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时间:2018-07-08
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1、下世纪复合材料面临的机遇与挑战免费获得VIP用户:按照以下提示点击操作后方可查看文章内容(免费)第一步,点击下面歌曲连接第二步,点击下面搞大了免费邮箱广告第三步,点击下面文字连接材料的复合是材料发展的必然规律,随着各种高新技术的进步不断地向材料提出更高的要求。然而想要合成或制造一种材料使之满足各种高水平的综合指标,从单质材料出发是非常困难的,常常顾此失彼,即使花费很大的力量得到某种符合要求的材料也需要很长的周期。由于复合材料是把金属、无机非金属、高分子等材料组合起来的一种多相材料,它的设计自由度很大,不仅可在组分选择上调整还可以改变各组分的体积百分数以满足所需的性能
2、要求。这样就可使复合材料具有轻质高强以及其他的优越的综合性能。特别是复合材料还具有复合效应,即经过复合以后产生各原始组分所不具备的性能。由于复合材料的上述特点所以在不少高技术领域如航天、航空、信息等产业中获得重要的应用。目前已与金属、无机非金属、高分子并列为四大材料。复合材料的出现可以追溯到古代,原始人类从生活实践中学会用草茎(增强体)与泥土(基体)作为建造窝棚的材料,我国在秦汉时代就开始用大麻和大漆作为原料来制造漆器器皿,这些都是复合材料的雏形。实际复合材料的大规模发展是在本世纪40年代二次大战的末期,由于军事的需要采用了玻璃纤维和高分子树脂复合来制造军工用品。战
3、后一方面由于发展宇航技术和冷战所需军备竞争的要求外,又研制出先进复合材料,另一方面也开始大力发展在各种民用工业中的应用,如交通运输、建筑材料、化工设备、船舶及水上装备、电子电器、消耗用品和办公设备等。根据1997年不完全统计,复合材料的世界总产量已超过150万吨,而且以每年1.5%的速度增长。这些就本世纪中复合材料的发展情况。一、下世纪复合材料发展的机遇(一)用于解决资源和能源短缺方面(二)为信息时代服务(三)提高生活质量(四)对巩固国防起决定性作用(五)复合材料改善环境的积极作用(六)具有发展潜力的新型复合材料正在崛起二、复合材料在下世纪中将遭遇的挑战(一)成本偏
4、高影响竞争力(二)可靠性相对较差影响应用面三、我国复合材料的现状和下世纪发展的对策一、下世纪复合材料发展的机遇处于世纪之交,展望复合材料在下个世纪内的发展机遇是有意义的。可以从下面几个方面来看。(一)用于解决资源和能源短缺方面根据目前的调查可以预测到下世纪内地球将会面临陆地资源逐步枯竭,从而导致能源危机和原材料的短缺。因此人类必须一方面要节约能源同时要开发新能源来应付能源危机,另一方面又要寻找尚未充分利用的陆地资源和废弃物的再生利用,同时也要设法开发海洋资源甚至向宇宙空间获取资源。从这个角度来看复合材料由于具有性能上的优势,可望在上述方面获得大量的应用和发展。例如在
5、新能源方面碳纤维和玻璃纤维增强环氧树脂复合材料已成功地用于风力发电机的叶片和塔身。当前已制成长度达40米以上的单个叶片,强度、刚度和重量都能满足设计要求。在太阳能发电方面,由于太阳能电池片需要安装在轻质高强的支架上构成巨型的板面,各种先进复合材料将是首选材料。其他如核电中分离铀的离心机转子已用碳纤维/树脂复合材料满意地运转,利用潮汐发电装置也计划采用复合材料。在节约资源方面,由于各向异性的复合材料可根据结构的力学需要来进行设计和整体净形制造,从而可起到节约能源、原材料和节省在加工中的各种消耗。另一方面提高材料的使用寿命同样起到节约资源的作用。目前大量的基础性设施包括
6、房屋建筑、道路、桥梁、水坝等主要使用混凝土和钢筋混凝土材料,虽然这些也是复合材料,但是鉴于过去已经暴露出来的混凝土自身开裂、钢筋锈蚀失效和由于锈蚀膨胀而加速了混凝土的进一步的开裂作用等缺点,使之不得不定期更新再建,最新研究表明用高强纤维增强混凝土可有效地扼制开裂,同时正在试用高性能碳纤维或芳酰胺纤维增强聚合物代替钢筋克服了原来存在的缺点,而且证实它在超高层建设上有着很大的优越性。此外在基础设施的修复方面,实践证明用复合材料修补是最经济有效的方案。美国的洛杉矶大地震和日本关西大地震,震后造成破坏的桥梁支柱、路板均已采用碳纤维-环氧复合材料成功地进行了修补。并且形成了专
7、门产业,制造了专用设备和材料。可以预测在下世纪中这类复合材料将成为主要品种之一。返回(二)为信息时代服务下个世纪的时代标志将全面体现为信息社会,在信息技术领域中复合材料也将占一席之地。首先由于集成度的迅速提高,集成电路元件的散热问题将是阻碍发展的主要困难之一。因此需要寻找导热系数大而热膨胀系数又能与硅片相匹配的基板材料。最近的研究表明金属基复合材料非常适合于制造基板,因为可以选择导热性能好而膨胀系数小的增强体与金属基复合,同时还可调节增强体的含量来优化所需的性能指标。另一方面由于电器整机的体积不断缩小,各部件之间的电磁屏蔽问题变得非常突出。目前已经采用导电(或磁
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