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摘要：对新材料的研究及应用是21世纪高新科学技术发展的一个重要内容。先进复合材料的制造及应用在新材料的技术领域中一直占据着极其重要的地位。复合材料的发展，在世界各国中的军用领域、民用领域中起着非常重要的作用。
1 复合材料的发展
复合材料是由多种具有不同性质的材料利用物理、化学的方法在宏观上组成的一种具有新性能的材料。现代复合材料的发展始于20世纪中叶，首先应用于航空航天等国防领域。目前，复合材料发展越来越多元化和全方位，已经从传统的航空航天等国防领域扩展到基础设施建设、船舶、体育用品、化工工车辆制电器设备制造等领域。
2 复合材料的广泛应用
复合材料从应用性质上划分，可分为功能复合材料和结构复合材料两类。功能复合材料是具有特殊功能的复合材料。通过分散、层压或形成表面导电膜的方法将各种导电物质和聚合物结合起来形成导电复合材料，广泛应用于集成电路、电磁屏蔽等领域；将无机纤维增强树脂和非金属结合起来形成抗烧蚀复合材料，广泛应用于高速飞行器头部[1]。由于复合材料的优异性能，使得零组件有很好的减重效果，因此结构复合材料被广泛应用于航空航天、医学、工业等领域。
2.1复合材料在体育器械中的应用
各种体育运动器械对材料的性能和要求大不相同，必须考虑强度、刚度、动态性能、尺寸和重量的限制。复合材料作为一种先进材料，容易满足运动器械各种性能要求。滑雪板要求在斜坡上轻松自由的回转和快速滑行，因此对重量、刚度和摩擦阻力有特殊要求。使用碳化硅纤维制成的滑雪板具有重量轻，厚度薄的特点。复合材料在棒球棒上也有着广泛的应用，在玻璃纤维增强聚氨酯泡沫芯上铺以碳纤维制作而成的棒球棒具有重量轻、强度高、平衡性好、吸振性优良等特点。复合材料也广泛应用于网球拍，用混杂复合材料制成的网球拍具有重量轻、平衡性好、吸振性好的特点。在自行车领域，复合材料同样也有着广泛的应用，自行车车架用石墨纤维、硼纤维和芳纶纤维混杂复合材料制成，具有良好的强度和抗冲击性能。复合材料在体育用品领域的份额目前占到30％，且有日益扩大的趋势。在该领域，产品质量要求越来越高，制造要求越来越高，市场竞争日趋激烈。
2.2 复合材料在医学领域的应用
复合材料在医学领域的应用主要集中在生物医学复合材料和医疗设备制造方面。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆用碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维混杂复合材料制造成的X射线发生器的悬臂支架和传统金属材料相比，除满足必要的强度、刚度外，还能满足最大放射性衰减的要求。生物医用复合材料是将不同材料复合而成，主要应用于人体组织的修复、替换和人体器官的制造。传统的医用金属材料不具备生物活性，和人体组织结合不牢，在生理环境中受生理环境的影响，导致金属离子分离，对机体造成影响。生物陶瓷材料具有良好的化学稳定性和耐耐腐蚀性，但是材料脆性大、抗弯能力弱。单一材料已经不能很好的满足医用要求。生物医用复合材料提供了一条新的途径。目前，生物医用复合材料可分为金属基、高分子基和陶瓷基复合材料三大类。，用与人腿轴线成±45°的由陶瓷、玻璃作为基体材料制作的陶瓷基复合材料假肢，可以通过调节混杂比例和混合方式，在人体的体温变化范围内使其与人造骨骼膨胀系数匹配，可以减少温度对人体的影响，减轻病人的痛苦。
2.3民用航空领域的应用
大型客机所强调的安全性、经济性、舒适性和环保型对于飞行器高性能的要求，促使复合材料在航空领域得到的突飞猛进的发展。飞机要求具备高强度质量比和高刚度质量比的结构，将先进的复合材料应用于飞机的结构上，不仅能够保证飞机结构的轻质化，而且还能保证飞机结构的强度和刚度。以碳纤维为增强基体的先进复合材料在20世纪中期问世，70年代开始在飞机结构上进行应用。随着复合材料技术不断地发展与成熟，使得复合材料成为飞机结构必须的航空结构材料。
复合材料在民用飞机机体结构上的应用经历了从小到大，从次要结构向主要结构发展的过程。目前民用飞机尾翼主承力结构、机翼、机身主承力结构广泛使用复合材料[2]。目前，B-777飞机的垂直和水平尾翼、副翼、襟翼、客舱底板梁等均使用复合材料，复合材料的用量达飞机结构重量的12％；空客A320飞机的复合材料用量达16％；空客A-380飞机复合材料用量达25％，起重，尾翼结构、机身尾段、后承压框、地板梁、机翼后缘的襟翼、副翼等均使用符合材料；波音787客机的机翼结构和机身结构广泛使用复合材料，使得该机型的复合材料用量达到50％[3]。复合材料的广泛运用使得燃油效率大幅提升。刚刚投入商业运营的ARJ21-700型飞机的方向舵和翼稍小翼均使用了相当比例的复合材料。C919飞机的尾翼结构，机身后段结构均采用了复合材料结构。
3 国内复合材料的结构技术的现状与差距
国内复合材料在研究和应用上虽也取得了一定的成绩和可嘉的进展，但与复合材料研究与应用大国相比，尚存在着相当大的差距。目前我国复合材料研究及应用与西方大国相比主要存在以下差距：（1）我国复合材料制造成本太高，使得复合材料扩大应用受到严重制约。（2）复合材料的基础和配套、制造的工艺和设备。（3）复合材料的基础原材料及复合材料的增强材料所用的碳纤维工业化进展缓慢，这大大制约了复合材料的发展。（4）复合材料应用的规模和水平、设计的理念、方法和手段。复合材料的工艺比较复杂，发展高效的设计理论是提高复合材料应用前景的重要手段。有鉴于此，我们应看清问题和差距，利用国内研发先进制造技术的大好机遇，切实把我国的复合材料研究和应用提高到一个新的水平。
参开文献
[1]宋育红.复合材料的特性及飞机设计时的最优选择[J].大众科技，2009，（6）：158-159.
[2]中国航空研究所.复合材料结构设计手册[K].北京：航空工业出版社，2001.
[3]陈绍杰.先进复合材料的民用研究与发展[J].材料导报.2010（11）：22-25.
论文作者:孙春都
论文发表刊物:《探索科学》2016年7期
论文发表时间:2016/10/26
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