在現(xiàn)代材料界，復(fù)合材料是一個(gè)熱點(diǎn)話題。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步離不開各類復(fù)合材料的支撐。復(fù)合材料的研究深度和應(yīng)用廣度及其發(fā)展的速度和規(guī)模，已成為衡量一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)先進(jìn)水平的重要標(biāo)志之一。
復(fù)合材料是兩種以上的材料根據(jù)使用需求而混合在一起的材料。復(fù)合材料的最大特點(diǎn)是：宏觀上看是均質(zhì)材料，微觀上看是非均質(zhì)材料，分子間的作用力來源于結(jié)合方式，可以通過設(shè)計(jì)，使各組分的優(yōu)勢(shì)得到更大的發(fā)揮。在很多領(lǐng)域，復(fù)合材料正在逐步取代傳統(tǒng)材料，在國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)不同領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。
陶瓷基復(fù)合材料是陶瓷（或陶瓷纖維）基體與各種纖維復(fù)合的一類材料。陶瓷基體一般為高溫合成陶瓷材料，其化學(xué)組成相對(duì)簡(jiǎn)單，顆粒表面的一致性好，便于進(jìn)行處理并得到表面包覆一致性的更好材料?，F(xiàn)代高溫合成陶瓷材料顆粒，一般有非晶態(tài)、晶態(tài)和晶須3種形態(tài)。這些先進(jìn)陶瓷粉體具有耐高溫、強(qiáng)度和剛度高、質(zhì)量輕、抗腐蝕等優(yōu)異性能；而其致命的弱點(diǎn)是脆性較大，處于應(yīng)力狀態(tài)時(shí)會(huì)產(chǎn)生裂紋，甚至斷裂，導(dǎo)致材料失效。采用高強(qiáng)度、高彈性的纖維與基體復(fù)合，是提高陶瓷韌性和可靠性的有效方法。纖維能阻止裂紋的擴(kuò)展，從而得到有優(yōu)良韌性的纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料。
陶瓷基復(fù)合材料根據(jù)成分可以分為氧化物陶瓷基復(fù)合材料和非氧化物陶瓷基復(fù)合材料兩大類。氧化物陶瓷基包括氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化鋅、氧化錳等；非氧化物陶瓷基包括氮化硅、氮化硼、碳化硅、硫化鉬等。在應(yīng)用中，最重要的技術(shù)是對(duì)陶瓷粉體材料進(jìn)行改性與包覆。改性與包覆工藝主要解決兩個(gè)問題：一是超細(xì)粉體或晶須會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的團(tuán)聚，團(tuán)聚的粉體與所復(fù)合的材料難以進(jìn)行有效鏈接；二是超細(xì)粉體或晶須與所復(fù)合的材料親和性不好。兩者在相互混合時(shí)，界面出現(xiàn)間隙且處于分離狀態(tài)不能相容。上述兩個(gè)問題如能得到解決，所生產(chǎn)的復(fù)合材料就能獲得比較高的性能。
在陶瓷基復(fù)合材料中，先進(jìn)陶瓷成分的加入，使其應(yīng)用范圍超越了很多常規(guī)材料，并展現(xiàn)出更加優(yōu)異的綜合性能。
在航天工業(yè)中，陶瓷基復(fù)合材料可用于“燒蝕材料”。當(dāng)宇宙航天器完成任務(wù)返回地球時(shí)，稠密的大氣層是它的必經(jīng)之地。高速的飛行速度使航天器和空氣之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦，由此而放出的熱量瞬間可高達(dá)8000～10000℃，“燒蝕材料”此時(shí)吸收大量的熱燒掉自己的一部分，同時(shí)使周圍的溫度降低以保證航天器本體安然無恙。
在現(xiàn)代航空工業(yè)中，陶瓷基復(fù)合材料以密度小、強(qiáng)度高、易成型、價(jià)格合理的綜合性能占領(lǐng)了其工業(yè)領(lǐng)域的巨大空間。據(jù)了解，美國生產(chǎn)的B-2隱身轟炸機(jī)，其機(jī)體的結(jié)構(gòu)材料幾乎全是復(fù)合材料。
在新能源領(lǐng)域，風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片是最基礎(chǔ)和最關(guān)鍵的部件，其良好的設(shè)計(jì)、可靠的質(zhì)量和優(yōu)越的性能是保證機(jī)組正常穩(wěn)定運(yùn)行的決定因素。陶瓷基復(fù)合材料的工藝性好、成本低、密度小、維護(hù)費(fèi)用低、耐雷擊、耐腐蝕、耐紫外線、力學(xué)性能優(yōu)異，使其成為大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的主導(dǎo)產(chǎn)品。
汽車輕量化是新能源汽車的一個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向。陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用，使降低原材料成本、提高使用效率事半功倍。國外曾有學(xué)者研究：一輛整備質(zhì)量1550kg的新能源電動(dòng)車，車載動(dòng)力電池450kg，一次充電續(xù)駛里程為186km。利用碳纖維復(fù)合材料使其輕量化后，整車減重至1011kg，減重幅度達(dá)34.8%，同樣充一次電，續(xù)駛里程增至275.5km，增加了89.5km，提高了48.1%。如果維持一次充電續(xù)駛里程186km不變，則動(dòng)力電池僅需250kg就能達(dá)到目標(biāo)，電池質(zhì)量可減少200kg，減少了44.4%，相應(yīng)的電池成本也將下降44%，這是一個(gè)非常了不起的降本績(jī)效。更令人興奮的是，研究發(fā)現(xiàn)，減重后整備質(zhì)量為805kg的新能源電動(dòng)車（包括250kg電池），由于自重的降低，導(dǎo)致能耗大幅降低，其電池能量密度只要達(dá)到250Wh/kg，充一次電就能續(xù)駛里程450km，達(dá)到傳統(tǒng)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)車輛加滿汽油后能夠行駛的里程數(shù)，這使得高性能電池的研究難度大大降低。（張宏毅）
責(zé)編：丁濤
校對(duì)：張健
監(jiān)審：韓鳳鳳
