.5吨。西方先进军用飞机的结构材料的发展趋势和显著特点就是全复合材料化，并赋予隐身性能。我国的先进军用飞机的结构也大量采用了聚合物基复合材料。图14-2FRP在波音B-777上的应用1-3在石油化工领域的应用由于聚合物基复合材料具有耐酸、碱、油、有机溶剂等腐蚀的性能，因而可用作各种化工管道、阀门、泵、槽罐、塔釜等。1-4在交通运输领域的应用汽车工业是聚合物基复合材料应用最活跃的领域之一。可用做车身、驱动轴、操作杆、方向盘、客舱阁板、底盘、结构梁、发动机罩、散热器罩等部件。各种汽车外壳、摩托车外壳以及高速列车车厢厢体等也广泛采用了聚合物基复合材料。聚合物基复合材料大量用作运动和竞技用车。全复合材料自行车、汽车已经问世，引起了广泛注意。在船舶工业，由于聚合物基复合材料具有耐腐蚀、抗微生物附着等优点，因而它被普遍用来制造汽艇、游艇、救生艇、渔船等小型船舶。更因为聚合物基复合材料具有无磁、可透磁和声波、吸收振动等特点，因而最适合军用扫雷艇的制造。1-5在建筑领域的应用玻璃纤维复合材料已大量应用于建筑材料，如冷却塔、储水塔、卫生间的浴盆浴缸、桌椅门窗、安全帽以及玻璃钢暖房、临时建筑、活动房屋等。国内外已有多座玻璃纤维复合材料桥梁。1-6在文体用品领域的应用聚合物基复合材料由于具有高比强度和比刚度，因此文体用品也是其最大的应用市场之一。90年文体用碳纤维占世界碳纤维总产量的35%，达2240吨。仅欧洲用于文体用品的玻璃纤维年消耗量就达18000吨。聚合物基复合材料广泛地用于制造登山越野鞋、滑雪鞋、网球拍、羽毛球拍、高尔夫球棒、钓鱼杆、赛车赛艇、滑雪板、划桨、冰球拍、垒球棒、弓箭以及乐器等文体用品。1-7在其它领域的应用玻璃纤维复合材料具有良好的电绝缘性能，可用于制成各种开关装置、电缆输送管道、高频绝缘子、印刷电路板、雷达绝缘罩等。此外聚合物复合材料还用于医疗卫生领域，如制造医疗卫生器械、人造骨骼、关节等。2、金属基复合材料的应用与聚合物复合材料相比，金属基复合材料发展时间较短，只有30多年的历史，还处于蓬勃发展的阶段。由于金属基复合材料的成本较高，在80年代，仅限于在航空、航天领域的应用。随着各种新工艺的不断出现，促进了颗粒、晶须增强金属基复合材料的发展，使得复合材料的成本不断下降，使得金属基复合材料在汽车工业等民用领域得到使用，从而扩大了其应用范围，进而又促进了金属基复合材料的发展。连续纤维/金属基复合材料应用的最著名例子就是美国航天飞机主仓承力桁架、（原）苏联航天飞机“暴风雪号”级间连接环均使用了Bf/Al复合材料。美国航天飞机主仓承力桁架使用Bf/Al，减轻了结构重量145公斤。图14-3美国航天飞机Bf/Al主承力桁（heng）由于连续纤维/金属基复合材料目前成本较高，制备工艺复杂，因此限制了其应用范围仅在航空、航天等高技术和军用领域。而颗粒、晶须增强金属基复合材料相对成本低、工艺简单成熟，应用范围广、开发前景大。如在航空、航天领域SiCP/Al复合材料已用于卫星预埋件、火箭仪器仓