新型金屬材料

1、新型金屬材料1、金屬材料的結(jié)構(gòu)與一般特性用于土木、建筑工程的金屬材料主要有：建筑鋼材的使用量最大，其產(chǎn)品形式有型材、板材、管材和線材；不銹鋼主要用于廚房設(shè)備、衛(wèi)生潔具和建筑裝飾；鋁及鋁合金質(zhì)量輕，耐腐蝕性強，裝飾性能好，主要用于門窗、室內(nèi)外裝修、裝飾；幕墻材料和金屬器具；銅的價格較貴，只限于建筑五金、門窗和家具的裝飾或金屬器件，用量很少。（1）金屬材料的結(jié)構(gòu)在結(jié)晶粒子的內(nèi)部，金屬原子按照一定的規(guī)律在三維方向上呈規(guī)則排列，其排列規(guī)律可以用空間格子來描述，叫做晶格。熔點：1535，呈液態(tài)；1535-1390：體心立方晶格，稱為-Fe；1390-910： 面心立方晶格，稱為-Fe，伴隨著體積收縮；9

2、10： 體心立方晶格，稱為-Fe，伴隨著體積膨脹。同一種類的金屬在不同的溫度下其晶格排列方式可能不同，這種現(xiàn)象叫做金屬的同素異構(gòu)體。利用金屬在不同溫度下的同素異構(gòu)性，可對金屬進(jìn)行熱加工處理，以獲得不同性質(zhì)的金屬材料。 絕大多數(shù)晶體都是10-100m的晶粒組成的多晶體，晶粒之間的界面叫做晶界面。特殊熱處理后 可變小。晶粒越細(xì)小，晶界的面積越大，材料受力時的韌性、變形均勻性和抵抗破壞的性能越好，合金化也是一個途徑。按添加元素的位置分為：侵入型固溶體；置換型固溶體； 析出物。 晶體的有序排列遭到破壞，晶格缺陷的形式有點缺陷、線缺陷和面缺陷等。將間隙原子或置換原子地加入到金屬材料結(jié)構(gòu)中，就形成了材料固

3、溶強化；位錯的存在降低金屬材料的強度，降低2-3個數(shù)量級，同時提高金屬的塑性變形性能；晶界面越多，金屬的強度越高、性能均勻性越好。 （2）建筑鋼材的成分及其對性能的影響鋼材的主要化學(xué)成分是鐵元素和碳元素，其中碳元素的含量在0.022.0的范圍；如果碳含量大于2.0則稱為生鐵，生鐵堅硬，但呈脆性，不能承受沖擊荷載的作用鋼材根據(jù)含碳量的多少分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼，隨著含碳量增加，鋼材的強度、硬度增大，但塑性、韌性降低。建筑上常使用低碳鋼。在鐵-碳合金中有意識地加入其他元素的原子，例如Mn、Si、Ni、Cr等，制成合金鋼。按照合金元素的多少，分為高、中、低合金鋼。建筑上常用低合金鋼。（3）金屬材

4、料的一般特性金屬材料具有較高的強度和韌性，能抵抗沖擊荷載的作用；具有導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性；延展性好，能制成各種型材、板材和線材；能進(jìn)行焊接、鉚接等加工，作成長大尺寸的構(gòu)件；金屬材料具有光亮的表面，裝飾性能良好；金屬材料容易被腐蝕，耐高溫性差，生產(chǎn)成本較高。受拉力作用下應(yīng)力應(yīng)變曲線：彈性階段: 彈性模量(E)，彈性極限(p)，可恢復(fù)；屈服階段：屈服強度(s)；強化階段: 加工硬化或強化；頸縮階段: 導(dǎo)致破斷，極限抗拉強度(b)。引起金屬材料產(chǎn)生塑性變形的內(nèi)部原因，其一晶格本身發(fā)生了變形；其二是原子發(fā)生滑移運動，晶格形狀不變，晶格之間的原子位置改變。2、建筑領(lǐng)域的新型金屬材料用于建筑領(lǐng)域的金屬材料種類較

5、少，品種比較單一，雖然具有較高的強度和韌性，但是普遍存在著不耐高溫、容易腐蝕、導(dǎo)熱性較高、低溫脆性等缺點?，F(xiàn)階段人們對建筑物的工作環(huán)境的要求更加苛刻，對金屬材料的強度、耐久性、耐腐蝕性、耐火性、抗低溫性、以及裝飾性能等也提出了更多的要求。（1）超高強度鋼材極限抗拉強度值：低碳鋼 510-720MPa；低合金鋼 510-720MPa；高強度鋼 900-1300MPa；超高強度鋼材達(dá)到1300MPa以上，可通過改變合金元素的含量及熱處理工藝流程來實現(xiàn)。（2）低屈強比鋼鋼材的屈服強度與極限強度的比值(s/b)叫做屈強比，反映了鋼材受力超過屈服極限至破壞所具有的安全儲備。 用于建筑工程的普通低碳鋼的屈

6、強比為0.58-0.63，低合金鋼的屈強比為0.65-0.75。結(jié)構(gòu)的抗震性能要求：材料高的屈服強度和屈強比較小，滿足小震、中震不破壞，大震、巨震不倒塌的要求。 （3）新型不銹鋼新型不銹鋼不含Ni元素，是在19Cr-20Mo不銹鋼中添加Nb、Ti、Zr等穩(wěn)定性更好的元素，形成高純度的貝氏體不銹鋼。Cr含量更大的新品種不銹鋼，可耐500-700高溫，用于火力發(fā)電廠或建筑物中的耐火覆蓋層。一般用于建筑物中的太陽能熱水器、耐腐蝕配管等構(gòu)件，但是只適合用于300以下的環(huán)境中。為了提高不銹鋼的美觀性，可采用高耐久性的含氟樹脂等涂料涂刷表面制成涂膜不銹鋼，或利用電解著色制成彩色不銹鋼，用于建筑物的外裝修材

7、料。例如在硫酸鉻酸性溶液中電解，可在不銹鋼表面形成氧化膜，再利用這層膜的光干涉作用，發(fā)出金色、藍(lán)色、黃色、綠色、黑色等各種顏色。 （4）高耐蝕性金屬及鈦合金建材海洋結(jié)構(gòu)物、臨海建筑物中使用的金屬材料，要求具有優(yōu)異的耐腐蝕性。 鈦金屬經(jīng)氧化處理能形成TiO2膜層，顏色因入射光的波長分布、入射角、氧化物膜層的厚度與折射率、鈦金屬表面的粗糙程度而呈微妙變化。 彩色鈦金屬板顏色與光澤的耐蝕性、耐候性也非常優(yōu)秀。金屬鈦質(zhì)量輕，比強度高，耐腐蝕性強，且裝飾性能好，同時，鈦金屬熱膨脹系數(shù)小，焊接性能也好，是理想的建筑材材。由于價格高昂，作為普通的建筑材料還沒有達(dá)到普及使用的程度。最近發(fā)達(dá)國家在沿海、腐蝕嚴(yán)重

8、的地區(qū)已經(jīng)開始將鈦合金應(yīng)用于建筑物的屋頂及外裝修板材。（5）耐火鋼普通建筑鋼材的機(jī)械強度在400溫度時將降低為室溫下強度的1/3，在1000時降低為室溫下強度的1/10。耐火鋼是在普通碳素鋼中添加鉬、釩、鉻、鈮等合金元素，各種元素的添加量大約為1，可使鋼材在400高溫下的強度達(dá)到室溫強度的2/3。也可在鋼材表面涂刷耐火涂料，或者在鋼材表面覆蓋耐火材料用于耐火。（6）輕質(zhì)、高比強度金屬材料為減輕高層、超高層建筑物的自重，要求用于主體結(jié)構(gòu)的金屬材料要有高的比強度值。比強度是指材料的強度與其密度的比值。高成本的鈦比強度最高，因此必須開發(fā)成本低，具有高比強度的金屬材料。 采用輕金屬與碳纖維復(fù)合制成的纖

9、維強化金屬，具有較高的比強度。對強化長纖維縱向加壓，使熔融的金屬浸漬到纖維材料中，或者采用短纖維與熔融金屬進(jìn)行混合鑄造等方法制成。碳纖維的抗拉強度高達(dá)2000MPa，制成纖維強化鋁金屬，密度大幅度降低，抗拉強度可達(dá)到1000MPa左右，比強度值可超過350MPa。（7）耐低溫金屬材料當(dāng)溫度下降到一定程度時，對于很小的溫度變化，金屬的韌性突然降低，該溫度稱為金屬材料的臨界脆性溫度。地球表面自然環(huán)境的最低溫度大約為-70-80，飛行于宇宙中的宇宙飛船，受太陽直射側(cè)的溫度100-200，而沒有受到太陽照射的一側(cè)最低能達(dá)到-269.2(4K)左右的超低溫度。 低溫下使用的金屬材料，主要考慮其低溫脆化性

10、，即隨著溫度降低其韌性是否明顯降低。 （8）金屬纖維為提高混凝土或砂漿材料的抗拉強度，常常在混凝土或砂漿中摻入金屬短纖維，制成纖維砂漿或纖維混凝土。先將金屬材料制成鋼絲，然后切割成所需尺寸制成短纖維，宜選擇耐蝕性好的金屬素材作金屬纖維。（9）非磁性金屬高智能化的建筑物、核熔爐、磁懸浮鐵路系統(tǒng)等容易產(chǎn)生很強的磁場，如果采用普通的具有磁性的金屬材料，在磁場作用下產(chǎn)生力的作用，不利于結(jié)構(gòu)體的正常運行。目前具有代表性的非磁性金屬材料有高錳鋼、奧氏體系列不銹鋼和鈦金屬，其高錳鋼分為12Mn、l8Mn、24Mn個系列。3、具有特殊功能的金屬材料（1）形狀記憶合金A.形狀記憶合金的功能 將平板狀的合金彎曲成

11、直角形狀，并加熱至某一溫度下(例如130左右)進(jìn)行形狀記憶熱處理，則該合金將“記住”在這一溫度下的形狀。B.形狀記憶功能的機(jī)理沿滑移面原子發(fā)生變位；原子的移動在格子之間連續(xù)變化，停留在不安定的位置上；對合金加熱，原子又回到原來位置上，表現(xiàn)為形狀記憶特性。形狀記憶合金在高溫下的晶格結(jié)構(gòu)稱為基本相，溫度降低至馬氏體相變溫度時，即晶相結(jié)構(gòu)成為馬氏體相。如果對該合金再加熱達(dá)到馬氏體相變溫度以上，則晶格又恢復(fù)到基本相結(jié)構(gòu)。C.鎳-鈦合金的特性形狀記憶功能較好，如果塑性應(yīng)變不超過7，形狀可完全恢復(fù)；形狀恢復(fù)應(yīng)力較大，可達(dá)600MPa；疲勞壽命長，如果塑性應(yīng)變控制在2以內(nèi)，可重復(fù)10萬次變形恢復(fù)過程；耐蝕性

12、好，鎳-鈦合金具有與鈦金屬及其普通的鈦合金相當(dāng)?shù)哪臀g性D.形狀記憶合金的應(yīng)用實例配管接頭；宇宙開發(fā)，做人造衛(wèi)星或月球表面的天線； 醫(yī)療器械，脊柱彎曲癥支撐材料，人體內(nèi)臟注入藥液的微型泵、以及各種止血鉗等； 自動開啟裝置。雙向型形狀記憶合金，例如汽車發(fā)動機(jī)達(dá)到一定溫度時，將冷卻扇連接在回轉(zhuǎn)軸上的風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)器，室內(nèi)溫度異常時切斷煤氣的安全閥開啟裝置、溫室窗的自動開閉器、以及各種溫度開關(guān)等。在土木、建筑領(lǐng)域的應(yīng)用通常用于溫室的自動門開啟裝置、自來水和煤氣管道的接頭等部位。接頭在工廠內(nèi)進(jìn)行形狀記憶熱處理后，對接頭再進(jìn)行擴(kuò)大內(nèi)徑的塑性加工，通常所設(shè)定的形狀恢復(fù)溫度為200，恢復(fù)可能應(yīng)變3。 4、新型鋁金屬

13、材料鋁合金材料具有質(zhì)量輕、強度高、延展性好、耐腐蝕性好、表面有光澤、裝飾性能好等優(yōu)點，建筑領(lǐng)域大量用作建筑物的門窗、外墻幕墻材料及室內(nèi)裝修。 （1）超塑性鋁合金晶粒的粒徑達(dá)到20m以下，可使鋁合金的拉伸伸長率達(dá)到50以上，實現(xiàn)超塑性性能。 用超塑性鋁合金制成的壓型板、天花扣板。 （2）蜂窩式芯材板 “鋁箔制作的六角形蜂窩集合體”“鋁板”（3）鋁質(zhì)復(fù)合材料鋁質(zhì)復(fù)合材料具有振動損失系數(shù)高，具有良好的制震特性。在兩片鋁板之間夾入制震樹脂，可夾入樹脂等高分子泡沫材料或纖維石膏板制成的復(fù)合板材。（4）耐腐蝕性裝飾材料將鋁質(zhì)金屬制品浸泡在電解液中，以鋁質(zhì)金屬板為陽極，通入電流，得到金色、銀色、黑色等不同的

14、表面顏色。噴漆、噴塑、熱鍍等加工方法制造而成的鋁質(zhì)涂層板，通稱為彩色鋁板，常用的合成樹脂涂料有丙烯類、乙烯類、聚酯類和含氟樹脂等。金屬材料質(zhì)量輕而強度高，具有良好的塑性和韌性，尺寸精度好，現(xiàn)代加工工藝已經(jīng)很發(fā)達(dá)，有利于建筑構(gòu)件工廠化生產(chǎn)、在現(xiàn)場安裝的現(xiàn)代化建設(shè)施工模式。只是生產(chǎn)成本較高，且容易腐蝕的問題是最大的弱點。應(yīng)不斷開發(fā)新型的、符合可持續(xù)發(fā)展原則的金屬材料，并將其應(yīng)用于建筑工程中。2.7.4 復(fù)合材料1、復(fù)合材料的發(fā)展概況人類進(jìn)步的歷史與人類應(yīng)用材料的歷史密切相關(guān)。在邁向現(xiàn)代文明的進(jìn)程中，人類經(jīng)歷了石器時代、銅器時代、鐵器時代、合成材料時代，現(xiàn)已邁入應(yīng)用復(fù)合材料的新時代。長期以來，人們不

15、斷改進(jìn)原有材料、開發(fā)新的材料品種，在實踐中積累了豐富的應(yīng)用材料的經(jīng)驗。但是，任何一種單一的材料（金屬、陶瓷、聚合物），雖有許多優(yōu)點，但都存在著一些明顯的不足，改性也往往是有限的。 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，對材料提出了越來越高、越來越嚴(yán)、越來越多的要求，既要求良好的綜合性能，如高強度、高剛度、高韌性、低密度等性能，又希望能夠在高溫、高壓、強腐蝕等惡劣的環(huán)境下服役。這些是傳統(tǒng)的單一材料所不能滿足的。于是人們想到將一些不同性能的材料復(fù)合起來，相互取長補短，這樣就出現(xiàn)了復(fù)合材料。(1) 早期的復(fù)合材料復(fù)合材料并不是人類發(fā)明的新材料，在自然界存在許多天然的復(fù)合材料，人類使用復(fù)合材料有著悠久的歷史。

16、天然復(fù)合材料：竹子、木材、骨骼、皮膚、貝殼等。 自然界的經(jīng)典組合：竹子是由許多直徑不同的管狀纖維素分散在木質(zhì)素基體中形成的復(fù)合材料。表皮纖維細(xì)而密，可增強抗彎強度；內(nèi)層纖維粗而疏，可改善韌性。 最原始的人工復(fù)合材料：6000年前，我國古代勞動人民使用的土坯磚是有粘土和稻草組成的。 古代金屬基復(fù)合材料：越王劍即金屬包層復(fù)合材料，在潮濕的環(huán)境中埋藏了幾千年，出土是仍光亮奪目，鋒利無比。(2) 近代復(fù)合材料 主要指人工特意復(fù)合而成的一種新型材料體系，成功制造要從1942年開始算起。第二次世界大戰(zhàn)期間，玻璃纖維增強聚脂樹脂復(fù)合材料被美國空軍用于制造飛機(jī)構(gòu)件。 復(fù)合材料發(fā)展第一代：19421960年，玻

17、璃纖維增強塑料時代。 復(fù)合材料發(fā)展第二代：19601980年，先進(jìn)復(fù)合材料發(fā)展時代，主要研究增強材料，英國研制碳纖維，美國研制了Kevlar纖維。碳纖維增強環(huán)氧樹脂、Kevlar纖維增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料用于飛機(jī)、火箭的主承力構(gòu)件。 復(fù)合材料發(fā)展第三代：19801990年，纖維增強金屬基復(fù)合材料時代，其中鋁基復(fù)合材料應(yīng)用最廣泛；同時陶瓷基復(fù)合材料也得到研究和發(fā)展。 復(fù)合材料發(fā)展第四代：1990至今，主要發(fā)展多功能復(fù)合材料，梯度功能材料、納米復(fù)合材料、仿生復(fù)合材料。2、復(fù)合材料的概念 復(fù)合材料在材料科學(xué)中是一門新興學(xué)科，理論尚不成熟，還沒有形成統(tǒng)一的、普遍接受的定義。國際化組織為復(fù)合材料下的定義：

18、復(fù)合材料是由兩種或兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組合而成的一種多相固體材料。 改進(jìn)的定義：復(fù)合材料是由兩種或兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)采用適當(dāng)?shù)墓に嚱M合而成的一種多相固體材料，而且這種多相固體材料的性能比單一材料的性能優(yōu)越。定義要點:(1) 多相材料。通常包括基體相和增強相?；w相可以是一個或幾個，把改善性能的增強相材料固結(jié)成一體，起著粘結(jié)和傳遞應(yīng)力的作用，又稱為連續(xù)相。增強相也可以是一個或幾個，起著承受應(yīng)力和顯示功能的作用，又稱為分散相。(2) 固體材料。若復(fù)合產(chǎn)物為液體或氣體混合物，就不是復(fù)合材料。(3) 人工合成。自然界天然的復(fù)合材料不在材料科學(xué)研究之列。(4) 性能優(yōu)越性.改善

19、或克服組成材料的弱點，充分發(fā)揮優(yōu)點。如玻璃鋼強度>>玻璃和樹脂。各向異性，性能具有可設(shè)計性，使構(gòu)件中纖維與受力方向一致。可創(chuàng)造出單一材料不具備的性能，或同一時間里發(fā)揮不同的功能。如溫控開關(guān)。其特點是：具有可設(shè)計性；人工制造而非天然形成的；性能取決于各組分性能及協(xié)同效應(yīng)；組元間有明顯界面或呈梯度變化的多相材料。3、復(fù)合材料的分類復(fù)合材料可以由金屬、高聚物和陶瓷中任意兩者人工合成，也可以由兩種或更多種金屬、高聚物和陶瓷來制備，因此復(fù)合材料范圍很廣、種類很多，目前分類也不統(tǒng)一。 （1）按基體材料分類聚合物基復(fù)合材料（Polymer Matrix Composites，簡寫PMC）金屬基復(fù)

20、合材料（Metal Matrix Composites，簡寫MMC）陶瓷基復(fù)合材料（Ceramic Matrix Composites，簡寫CMC）碳碳基復(fù)合材料（Carbon-Carbon Composites，簡寫C/C）（2）按增強材料的形態(tài)分類零維：顆粒增強復(fù)合材料。 根據(jù)顆粒大小，又分為彌散顆粒增強復(fù)合材料（1002500Å）和真正顆粒增強復(fù)合材料（微米級）。一維：纖維增強復(fù)合材料。 按纖維長短有分為連續(xù)纖維增強復(fù)合材料、短纖維增強復(fù)合材料和晶須增強復(fù)合材料。 按纖維種類有分為玻璃纖維增強復(fù)合材料、碳纖維增強復(fù)合材料、硼纖維增強復(fù)合材料、芳綸纖維增強復(fù)合材料、金屬纖維增強復(fù)

21、合材料、陶瓷纖維增強復(fù)合材料。二維：板狀復(fù)合材料、平面編織復(fù)合材料、片狀材料增強復(fù)合材料。三維：骨架狀復(fù)合材料、立體編織復(fù)合材料。（3）按復(fù)合材料的用途分類結(jié)構(gòu)復(fù)合材料：以承受載荷為主要目的。主要使用力學(xué)性能，以滿足高強度、高模量、耐沖擊、耐磨損的要求。這類復(fù)合材料通常由基體材料和增強材料組成，其中增強材料起主要作用，由它提供復(fù)合材料的剛度和強度，基本上控制了復(fù)合材料的力學(xué)性能；基體材料起配合作用，支持和固定增強材料，改善復(fù)合材料的某些性能。功能復(fù)合材料：主要使用功能特性，利用其在電、磁、聲、光、熱、阻尼、燒蝕等方面的特殊性能。如導(dǎo)電復(fù)合材料、磁性復(fù)合材料等。智能復(fù)合材料：機(jī)敏材料+自決策材料

22、+執(zhí)行材料。當(dāng)材料發(fā)生故障或即將失效時，電阻或電導(dǎo)發(fā)生突變，機(jī)敏材料發(fā)出預(yù)警，自決策材料根據(jù)情況作出最優(yōu)控制，發(fā)出指令傳達(dá)給執(zhí)行材料使之發(fā)生動作，從而保證材料處于最佳狀態(tài)。4、復(fù)合材料的命名：（1）強調(diào)基體材料時以基體材料命名，如金屬基復(fù)合材料。（2）強調(diào)增強材料時以增強材料命名，如碳纖維增強復(fù)合材料。（3）強調(diào)基體材料和增強材料時，兩者并用，如玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。5、復(fù)合材料表示方法：纖維增強高分子復(fù)合材料（1）增強材料/基體材料。 如WC/Co（讀作：由碳化鎢增強的鈷基復(fù)合材料）； SiC（P）/Al（讀作：由碳化硅顆粒增強的鋁基復(fù)合材料）； C（f）/EP（讀作：由碳纖維增強的

23、環(huán)氧樹脂復(fù)合材料）。（2）英文編號的縮寫。如FRP：纖維增強塑料（Fiber Reinforced Plastics）；PMC：聚合物基復(fù)合材料；MMC：金屬基復(fù)合材料；CMC：陶瓷基復(fù)合材料；FRC：纖維增強復(fù)合材料；各種教材常用這些編號，實際并沒有統(tǒng)一。例如FRC可代表纖維增強陶瓷；也可代表纖維-樹脂復(fù)合材料，還表示纖維增強復(fù)合材料。原因是C：Ceramic；Cement；Composites；碳纖維。M：Metal；Matrix。R：Reinforced；Resin。P：Polymer；Plastics6、復(fù)合材料的性能特點 （1）比強度和比模量高。 比強度=強度/密度；比模量=彈性模量

24、/密度 比強度高，制作的零件自重??；比模量高，零件剛性好。 （2）抗疲勞性能好。 金屬材料的疲勞極限為其拉伸強度的4050%，疲勞破壞往往是突發(fā)性的，事先沒有征兆；碳纖維樹脂復(fù)合材料的疲勞極限為其拉伸強度的7080%，疲勞破壞總是從纖維的薄弱環(huán)節(jié)開始，破壞前有明顯的預(yù)兆。 （3）減振性能好。 構(gòu)件的自振頻率與結(jié)構(gòu)本身的性狀有關(guān)，還與材料的比模量的平方根成正比。復(fù)合材料比模量大，自振頻率高，在一般加載速度下，不容易發(fā)生共振而快速斷裂。另外，復(fù)合材料是多相體系，大量界面對振動有反射和吸收作用，振動阻尼很高，其中振動衰減快，因而減振能力強。（4）高溫性能好（相對基體材料而言）。 增強材料有較高的熔點

25、和高溫強度，如鋁在400500完全喪失強度，而B（f）/Al在400500仍有很高的強度。碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料的耐熱性能比樹脂基體有明顯的提高。（5）減摩、耐磨性能好。 塑料王聚四氟乙烯摩擦系數(shù)極低，僅0.04，幾乎是所有固體擦了中最低的。碳纖維可降低塑料的摩擦系數(shù)，在熱塑性塑料中摻入少量短切碳纖維，其耐磨性大大提高。（6）化學(xué)穩(wěn)定性好。 鋼材不耐酸，但很大復(fù)合材料能耐酸堿腐蝕。玻璃纖維增強塑料不僅可在含氯離子的酸性介質(zhì)中長期使用，還能在強堿介質(zhì)中使用。（7）斷裂安全性高。 纖維增強復(fù)合材料中含有大量的獨立纖維。當(dāng)構(gòu)件過載后即使有少量的纖維斷裂，載荷也會迅速重新分配到為破壞的纖維上，使整個

26、構(gòu)件不致在極短的時間內(nèi)完全喪失承載能力而整體破壞，因而工作安全性高。（8）成型工藝性好。 復(fù)合材料構(gòu)件制造工藝簡單，適合整體成型，即一次成型。在制備復(fù)合材料的同時，也獲得了構(gòu)件，減少了后續(xù)工序。復(fù)合材料性能不足之處：橫向拉伸強度和層間剪切強度低；斷裂伸長率低，沖擊韌性有時不好；制造是產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，分散性大，質(zhì)檢困難；老化性能不好；機(jī)械連接困難；成本太高。7、纖維增強復(fù)合材料的復(fù)合原則材料復(fù)合的目的是獲得最佳的強度、剛度等機(jī)械性能。（1）纖維是材料的主要承載組成，因此應(yīng)該具有最高的強度和剛度。 彈性模量E愈高，在同樣應(yīng)變量下，按照虎克定律，所承受的應(yīng)力愈大，工作中能承受的載荷愈大，更能充分發(fā)揮

27、對材料的增強作用。此外，剛度高，比重小，熱穩(wěn)定性高也是保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性所必要的。（2）基體起粘結(jié)纖維的作用，因此必須：對纖維有潤濕性，以便在界面上有必要的粘結(jié)力，而將纖維粘結(jié)為一個整體；具有一定的塑性和韌性，對裂紋起致偏和控制作用；能保護(hù)纖維表面，不引入裂紋，不發(fā)生損傷纖維表面的反應(yīng)。（3）纖維與基體之間應(yīng)該有高的且合適的結(jié)合強度。 結(jié)合強度高，不僅直接有利于整個材料的強度，更重要的是便于將基體所承受的載荷傳遞給纖維，以充分發(fā)揮纖維的增強作用。結(jié)合強度過低，界面很難傳遞載荷，纖維無法增強，整體強度下降。結(jié)合強度過高也不利，使復(fù)合材料斷裂時失去纖維從基體拔出的過程，降低復(fù)合材料的強度，在載荷過大時

28、可能導(dǎo)致危險的脆性斷裂。（4）纖維與基體的熱膨脹性能應(yīng)有較好的協(xié)調(diào)和配合。 通常要求兩者的熱膨脹系數(shù)相近，如果纖維和基體熱膨脹系數(shù)相差過大，則有可能在熱脹冷縮過程中產(chǎn)生應(yīng)力，削弱兩者之間的結(jié)合強度，從而降低材料的整體強度。但對于韌性較低的基體，纖維的熱膨脹系數(shù)可以略高一些，以便在受熱后的冷卻過程中，由于收縮較大使基體處于受壓狀態(tài)，而獲得一定的保護(hù)。相反，對于塑性較好的基體，纖維的熱膨脹系數(shù)則可稍小一些，以便在其中造成殘余壓應(yīng)力，增進(jìn)韌性。（5）纖維必須有合理的含量、尺寸和分布。 一般來說，體積含量愈高，增強效果愈大，但體積含量過高，增強效果又會下降。比較合適的纖維含量在4070%范圍內(nèi)。 纖維越細(xì)，則缺陷越少，強度越高；同時細(xì)纖維的表面積較大，有利于增加與基體的結(jié)合力，即直徑越小，纖維增強效果越大。纖維的長度對增強有利，連續(xù)纖維比短纖維的增強效果大得多。短切纖維只有在超過一定的臨界值時，才能有明顯的強化效果。從加工性