复合材料发展演化

复合材料一词出现时间较短，但复合材料却早已出现并在人类生活中起到极大作用。自然界中就存在许多天然材料的复合材料。如树木、竹子是由纤维素和木质素结合而成的复合材料；动物骨骼是由硬而脆的磷酸盐和软而韧的蛋白质骨胶组成的复合材料。人类很早就仿效天然复合材料，在生活和生产中制成了初期复合材料。例如古代半坡人在建筑房屋时，将麦秸或稻草掺人泥浆中以增强泥土的强度，且延用至今；大约在七千多年以前，我们的祖先就把麻纤维和土漆复合而成制备成漆器；在现代建筑上大量使用的混凝土，特别是钢筋混凝土制成的复合材料等。到了近现代，复合材料得到了充分的发展和应用，在复合材料发展历史上先后出现三代复合材料。

第—代(1940～1960年)：20世纪40年代，因航空工业的需要，出现了玻璃纤维增强塑料，俗称玻璃钢。玻璃钢硬度高，比钢材轻得多。喷气式飞机上用它做油箱和管道，可减轻飞机的质量。登上月球的宇航员们，身上背着的微型氧气瓶也是用玻璃钢制成的。玻璃钢加工容易，不锈不烂，不需油漆。我国已广泛采用玻璃钢制造各种小型汽艇、救生艇、游艇，以及汽车制造业等，节约了不少钢材。

第二代(1960～1980年)：第二代复合材料要求既有高比强度、高比刚度，同时剪切强度和剪切模量要高，高温性能和耐热性能也要高。’有硼纤维、碳纤维、芳纶纤维等高级纤维，具有比玻璃纤维高得多的弹性模量和更低的硬度，也被称作高级纤维，由这些纤维制成的复合材料可长期在1500C以上的温度下使用。如1965年英国科学家研制出碳纤维；1971年美国杜邦公司开发出凯夫拉-49；1975年先进复合材料“碳纤维增强及凯夫拉纤维增强环氧树脂复合材料”用于飞机、火箭的主承力件上。

第三代(1980～1990年)：第三代复合材料具有耐热、高韧性并向多功能发展等特点。**类是以聚酰亚胺作基体，使用上述高级纤维为增强体制成的复合材料，使用温度高(不超过200℃)。第二类用金属(铝、镁、钛、金属间化合物)作基体的复合材料，使用温度范围在175～900℃。第二三类是以陶瓷(碳化硅、氮化硅、碳等)作基体的复合材料，使用温度在1000～2000℃。第二代和第三代复合材料称为高级复合材料或高性能复合材料。它们由各种高性能增强体(纤维及其织物、晶须、颗粒)与各种聚合物、金属、碳及非碳陶瓷基体复合而成，制造工艺涉及先进制造技术。

第四代(1990年以后)：主要发展多功能复合材料，如智能复合材料和梯度功能材料等。复合材料在航空航天方面的应用由来已久，两者几乎是相伴发展的。航空航天技术对复合材料提出更高的军事对抗要求和环境要求。前者主要指生存性能、小型灵活性能、高精度，后者指防热、抗热应力、抗化学侵蚀、耐空间原子氧、耐高低温交变、耐空间辐射、阻尼减震。