復(fù)合材料制備歡迎參加復(fù)合材料制備課程！本課程將系統(tǒng)介紹復(fù)合材料的基本概念、分類(lèi)、制備方法及性能表征等核心內(nèi)容。通過(guò)本課程學(xué)習(xí)，您將掌握從材料選擇到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從工藝參數(shù)控制到性能測(cè)試的全流程知識(shí)，為未來(lái)在航空航天、汽車(chē)、建筑等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。復(fù)合材料作為21世紀(jì)重要的先進(jìn)材料，正在各行各業(yè)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。讓我們一起探索這個(gè)充滿創(chuàng)新與挑戰(zhàn)的領(lǐng)域！復(fù)合材料定義及分類(lèi)基本定義復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過(guò)物理或化學(xué)方法復(fù)合而成的多相材料。各組分在宏觀上仍保持各自的物理和化學(xué)特性，但能產(chǎn)生單一材料不具備的性能。按組分分類(lèi)按基體材料：聚合物基、金屬基、陶瓷基按增強(qiáng)體：纖維增強(qiáng)、粒子增強(qiáng)、晶須增強(qiáng)按結(jié)構(gòu)分類(lèi)層狀復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料顆粒分散型復(fù)合材料纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料復(fù)合材料的發(fā)展歷程1古代復(fù)合材料公元前3000年，古埃及人將泥土與稻草混合制成堅(jiān)固的磚塊，這被認(rèn)為是最早的復(fù)合材料應(yīng)用。中國(guó)古代的竹簡(jiǎn)、膠漆器物也是早期復(fù)合材料的典型案例。2現(xiàn)代復(fù)合材料起步1930年代，第一代玻璃纖維增強(qiáng)塑料（GFRP）問(wèn)世，標(biāo)志著現(xiàn)代復(fù)合材料的誕生。1940年代，航空工業(yè)開(kāi)始大量應(yīng)用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件。3高性能時(shí)代1960年代，碳纖維和芳綸纖維的發(fā)明帶來(lái)高性能復(fù)合材料時(shí)代。1980年代后，復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于航空航天、體育用品等高端領(lǐng)域。4智能與納米復(fù)合材料21世紀(jì)以來(lái)，納米技術(shù)的融入和智能復(fù)合材料的發(fā)展，開(kāi)創(chuàng)了功能化、輕量化、多功能一體化的新時(shí)代，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。復(fù)合材料的主要特點(diǎn)高比強(qiáng)度與高比模量復(fù)合材料具有優(yōu)異的強(qiáng)度/重量比和剛度/重量比，使其在航空航天等輕量化要求高的領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢(shì)。碳纖維復(fù)合材料的比強(qiáng)度可達(dá)金屬鋁的5-8倍。可設(shè)計(jì)性通過(guò)調(diào)整組分比例、界面結(jié)構(gòu)、纖維排列方向等，可以實(shí)現(xiàn)各向異性設(shè)計(jì)，針對(duì)不同方向的力學(xué)需求進(jìn)行優(yōu)化，滿足特定應(yīng)用場(chǎng)景的要求。功能多樣性可以同時(shí)具備導(dǎo)電/絕緣、磁性、光學(xué)、熱學(xué)等多種功能，甚至可實(shí)現(xiàn)智能響應(yīng)功能，如形狀記憶、自修復(fù)等高級(jí)特性，大大拓展了應(yīng)用可能性。復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀航空航天汽車(chē)工業(yè)風(fēng)力發(fā)電建筑工程船舶海洋其他全球復(fù)合材料市場(chǎng)規(guī)模正以每年約7%的速度增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2025年將達(dá)到1300億美元。中國(guó)已成為全球最大的復(fù)合材料生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，年產(chǎn)量超過(guò)400萬(wàn)噸。航空航天與汽車(chē)工業(yè)是復(fù)合材料應(yīng)用最廣泛的兩大領(lǐng)域，共占據(jù)市場(chǎng)份額的50%。隨著"雙碳"戰(zhàn)略推進(jìn)，風(fēng)電葉片等清潔能源領(lǐng)域的應(yīng)用比例正快速提升。高端體育用品、醫(yī)療器械等新興領(lǐng)域也展現(xiàn)出強(qiáng)勁增長(zhǎng)勢(shì)頭。復(fù)合材料制備的總體流程材料選擇根據(jù)應(yīng)用需求選擇適當(dāng)?shù)幕w材料和增強(qiáng)體，包括聚合物、金屬或陶瓷基體，以及各類(lèi)纖維、粒子或晶須增強(qiáng)體。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定增強(qiáng)體排列方式、體積分?jǐn)?shù)、界面處理等關(guān)鍵參數(shù)，建立材料結(jié)構(gòu)模型與性能預(yù)測(cè)。制備工藝選擇合適的制備方法，如手糊法、RTM、熱壓罐等，控制溫度、壓力等工藝參數(shù)。性能表征通過(guò)力學(xué)性能測(cè)試、微觀結(jié)構(gòu)分析、功能性能評(píng)價(jià)等方法對(duì)制備的復(fù)合材料進(jìn)行全面表征。組分一：增強(qiáng)體類(lèi)型增強(qiáng)體是復(fù)合材料中承擔(dān)主要載荷的組分，根據(jù)形態(tài)可分為纖維、粒子和晶須三大類(lèi)。纖維類(lèi)增強(qiáng)體包括玻璃纖維（E玻璃、S玻璃等）、碳纖維（高強(qiáng)型、高模型）、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等。粒子類(lèi)增強(qiáng)體包括SiC、Al?O?、TiC等陶瓷顆粒，主要用于增強(qiáng)金屬或陶瓷基體。晶須增強(qiáng)體如SiC晶須、Si?N?晶須等，具有較高的長(zhǎng)徑比和較少的缺陷，可顯著提高基體材料的力學(xué)性能。不同增強(qiáng)體的選擇取決于成本、性能要求和制備工藝的兼容性。高性能碳纖維價(jià)格昂貴但性能卓越，適用于航空航天等高端領(lǐng)域；而玻璃纖維成本低廉，廣泛應(yīng)用于普通工業(yè)和民用產(chǎn)品。組分二：基體材料類(lèi)型聚合物基體分為熱固性（環(huán)氧、酚醛、不飽和聚酯等）和熱塑性（PEEK、PA、PP等）兩大類(lèi)。熱固性基體固化后不可熔融，熱穩(wěn)定性好；熱塑性基體可重復(fù)熔融成型，加工周期短。環(huán)氧樹(shù)脂因其優(yōu)異的力學(xué)性能和粘接性能，是航空航天領(lǐng)域最常用的基體材料。金屬基體常見(jiàn)的有鋁、鎂、鈦及其合金等。金屬基復(fù)合材料具有優(yōu)良的導(dǎo)電導(dǎo)熱性、塑性和韌性，工作溫度高于聚合物基復(fù)合材料。鋁基復(fù)合材料因其密度低、成本適中，在汽車(chē)、航空領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。陶瓷基體主要包括氧化物（Al?O?、ZrO?）和非氧化物（SiC、Si?N?）陶瓷。陶瓷基復(fù)合材料繼承了陶瓷高硬度、耐高溫、抗氧化等特點(diǎn)，同時(shí)克服了陶瓷材料脆性大的缺點(diǎn)，主要應(yīng)用于超高溫環(huán)境的結(jié)構(gòu)件。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則界面調(diào)控原則界面是決定復(fù)合材料性能的關(guān)鍵，需通過(guò)界面處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)體與基體間的良好結(jié)合，同時(shí)保持適當(dāng)?shù)慕缑鎻?qiáng)度體積分?jǐn)?shù)優(yōu)化增強(qiáng)體體積分?jǐn)?shù)需在強(qiáng)度提升與可加工性間平衡，典型纖維體積分?jǐn)?shù)為40%-70%取向設(shè)計(jì)原則根據(jù)實(shí)際受力情況設(shè)計(jì)纖維取向，在主要承載方向提供最高強(qiáng)度多尺度結(jié)構(gòu)原則綜合考慮宏觀、微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)性能最大化界面工程表面清潔與活化溶劑清洗、等離子體處理去除增強(qiáng)體表面雜質(zhì)偶聯(lián)劑處理硅烷偶聯(lián)劑改性玻璃纖維，提高與環(huán)氧樹(shù)脂相容性涂覆功能層在碳纖維表面涂覆納米層增強(qiáng)界面結(jié)合力界面工程是復(fù)合材料制備的核心技術(shù)之一。良好的界面結(jié)合能實(shí)現(xiàn)應(yīng)力有效傳遞，提高材料整體性能；而特殊功能界面設(shè)計(jì)還可以賦予材料阻燃、導(dǎo)電等特性。研究表明，通過(guò)界面工程優(yōu)化，復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度可提高30%-50%，大大改善其力學(xué)性能。纖維排列方式設(shè)計(jì)單向排列所有纖維平行排列在一個(gè)方向，在纖維方向具有最大強(qiáng)度和剛度。典型應(yīng)用于受單一方向載荷的結(jié)構(gòu)，如橋梁纜索、壓力容器。單向復(fù)合材料在纖維方向的強(qiáng)度可達(dá)到垂直方向的10-20倍。編織織物纖維按照特定編織方式（平紋、緞紋、斜紋等）交織成布，提供多方向力學(xué)性能。廣泛應(yīng)用于航空航天蒙皮、船體等平面結(jié)構(gòu)件。編織結(jié)構(gòu)可有效降低層間剝離傾向。短切纖維與氈短纖維隨機(jī)分布形成氈層，力學(xué)性能各向同性但低于連續(xù)纖維。成本低廉，易于大規(guī)模生產(chǎn)，適用于非關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件，如汽車(chē)內(nèi)飾件、浴缸等。三維編織結(jié)構(gòu)纖維在三維空間排列，顯著提高層間性能和抗沖擊性能。適用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等復(fù)雜三維受力結(jié)構(gòu)，但制備工藝復(fù)雜，成本較高。多相、多尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)納米尺度納米粒子、碳納米管增強(qiáng)界面微觀尺度纖維與基體界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)介觀尺度纖維束排列與層間結(jié)構(gòu)宏觀尺度整體構(gòu)件形狀與鋪層順序多相、多尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是現(xiàn)代復(fù)合材料研究的前沿方向。通過(guò)在不同尺度引入功能組分，可以實(shí)現(xiàn)性能的協(xié)同提升。例如，在環(huán)氧樹(shù)脂中引入納米氧化石墨烯可提高導(dǎo)熱性，同時(shí)通過(guò)碳纖維提供主要承載能力，形成納米-微米-宏觀的多尺度增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)典案例包括碳纖維/石墨烯/環(huán)氧三相復(fù)合材料，其斷裂韌性比傳統(tǒng)碳纖維復(fù)合材料提高了65%，同時(shí)導(dǎo)熱性能提升了45%，在航空航天結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大應(yīng)用潛力。復(fù)合材料制備方法總覽液相法手糊法、RTM、VARI等通過(guò)液態(tài)樹(shù)脂浸漬增強(qiáng)體，固化成型固相法熱壓成型、粉末冶金等高溫高壓下使固態(tài)粉末或預(yù)浸料成型氣相法CVD、PVD等氣態(tài)前驅(qū)體沉積形成涂層或基體熔融法注射成型、擠出法等熔融基體與增強(qiáng)體混合成型增材制造3D打印、選區(qū)激光燒結(jié)等逐層構(gòu)建復(fù)雜形狀復(fù)合結(jié)構(gòu)手糊法/模壓法制備手糊法工藝步驟手糊法是最簡(jiǎn)單的復(fù)合材料制備方法之一，投資成本低，設(shè)備簡(jiǎn)單，適合小批量生產(chǎn)和大型構(gòu)件制備。工藝步驟包括：模具準(zhǔn)備與脫模劑涂布、鋪放增強(qiáng)材料、樹(shù)脂浸漬、輥壓排氣和室溫固化。模壓法原理模壓法是在閉合模具中，在一定壓力和溫度下使預(yù)浸料或模壓料硬化成型的方法。包括SMC（片狀模塑料）和BMC（團(tuán)狀模塑料）兩種主要工藝，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)配件、電器外殼等產(chǎn)品生產(chǎn)。優(yōu)缺點(diǎn)分析手糊法設(shè)備投資少，但質(zhì)量依賴工人技術(shù)水平，產(chǎn)品重量及性能波動(dòng)大；模壓法自動(dòng)化程度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，但模具成本高，適合大批量生產(chǎn)。兩種方法的揮發(fā)性有機(jī)物排放較多，環(huán)保性較差。纏繞成型工藝工藝原理纏繞成型是將連續(xù)纖維浸漬樹(shù)脂后，按照預(yù)定的模式纏繞到旋轉(zhuǎn)的芯模上，然后固化脫模的制備方法。根據(jù)纏繞方式可分為環(huán)向纏繞、螺旋纏繞和極向纏繞等。環(huán)向纏繞：纖維幾乎垂直于芯模軸線螺旋纏繞：纖維以一定角度纏繞極向纏繞：纖維幾乎平行于芯模軸線工藝參數(shù)控制關(guān)鍵工藝參數(shù)包括：纏繞張力、纏繞角度、樹(shù)脂含量和固化溫度等。纏繞角度直接影響產(chǎn)品的力學(xué)性能，一般環(huán)向纏繞具有最高的環(huán)向強(qiáng)度，而±45°的螺旋纏繞提供最佳的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。典型應(yīng)用該工藝最適合制備軸對(duì)稱(chēng)構(gòu)件，如壓力容器、管道、儲(chǔ)罐和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體等。我國(guó)已成功研制出φ3m以上的大型纏繞設(shè)備，可滿足火箭固體發(fā)動(dòng)機(jī)殼體等高端產(chǎn)品的制造需求。拉擠成型方法工藝設(shè)備拉擠成型是一種連續(xù)生產(chǎn)恒截面復(fù)合材料型材的工藝。主要設(shè)備包括纖維架、樹(shù)脂浸漬槽、預(yù)成型模具、加熱固化模具、牽引裝置和切割裝置?，F(xiàn)代拉擠生產(chǎn)線可實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化，生產(chǎn)效率高。工藝流程連續(xù)纖維首先從纖維架引出，經(jīng)過(guò)樹(shù)脂浸漬槽浸漬樹(shù)脂，然后通過(guò)預(yù)成型模具將纖維排列成所需形狀，進(jìn)入加熱模具中在120-160℃溫度下固化，最后由牽引裝置連續(xù)牽引并切割成型。整個(gè)過(guò)程連續(xù)進(jìn)行，生產(chǎn)效率高。應(yīng)用與特點(diǎn)拉擠成型的產(chǎn)品纖維含量高（體積分?jǐn)?shù)可達(dá)70%），纖維排列整齊，力學(xué)性能優(yōu)異且一致性好。主要用于生產(chǎn)各種型材，如工字梁、角鋼、管材等，廣泛應(yīng)用于電力、建筑、交通等領(lǐng)域的支撐結(jié)構(gòu)、欄桿、梯子等產(chǎn)品。纖維鋪層與樹(shù)脂傳遞模塑（RTM）增強(qiáng)材料鋪放在下模具上按設(shè)計(jì)要求鋪放干燥的纖維預(yù)成型體模具閉合上下模具閉合并密封，形成注射腔體樹(shù)脂注入低粘度樹(shù)脂在壓力作用下注入模具，浸潤(rùn)纖維固化成型樹(shù)脂在一定溫度下固化硬化，形成復(fù)合材料構(gòu)件脫模開(kāi)模取出成型件，進(jìn)行后處理RTM工藝具有產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、纖維含量高（40%-60%）、雙面光滑、尺寸精度高等優(yōu)點(diǎn)，特別適合中等批量生產(chǎn)中等尺寸的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件。目前在汽車(chē)輕量化領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，如B柱、車(chē)頂、底盤(pán)等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件。真空輔助樹(shù)脂注入（VARI）工藝步驟技術(shù)要點(diǎn)控制參數(shù)干纖維鋪層按設(shè)計(jì)順序鋪放織物/單向帶鋪層角度、層數(shù)輔助材料鋪設(shè)鋪設(shè)脫模布、導(dǎo)流網(wǎng)等材料選擇、位置設(shè)計(jì)真空袋密封用真空袋覆蓋并密封邊緣密封膠條、真空度抽真空通過(guò)真空泵抽除空氣真空度>0.09MPa樹(shù)脂注入低粘度樹(shù)脂在大氣壓力下注入樹(shù)脂溫度、注入速率固化在室溫或升溫條件下固化溫度曲線、時(shí)間VARI工藝是RTM的改進(jìn)版本，利用真空壓力差代替注射壓力，設(shè)備投資小，適合制造大型構(gòu)件，如風(fēng)力發(fā)電葉片（長(zhǎng)度可達(dá)70m以上）、游艇船體、建筑板材等。但成型周期較長(zhǎng)，生產(chǎn)效率相對(duì)較低。熱壓罐成型熱壓罐設(shè)備熱壓罐是一種能提供高溫、高壓環(huán)境的密閉容器，通常內(nèi)徑為2-6米，長(zhǎng)度5-15米。具備精確的溫度控制系統(tǒng)（最高可達(dá)400℃）、壓力控制系統(tǒng)（0.6-2.0MPa）和真空系統(tǒng)。高端熱壓罐設(shè)備投資巨大，單臺(tái)設(shè)備造價(jià)可達(dá)數(shù)千萬(wàn)元。預(yù)浸料鋪層熱壓罐成型通常使用預(yù)浸料（預(yù)先浸漬樹(shù)脂的纖維材料），按照設(shè)計(jì)要求在模具上手工或自動(dòng)鋪層。鋪層后需進(jìn)行真空袋封裝，包括鋪設(shè)脫模布、透氣布、隔離膜、吸氣氈和真空袋等輔助材料，最后密封并抽真空。應(yīng)用領(lǐng)域熱壓罐成型的復(fù)合材料具有最高的力學(xué)性能和最低的孔隙率（<1%），主要用于制造航空航天高性能結(jié)構(gòu)件，如飛機(jī)機(jī)翼蒙皮、垂尾、方向舵等關(guān)鍵承力構(gòu)件。我國(guó)C919客機(jī)的復(fù)合材料用量達(dá)到機(jī)體結(jié)構(gòu)重量的12%，均采用熱壓罐工藝制造。注射成型與擠出成型注射成型工藝注射成型主要用于短纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂復(fù)合材料的制備。工藝流程包括：材料干燥、加熱塑化、注射填充、保壓冷卻和脫模。主要優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)效率高、自動(dòng)化程度高、產(chǎn)品尺寸精度好，特別適合大批量生產(chǎn)形狀復(fù)雜的小型部件。典型應(yīng)用包括汽車(chē)儀表板、門(mén)板、電子設(shè)備外殼等。擠出成型工藝擠出成型是將熱塑性樹(shù)脂與短切纖維混合，通過(guò)螺桿擠出機(jī)連續(xù)擠出成型的工藝。分為單螺桿和雙螺桿兩種，后者混合效果更好。該工藝主要用于生產(chǎn)連續(xù)截面產(chǎn)品，如管材、型材、薄膜等。產(chǎn)品的纖維含量一般不超過(guò)30%，力學(xué)性能低于長(zhǎng)纖維復(fù)合材料，但生產(chǎn)效率高，成本低。兩種工藝的共同特點(diǎn)是適用于熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料，可回收再利用，符合綠色制造理念。近年來(lái)，注射成型向著大型化、輕量化、高強(qiáng)度方向發(fā)展，如長(zhǎng)纖維增強(qiáng)注射成型技術(shù)（LFT-D）已成功應(yīng)用于汽車(chē)保險(xiǎn)杠等結(jié)構(gòu)件的制造。粉末冶金法制備粉末制備通過(guò)霧化、機(jī)械合金化等方法制備金屬基體粉末（如鋁、鈦、銅等），并與增強(qiáng)體粉末（如SiC、Al?O?顆?；蚓ы殻┗旌匣旌暇鶆蚧褂们蚰C(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)體在基體中的均勻分散，控制混合時(shí)間和轉(zhuǎn)速以避免增強(qiáng)體破損壓制成型在100-800MPa壓力下將混合粉末壓制成所需形狀，形成具有一定強(qiáng)度的生坯燒結(jié)致密化在保護(hù)氣氛下，在接近金屬熔點(diǎn)的溫度（通常為熔點(diǎn)的0.7-0.9倍）進(jìn)行燒結(jié)，使顆粒間形成冶金結(jié)合粉末冶金法是制備金屬基復(fù)合材料的主要方法之一，尤其適合制備顆粒增強(qiáng)型復(fù)合材料。該方法可實(shí)現(xiàn)近凈成形，減少機(jī)械加工，材料利用率高，但密度較難達(dá)到理論值，常需二次加工如熱等靜壓（HIP）進(jìn)一步致密化。溶膠-凝膠法溶膠制備前驅(qū)體在溶劑中水解形成膠體溶膠轉(zhuǎn)化為凝膠膠體粒子連接形成三維網(wǎng)絡(luò)干燥溶劑脫除形成多孔氣凝膠/干凝膠熱處理高溫?zé)Y(jié)得到致密陶瓷材料溶膠-凝膠法是一種重要的液相合成技術(shù)，在陶瓷基復(fù)合材料制備中應(yīng)用廣泛。該方法通常使用金屬醇鹽（如四乙氧基硅烷T(mén)EOS）、金屬鹽等作為前驅(qū)體，通過(guò)水解、縮聚等反應(yīng)形成具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠。溶膠-凝膠法的主要優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)溫度低、可在分子水平實(shí)現(xiàn)均勻混合、可制備高純度材料，并且能夠?qū)崿F(xiàn)纖維的均勻包覆。典型應(yīng)用包括制備SiO?、ZrO?、Al?O?等陶瓷基復(fù)合材料和功能涂層。近年來(lái)，通過(guò)溶膠-凝膠法制備的氣凝膠復(fù)合材料因其超低熱導(dǎo)率和優(yōu)異的隔熱性能，在航天器隔熱系統(tǒng)中得到應(yīng)用。氣相沉積技術(shù)（CVD、PVD）化學(xué)氣相沉積（CVD）CVD是在高溫（800-1200℃）條件下，通過(guò)氣相前驅(qū)體在基材表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成沉積物的技術(shù)。如使用CH?和H?混合氣體在碳纖維表面沉積熱解碳形成C/C復(fù)合材料。優(yōu)點(diǎn)：沉積層致密，結(jié)合力強(qiáng)缺點(diǎn)：溫度高，設(shè)備復(fù)雜物理氣相沉積（PVD）PVD是通過(guò)物理方法（如蒸發(fā)、濺射）使材料從源轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀?，然后在基材表面沉積成膜的技術(shù)。工作溫度較低（200-500℃），適合熱敏感材料的處理。優(yōu)點(diǎn)：溫度低，污染少缺點(diǎn)：沉積速率低，膜層附著力較弱應(yīng)用領(lǐng)域氣相沉積技術(shù)在復(fù)合材料領(lǐng)域主要用于：碳纖維表面涂層處理，提高與基體結(jié)合力制備特種功能涂層，如耐磨、耐熱、抗氧化涂層陶瓷基復(fù)合材料的基體制備，如SiC基體C/C復(fù)合材料的致密化處理自蔓延高溫合成法（SHS）基本原理自蔓延高溫合成法（SHS）利用放熱反應(yīng)的自持傳播特性，在局部點(diǎn)燃后無(wú)需外部熱源即可完成整個(gè)樣品的合成過(guò)程。反應(yīng)溫度通常高達(dá)1500-3000℃，反應(yīng)速率快（通常為0.1-15cm/s），能量消耗低。典型反應(yīng)體系常見(jiàn)的SHS反應(yīng)體系包括：Ti+C→TiC，Ti+B→TiB?，Ni+Al→NiAl，Ti+2B+Al→TiB?+Al等。這些反應(yīng)通常放熱量大，產(chǎn)物熔點(diǎn)高，適合SHS工藝。為控制反應(yīng)過(guò)程，可添加稀釋劑調(diào)節(jié)反應(yīng)熱，或施加壓力提高產(chǎn)物致密度。應(yīng)用領(lǐng)域SHS法廣泛用于制備難熔化合物（如碳化物、硼化物、氮化物）和金屬間化合物。在復(fù)合材料領(lǐng)域，主要用于制備陶瓷基復(fù)合材料、原位合成金屬基復(fù)合材料以及功能梯度材料。如TiC+Fe原位合成的鋼基耐磨復(fù)合材料，已在礦山機(jī)械耐磨部件上獲得應(yīng)用。反應(yīng)浸滲法預(yù)制體準(zhǔn)備制備具有一定孔隙率的多孔預(yù)制體，如碳纖維預(yù)成型體、SiC纖維預(yù)成型體或多孔碳材料等。預(yù)制體的孔隙率通?？刂圃?0%-50%，以便液態(tài)金屬或其他反應(yīng)物充分浸滲。浸滲過(guò)程將預(yù)制體浸入熔融金屬（如鋁、鎂、硅等）或其他反應(yīng)性液體中，在一定溫度和壓力下，液體滲入預(yù)制體孔隙。根據(jù)是否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可分為反應(yīng)浸滲和非反應(yīng)浸滲兩類(lèi)。反應(yīng)與凝固在反應(yīng)浸滲過(guò)程中，浸滲金屬與預(yù)制體可能發(fā)生反應(yīng)生成新相。如熔融硅浸滲多孔碳預(yù)制體，生成SiC相，形成具有高強(qiáng)度、高硬度的復(fù)合材料。最后，體系冷卻凝固，得到致密的復(fù)合材料。反應(yīng)浸滲法是一種高效、低成本的制備復(fù)合材料的方法，能夠在相對(duì)較低的溫度下獲得近致密的復(fù)合材料。典型應(yīng)用包括C/C-SiC復(fù)合材料（用于航天器熱防護(hù)系統(tǒng)和高性能剎車(chē)片）、TiC-Fe復(fù)合材料（用于耐磨部件）等。3D打印技術(shù)在復(fù)合材料制備中的應(yīng)用熔融沉積成型（FDM）使用短纖維（如碳纖維、玻璃纖維）增強(qiáng)熱塑性聚合物（如尼龍、ABS）作為原料，熔融擠出成型。典型應(yīng)用包括航空航天工具和汽車(chē)原型零件。纖維含量通常為15%-30%，能顯著提高打印件的強(qiáng)度和剛度。光固化成型（SLA）在光敏樹(shù)脂中分散納米粒子或短纖維，通過(guò)紫外光或激光選擇性固化?？芍苽涓呔?、復(fù)雜形狀的復(fù)合材料部件，如定制化醫(yī)療器械和電子零部件。主要挑戰(zhàn)是增強(qiáng)體易沉降，影響打印穩(wěn)定性。選區(qū)激光燒結(jié)（SLS）使用激光選擇性熔融粉末狀材料，可處理多種復(fù)合粉末，如玻璃纖維/尼龍、碳纖維/PEEK等。適合制造高性能功能部件，如定制化假肢和高溫應(yīng)用零件。分辨率通常為0.1mm左右。連續(xù)纖維3D打印是近年來(lái)的重要突破，通過(guò)在打印過(guò)程中引入連續(xù)纖維，大幅提高了打印件的力學(xué)性能。如連續(xù)碳纖維增強(qiáng)尼龍的打印件，其比強(qiáng)度可與航空鋁合金相媲美，拓展了3D打印復(fù)合材料的應(yīng)用范圍。復(fù)合材料的工藝參數(shù)與控制溫度控制影響樹(shù)脂固化、流動(dòng)性和最終性能壓力控制影響材料致密度、孔隙率和界面結(jié)合時(shí)間控制影響固化程度和生產(chǎn)效率組分比例影響材料的整體性能平衡環(huán)境條件濕度、氧含量對(duì)質(zhì)量的影響工藝參數(shù)控制是復(fù)合材料制備的核心挑戰(zhàn)之一。不同工藝方法有不同的關(guān)鍵參數(shù)，如熱壓罐成型中的升溫速率、保溫時(shí)間和壓力應(yīng)用時(shí)機(jī)；RTM中的注射壓力、模具溫度和樹(shù)脂粘度；纏繞成型中的纏繞角度、纏繞張力和樹(shù)脂含量等。現(xiàn)代復(fù)合材料制造越來(lái)越依賴在線監(jiān)測(cè)和智能控制技術(shù)，如溫度傳感器陣列、壓力分布監(jiān)測(cè)、粘度在線測(cè)量和固化程度監(jiān)測(cè)等，以確保產(chǎn)品質(zhì)量的一致性和可重復(fù)性。溫度對(duì)制備過(guò)程的影響時(shí)間(分鐘)溫度(℃)粘度(Pa·s)固化度(%)溫度是影響復(fù)合材料制備最關(guān)鍵的工藝參數(shù)之一。對(duì)于熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料，溫度直接影響樹(shù)脂的流動(dòng)性（粘度）和固化反應(yīng)速率。溫度過(guò)低，樹(shù)脂流動(dòng)性差，難以充分浸潤(rùn)纖維；溫度過(guò)高，可能導(dǎo)致樹(shù)脂提前固化或分解。典型環(huán)氧樹(shù)脂的固化溫度曲線包括：①升溫階段（25℃→120℃，2-3℃/min）：降低樹(shù)脂粘度，促進(jìn)浸潤(rùn)；②固化階段（120℃→180℃）：主要交聯(lián)反應(yīng)發(fā)生；③保溫階段（180℃保持）：完成交聯(lián)；④冷卻階段：緩慢降溫避免熱應(yīng)力。對(duì)于熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料，需控制在熔融溫度以上進(jìn)行加工，如PEEK的加工溫度需達(dá)到370-400℃。金屬基和陶瓷基復(fù)合材料則需更高溫度，如鋁基復(fù)合材料的液態(tài)浸滲溫度需達(dá)到700-750℃。壓力及固化條件0.6-1.0MPa熱壓罐壓力航空級(jí)別復(fù)合材料的典型成型壓力120-180℃環(huán)氧樹(shù)脂固化溫度航空級(jí)別環(huán)氧樹(shù)脂的典型固化溫度范圍2-6小時(shí)固化時(shí)間高性能復(fù)合材料的典型固化周期<1%孔隙率熱壓罐成型高性能復(fù)合材料的孔隙率要求壓力在復(fù)合材料制備中的主要作用是：排除氣泡、提高纖維體積分?jǐn)?shù)、促進(jìn)樹(shù)脂流動(dòng)和增強(qiáng)界面結(jié)合。不同制備工藝的壓力范圍差異很大：手糊法僅依靠大氣壓和人工擠壓；RTM工藝的注射壓力為0.1-0.5MPa；熱壓罐工藝的壓力可達(dá)0.6-1.0MPa；而熱壓成型可達(dá)10-30MPa。固化條件包括固化溫度、固化時(shí)間和升溫/降溫速率，這些參數(shù)需要根據(jù)樹(shù)脂體系特性精確控制?？焖俟袒商岣呱a(chǎn)效率，但可能導(dǎo)致內(nèi)部應(yīng)力增大；而過(guò)慢固化則會(huì)延長(zhǎng)生產(chǎn)周期，增加成本。近年來(lái)，微波固化、電子束固化等新型固化技術(shù)的發(fā)展，可實(shí)現(xiàn)更快速、更均勻的固化過(guò)程。真空與環(huán)境控制真空袋封裝真空袋技術(shù)是復(fù)合材料制備中的重要輔助工藝，通過(guò)抽真空可有效去除層間氣泡和揮發(fā)物，提高材料致密度。標(biāo)準(zhǔn)真空袋封裝包括：脫模布→透氣布→隔離膜→吸氣氈→真空袋，各層材料需精確鋪放以確保均勻抽真空和樹(shù)脂流動(dòng)。潔凈環(huán)境高性能復(fù)合材料的制備往往需要嚴(yán)格的環(huán)境控制。航空航天級(jí)復(fù)合材料通常在10萬(wàn)級(jí)或更高等級(jí)的潔凈室內(nèi)進(jìn)行鋪層和裝袋操作，以防止灰塵和水分污染。溫濕度控制也很關(guān)鍵，一般要求溫度20±2℃，相對(duì)濕度40-60%。壓力-溫度耦合壓力和溫度在復(fù)合材料制備中存在復(fù)雜的相互影響。加壓時(shí)機(jī)對(duì)材料質(zhì)量至關(guān)重要：過(guò)早加壓可能阻礙樹(shù)脂流動(dòng)和氣泡排出；過(guò)晚加壓則可能導(dǎo)致樹(shù)脂粘度已增大，難以實(shí)現(xiàn)良好壓實(shí)。最佳加壓點(diǎn)通常是樹(shù)脂達(dá)到最低粘度但尚未開(kāi)始明顯固化的時(shí)刻。增強(qiáng)體體積分?jǐn)?shù)控制增強(qiáng)體體積分?jǐn)?shù)(%)抗拉強(qiáng)度(MPa)彎曲模量(GPa)層間剪切強(qiáng)度(MPa)增強(qiáng)體體積分?jǐn)?shù)是影響復(fù)合材料性能的關(guān)鍵因素。一般來(lái)說(shuō)，增強(qiáng)體體積分?jǐn)?shù)越高，材料的強(qiáng)度、剛度等力學(xué)性能越好，但層間剪切強(qiáng)度和斷裂韌性可能降低，且加工難度增加。不同制備工藝能實(shí)現(xiàn)的纖維體積分?jǐn)?shù)范圍有所不同：手糊法通常為20-35%，RTM為40-55%，熱壓罐成型可達(dá)55-65%，而拉擠工藝可達(dá)到65-75%?？刂评w維體積分?jǐn)?shù)的方法包括：①預(yù)成型體密度控制；②樹(shù)脂含量控制；③壓力和排氣控制。對(duì)于預(yù)浸料，其樹(shù)脂含量在制造時(shí)已確定（通常為30-45wt%）；而對(duì)于濕法工藝，需通過(guò)浸漬參數(shù)和壓實(shí)程度來(lái)控制最終纖維含量?；w與增強(qiáng)體分散性控制物理攪拌法通過(guò)機(jī)械攪拌實(shí)現(xiàn)初步分散2超聲波分散法利用超聲波能量打斷團(tuán)聚體3表面活性劑改性改善增強(qiáng)體與基體相容性原位合成法在基體內(nèi)直接生成納米增強(qiáng)體良好的分散性是復(fù)合材料性能優(yōu)化的基礎(chǔ)。對(duì)于粒子增強(qiáng)復(fù)合材料，尤其是納米復(fù)合材料，分散均勻性至關(guān)重要。如納米碳管、石墨烯等增強(qiáng)體因強(qiáng)烈的范德華力容易團(tuán)聚，嚴(yán)重影響材料性能。對(duì)于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，需重點(diǎn)關(guān)注纖維排列的均勻性和一致性。纖維間距不均可導(dǎo)致樹(shù)脂富集區(qū)，形成潛在的弱點(diǎn)。纖維波動(dòng)和偏離設(shè)計(jì)取向超過(guò)±5°會(huì)顯著降低力學(xué)性能。通過(guò)先進(jìn)的鋪絲技術(shù)和自動(dòng)鋪帶技術(shù)可提高纖維排布質(zhì)量，減少人為誤差。質(zhì)量檢測(cè)與缺陷預(yù)防孔隙與氣泡主要由樹(shù)脂揮發(fā)物或混入氣體形成，嚴(yán)重降低材料的層間強(qiáng)度和疲勞性能。預(yù)防措施：控制原材料質(zhì)量，優(yōu)化真空度和壓力曲線，合理設(shè)計(jì)排氣通道。檢測(cè)方法：超聲C掃描、CT斷層掃描。分層與裂紋常見(jiàn)于固化過(guò)程中的熱應(yīng)力引起或加工過(guò)程中的沖擊損傷。預(yù)防措施：優(yōu)化固化曲線，控制冷卻速率，改善工裝設(shè)計(jì)。檢測(cè)方法：超聲檢測(cè)、紅外熱像等。修復(fù)方法：低壓注膠、局部補(bǔ)強(qiáng)等。褶皺與波紋纖維在成型過(guò)程中偏離設(shè)計(jì)位置，造成局部變形。預(yù)防措施：鋪層過(guò)程中適當(dāng)張緊纖維，使用輔助工具固定位置，優(yōu)化模具設(shè)計(jì)。檢測(cè)方法：視覺(jué)檢查、激光掃描、X射線等。復(fù)合材料的質(zhì)量控制貫穿整個(gè)制造過(guò)程，包括原材料控制、過(guò)程控制和成品檢測(cè)。常見(jiàn)的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)包括介電分析（DEA）監(jiān)測(cè)固化度、壓力分布傳感器監(jiān)測(cè)壓實(shí)均勻性、熱電偶陣列監(jiān)測(cè)溫度分布等。成品無(wú)損檢測(cè)技術(shù)包括超聲檢測(cè)、X射線檢測(cè)、紅外熱像等，可實(shí)現(xiàn)缺陷的早期發(fā)現(xiàn)和精確定位。復(fù)合材料的力學(xué)性能表征測(cè)試項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)方法關(guān)鍵參數(shù)拉伸性能ASTMD3039拉伸強(qiáng)度、彈性模量、泊松比壓縮性能ASTMD695壓縮強(qiáng)度、壓縮模量彎曲性能ASTMD790彎曲強(qiáng)度、彎曲模量層間剪切ASTMD2344短梁剪切強(qiáng)度(ILSS)沖擊性能ASTMD7136沖擊損傷阻力、吸能能力面內(nèi)剪切ASTMD3518剪切強(qiáng)度、剪切模量力學(xué)性能是評(píng)價(jià)復(fù)合材料最基本也是最重要的指標(biāo)。由于復(fù)合材料的各向異性特點(diǎn)，需要在多個(gè)方向進(jìn)行測(cè)試以全面了解其性能。拉伸測(cè)試中，纖維方向(0°)的強(qiáng)度主要反映纖維性能，而垂直于纖維方向(90°)的強(qiáng)度則主要反映界面結(jié)合質(zhì)量和基體性能。復(fù)合材料的測(cè)試通常需要特殊夾具和加載方式，如壓縮測(cè)試需要防止試樣失穩(wěn)屈曲，常采用端部支撐或抗屈曲夾具；層間剪切測(cè)試采用短梁三點(diǎn)彎曲方法，使剪切破壞先于彎曲破壞發(fā)生。斷裂韌性與疲勞性能斷裂韌性測(cè)試復(fù)合材料的斷裂韌性是衡量材料抵抗裂紋擴(kuò)展能力的重要指標(biāo)。根據(jù)斷裂模式不同，主要包括：模式I（張開(kāi)型）：DCB試驗(yàn)（雙懸臂梁）模式II（滑移型）：ENF試驗(yàn)（端部缺口彎曲）混合模式：MMB試驗(yàn)（混合模式彎曲）碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料的典型斷裂韌性值：模式I為150-300J/m2，模式II為600-1200J/m2。疲勞性能測(cè)試復(fù)合材料在循環(huán)載荷下的性能退化是設(shè)計(jì)長(zhǎng)壽命結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵考量。疲勞測(cè)試通常包括：應(yīng)力壽命曲線（S-N曲線）測(cè)定疲勞裂紋擴(kuò)展速率測(cè)試殘余強(qiáng)度評(píng)估與金屬不同，復(fù)合材料疲勞損傷以漸進(jìn)累積形式發(fā)展，包括基體開(kāi)裂、纖維斷裂、界面脫粘和分層等多種機(jī)制共同作用。性能提升措施提高復(fù)合材料斷裂韌性和疲勞性能的常用方法：界面改性：適當(dāng)降低界面結(jié)合強(qiáng)度相間增韌：在層間加入增韌相如熱塑性顆粒納米增強(qiáng)：添加納米碳管、石墨烯等層壓結(jié)構(gòu)優(yōu)化：混合鋪層、交錯(cuò)鋪層等熱性能與耐熱性-2×10??/K碳纖維軸向CTE碳纖維軸向熱膨脹系數(shù)為負(fù)值150-250℃環(huán)氧樹(shù)脂Tg航空級(jí)環(huán)氧樹(shù)脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度340℃PEEK使用溫度熱塑性PEEK復(fù)合材料的最高使用溫度1600℃陶瓷基復(fù)合材料SiC/SiC復(fù)合材料的工作溫度熱性能是復(fù)合材料應(yīng)用的重要考量因素。熱膨脹系數(shù)（CTE）測(cè)試通常采用熱機(jī)械分析儀（TMA），用于評(píng)價(jià)材料在溫度變化下的尺寸穩(wěn)定性。由于碳纖維軸向CTE為負(fù)值，而樹(shù)脂CTE為正值，可通過(guò)鋪層設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)近零熱膨脹的復(fù)合材料，廣泛應(yīng)用于空間光學(xué)系統(tǒng)和精密儀器。耐熱性通常通過(guò)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）和熱變形溫度（HDT）來(lái)表征。高Tg復(fù)合材料通常采用高溫固化工藝，如175-180℃固化的航空環(huán)氧樹(shù)脂Tg可達(dá)190-210℃。對(duì)于更高溫應(yīng)用，聚酰亞胺基復(fù)合材料可在300℃長(zhǎng)期工作，而陶瓷基復(fù)合材料可在1000-1600℃環(huán)境中使用，是航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件的理想材料。電性能與磁性能導(dǎo)電復(fù)合材料碳纖維本身具有優(yōu)良的導(dǎo)電性（電阻率約15-18μΩ·m），碳纖維復(fù)合材料可實(shí)現(xiàn)可控的電導(dǎo)率（10?3-102S/m）。通過(guò)碳納米管、石墨烯等導(dǎo)電填料的添加，可進(jìn)一步提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性。主要應(yīng)用于電磁屏蔽、防靜電、避雷和加熱等領(lǐng)域。電磁屏蔽復(fù)合材料通過(guò)添加金屬粉末、碳基材料等導(dǎo)電填料，可制備電磁屏蔽復(fù)合材料。屏蔽效能可達(dá)30-80dB（取決于頻率和材料設(shè)計(jì)）。層間添加金屬網(wǎng)格或?qū)щ娡繉涌蛇M(jìn)一步提高屏蔽性能。廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備外殼、軍用裝備和特種通信設(shè)施。磁性復(fù)合材料通過(guò)在聚合物基體中添加鐵氧體、金屬磁粉或稀土永磁粉末，可制備軟磁或硬磁復(fù)合材料。與傳統(tǒng)金屬磁性材料相比，磁性復(fù)合材料具有重量輕、成型簡(jiǎn)便、電阻率高等優(yōu)點(diǎn)。典型應(yīng)用包括電機(jī)磁芯、傳感器元件和微波吸收材料等。吸聲、阻尼與隔熱性能吸聲復(fù)合材料通過(guò)多孔結(jié)構(gòu)和纖維排列設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)聲波能量的有效吸收。常用材料包括多孔纖維復(fù)合材料、蜂窩復(fù)合材料等。吸聲系數(shù)可達(dá)0.6-0.9（中高頻），廣泛應(yīng)用于建筑聲學(xué)處理、交通工具內(nèi)飾和隔音室等。阻抗管法和混響室法是測(cè)量吸聲性能的常用方法。阻尼復(fù)合材料通過(guò)層間加入阻尼層或在基體中添加阻尼顆粒，可提高復(fù)合材料的振動(dòng)阻尼性能。典型的阻尼比可從0.5%提高到5-10%，有效抑制共振和振動(dòng)傳遞。應(yīng)用于精密設(shè)備支架、航天器結(jié)構(gòu)和高速機(jī)械部件。自由振動(dòng)法和強(qiáng)迫振動(dòng)法是測(cè)量阻尼性能的主要方法。隔熱與防火材料低導(dǎo)熱系數(shù)的復(fù)合材料可用于隔熱應(yīng)用。氣凝膠復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)低至0.015-0.030W/(m·K)，是優(yōu)異的隔熱材料。添加阻燃劑（如氫氧化鎂、磷化合物）可提高復(fù)合材料的阻燃性能，滿足UL94V-0等阻燃等級(jí)要求。錐形量熱計(jì)是測(cè)定材料燃燒特性的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。微觀結(jié)構(gòu)表征微觀結(jié)構(gòu)表征是評(píng)價(jià)復(fù)合材料質(zhì)量和理解材料性能的基礎(chǔ)。光學(xué)顯微鏡（OM）適用于宏觀結(jié)構(gòu)觀察，可快速檢查纖維排列、孔隙和層間結(jié)構(gòu)，放大倍數(shù)通常為50-1000倍。掃描電子顯微鏡（SEM）提供更高分辨率和深度場(chǎng)，特別適合觀察斷口形貌和纖維/基體界面結(jié)合情況，分辨率可達(dá)幾納米。透射電子顯微鏡（TEM）可觀察納米尺度結(jié)構(gòu)，如界面反應(yīng)層、納米增強(qiáng)體分散狀態(tài)等，分辨率可達(dá)亞納米級(jí)別。原子力顯微鏡（AFM）可提供表面三維形貌和力學(xué)性能映射，適合研究界面結(jié)構(gòu)和納米增強(qiáng)復(fù)合材料。此外，能譜分析（EDS）、X射線光電子能譜（XPS）等表面分析技術(shù)可提供界面成分和化學(xué)鍵合信息；X射線斷層掃描（CT）可無(wú)損獲取材料內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)信息，是近年來(lái)復(fù)合材料表征的重要工具。無(wú)損檢測(cè)方法超聲檢測(cè)最常用的復(fù)合材料無(wú)損檢測(cè)方法，包括A掃描、B掃描和C掃描。超聲波在材料內(nèi)傳播遇到缺陷（如分層、孔隙）時(shí)產(chǎn)生反射，通過(guò)分析回波信號(hào)可確定缺陷位置和大小。水浸超聲C掃描可獲得整個(gè)構(gòu)件的缺陷分布圖，是航空復(fù)合材料的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法。X射線檢測(cè)傳統(tǒng)X射線透視適用于檢測(cè)密度變化明顯的缺陷，如外來(lái)物、纖維斷裂等。計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）技術(shù)可提供三維缺陷信息，分辨率可達(dá)微米級(jí)。相襯X射線技術(shù)對(duì)低密度差缺陷也有較高靈敏度。熱像檢測(cè)通過(guò)分析材料在熱激勵(lì)下的表面溫度場(chǎng)分布，可檢測(cè)內(nèi)部缺陷。主動(dòng)熱像法（如閃光熱像、鎖相熱像）可檢測(cè)較深的缺陷。該方法快速、無(wú)接觸，適合大面積掃描，在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中應(yīng)用廣泛。聲發(fā)射技術(shù)監(jiān)測(cè)材料在載荷作用下產(chǎn)生的瞬態(tài)彈性波，可實(shí)時(shí)反映材料內(nèi)部損傷的產(chǎn)生和擴(kuò)展過(guò)程。通過(guò)分析聲發(fā)射信號(hào)的特征（幅值、能量、頻率等），可區(qū)分不同類(lèi)型的損傷機(jī)制（基體開(kāi)裂、纖維斷裂等）。復(fù)合材料的分級(jí)與標(biāo)準(zhǔn)1材料規(guī)范定義材料基本要求、測(cè)試方法和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，如ASTMD3039（拉伸測(cè)試）、ASTMD695（壓縮測(cè)試）等設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)范，如MIL-HDBK-17（美軍復(fù)合材料手冊(cè)）、ECSS（歐洲航天標(biāo)準(zhǔn)）等工藝標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制備工藝和質(zhì)量控制的標(biāo)準(zhǔn)，如AMS（航空材料規(guī)范）、SACMA（先進(jìn)復(fù)合材料制造商協(xié)會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)等質(zhì)量分級(jí)根據(jù)材料性能和質(zhì)量水平對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行分級(jí)，如航空級(jí)（A級(jí)）、工業(yè)級(jí)（B級(jí)）、一般級(jí)（C級(jí)）等國(guó)際上主要的復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)體系包括美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn)、歐洲EN標(biāo)準(zhǔn)、日本JIS標(biāo)準(zhǔn)等。中國(guó)已建立GB/T系列國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和航空航天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?fù)合材料的要求差異很大，如航空航天領(lǐng)域要求高性能、高可靠性，注重結(jié)構(gòu)輕量化和疲勞性能；而汽車(chē)領(lǐng)域則更關(guān)注成本效益和批量生產(chǎn)能力。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域和性能要求，復(fù)合材料通常分為：航空航天級(jí)（孔隙率<1%，纖維體積分?jǐn)?shù)>55%）、工業(yè)級(jí)（孔隙率1-3%，纖維體積分?jǐn)?shù)40-55%）和普通級(jí)（孔隙率>3%，纖維體積分?jǐn)?shù)<40%）。纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料（FRP）碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）碳纖維具有超高比強(qiáng)度和比剛度，是高性能復(fù)合材料的首選增強(qiáng)體。典型的T300/環(huán)氧復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度可達(dá)1500MPa，彈性模量130GPa，而密度僅為1.6g/cm3。主要應(yīng)用于航空航天一次結(jié)構(gòu)（如機(jī)翼、機(jī)身等）、高端體育器材和風(fēng)電葉片等領(lǐng)域。玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（GFRP）玻璃纖維成本低、性能穩(wěn)定，是應(yīng)用最廣泛的增強(qiáng)纖維。E玻璃纖維/環(huán)氧復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度約400-800MPa，彈性模量20-40GPa。廣泛應(yīng)用于交通工具、建筑結(jié)構(gòu)、化工設(shè)備和電氣絕緣等領(lǐng)域。我國(guó)已建成多座GFRP橋梁，展示了復(fù)合材料在基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)應(yīng)用FRP在結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢(shì)。CFRP板材或布帶粘貼可提高混凝土結(jié)構(gòu)承載力30-100%，延長(zhǎng)使用壽命。CFRP筋替代鋼筋可解決腐蝕問(wèn)題，特別適用于海洋環(huán)境和化工設(shè)施。GFRP型材已在橋梁、海洋平臺(tái)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)工程化應(yīng)用，具有耐腐蝕、低維護(hù)成本等優(yōu)點(diǎn)。金屬基復(fù)合材料（MMC）鋁基復(fù)合材料最常見(jiàn)的金屬基復(fù)合材料，通常使用SiC顆?；蚨汤w維作為增強(qiáng)體。Al-SiC復(fù)合材料可將鋁合金的彈性模量提高30-50%，強(qiáng)度提高20-30%，同時(shí)保持良好的導(dǎo)熱性（導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)180-220W/m·K）。主要應(yīng)用于電子封裝基板、航空發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、汽車(chē)剎車(chē)盤(pán)等需要高導(dǎo)熱和低膨脹的場(chǎng)合。鈦基復(fù)合材料通常采用SiC連續(xù)纖維或TiB晶須增強(qiáng)，可大幅提高鈦合金的高溫強(qiáng)度和蠕變抗力。典型的SiC/Ti復(fù)合材料在500℃下仍具有超過(guò)800MPa的抗拉強(qiáng)度。主要用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片、盤(pán)等關(guān)鍵高溫部件。制備工藝復(fù)雜，成本高，仍處于小批量應(yīng)用階段。銅基與鎂基復(fù)合材料銅基復(fù)合材料（如Cu-W、Cu-Diamond）具有優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性和耐磨性，用于高性能電接觸材料和散熱器件。鎂基復(fù)合材料（如Mg-SiC）在保持輕質(zhì)特性的同時(shí)提高了強(qiáng)度和剛度，用于航空航天結(jié)構(gòu)件和電子外殼。制備方法主要包括粉末冶金、攪拌鑄造和壓力浸滲等。陶瓷基復(fù)合材料（CMC）1超高溫應(yīng)用航天發(fā)動(dòng)機(jī)和高超聲速飛行器熱防護(hù)系統(tǒng)能源領(lǐng)域燃?xì)廨啓C(jī)部件和核能系統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用高溫爐具和耐磨部件陶瓷基復(fù)合材料（CMC）通過(guò)纖維增強(qiáng)克服了傳統(tǒng)陶瓷材料脆性大的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了"韌性陶瓷"。典型的CMC包括碳纖維增強(qiáng)碳基復(fù)合材料（C/C）、碳纖維增強(qiáng)碳化硅基復(fù)合材料（C/SiC）和碳化硅纖維增強(qiáng)碳化硅基復(fù)合材料（SiC/SiC）等。陶瓷基復(fù)合材料最大優(yōu)勢(shì)在于超高溫性能，C/C復(fù)合材料在氧化環(huán)境下可工作在1600℃以上，C/SiC和SiC/SiC復(fù)合材料在1200-1400℃下仍保持良好力學(xué)性能。目前已在航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件（如燃燒室襯套、渦輪導(dǎo)向葉片）、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管和航天飛行器熱防護(hù)系統(tǒng)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用。制備工藝主要包括化學(xué)氣相浸滲（CVI）、液相浸滲/聚合物浸滲熱解（LSI/PIP）和反應(yīng)燒結(jié)等。由于工藝復(fù)雜、周期長(zhǎng)，CMC成本較高，是限制其大規(guī)模應(yīng)用的主要因素。層狀/夾層復(fù)合結(jié)構(gòu)蜂窩夾層結(jié)構(gòu)由兩層高強(qiáng)度面板和中間輕質(zhì)蜂窩芯材組成的三明治結(jié)構(gòu)。蜂窩芯材通常由鋁、Nomex紙或熱塑性材料制成，具有六角形蜂窩狀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)具有極高的比彎曲剛度（可達(dá)相同重量實(shí)心板的7-10倍），是航空航天領(lǐng)域的理想輕量化結(jié)構(gòu)。主要用于飛機(jī)地板、控制面板、衛(wèi)星天線等。泡沫芯夾層結(jié)構(gòu)以聚氨酯泡沫、PVC泡沫、PMI泡沫等為芯材的夾層結(jié)構(gòu)。相比蜂窩芯，泡沫芯加工更簡(jiǎn)便，成本更低，且具有良好的絕熱和吸聲性能。廣泛應(yīng)用于船艇、風(fēng)電葉片、建筑裝飾等領(lǐng)域。缺點(diǎn)是重量略高于蜂窩芯，且承載能力較低。汽車(chē)防撞應(yīng)用層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)在汽車(chē)安全領(lǐng)域具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。通過(guò)設(shè)計(jì)特定的層壓結(jié)構(gòu)和崩潰模式，可實(shí)現(xiàn)高效的能量吸收。碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料防撞梁的比能量吸收可達(dá)60-80kJ/kg，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)金屬材料（20-30kJ/kg）。同時(shí)，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)可根據(jù)碰撞方向設(shè)計(jì)不同的力學(xué)響應(yīng)，提高整體安全性。功能復(fù)合材料125導(dǎo)電復(fù)合材料添加碳納米管、石墨烯等實(shí)現(xiàn)可控導(dǎo)電性應(yīng)用于電磁屏蔽和靜電防護(hù)導(dǎo)熱復(fù)合材料石墨烯/氮化硼增強(qiáng)提高熱導(dǎo)率用于電子散熱和熱管理智能感知復(fù)合材料自監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)應(yīng)變、溫度等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自修復(fù)復(fù)合材料微膠囊或血管網(wǎng)絡(luò)修復(fù)機(jī)制延長(zhǎng)使用壽命