在現(xiàn)代材料界，復合材料是一個熱點話題?？茖W技術的發(fā)展進步離不開各類復合材料的支撐。復合材料的研究深度和應用廣度及其發(fā)展的速度和規(guī)模，已成為衡量一個國家科學技術先進水平的重要標志之一。

復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。復合材料的最大特點是：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合方式，可以通過設計，使各組分的優(yōu)勢得到更大的發(fā)揮。在很多領域，復合材料正在逐步取代傳統(tǒng)材料，在國民經(jīng)濟的各個不同領域發(fā)揮著重要的作用。

陶瓷基復合材料是陶瓷（或陶瓷纖維）基體與各種纖維復合的一類材料。陶瓷基體一般為高溫合成陶瓷材料，其化學組成相對簡單，顆粒表面的一致性好，便于進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)。這些先進陶瓷粉體具有耐高溫、強度和剛度高、質(zhì)量輕、抗腐蝕等優(yōu)異性能；而其致命的弱點是脆性較大，處于應力狀態(tài)時會產(chǎn)生裂紋，甚至斷裂，導致材料失效。采用高強度、高彈性的纖維與基體復合，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展，從而得到有優(yōu)良韌性的纖維增強陶瓷基復合材料。

陶瓷基復合材料根據(jù)成分可以分為氧化物陶瓷基復合材料和非氧化物陶瓷基復合材料兩大類。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。在應用中，最重要的技術是對陶瓷粉體材料進行改性與包覆。改性與包覆工藝主要解決兩個問題：一是超細粉體或晶須會出現(xiàn)嚴重的團聚，團聚的粉體與所復合的材料難以進行有效鏈接；二是超細粉體或晶須與所復合的材料親和性不好。兩者在相互混合時，界面出現(xiàn)間隙且處于分離狀態(tài)不能相容。上述兩個問題如能得到解決，所生產(chǎn)的復合材料就能獲得比較高的性能。

在陶瓷基復合材料中，先進陶瓷成分的加入，使其應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，陶瓷基復合材料可用于“燒蝕材料”。當宇宙航天器完成任務返回地球時，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)生強烈的摩擦，由此而放出的熱量瞬間可高達8000～10000℃，“燒蝕材料”此時吸收大量的熱燒掉自己的一部分，同時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，陶瓷基復合材料以密度小、強度高、易成型、價格合理的綜合性能占領了其工業(yè)領域的巨大空間。據(jù)了解，美國生產(chǎn)的B-2隱身轟炸機，其機體的結構材料幾乎全是復合材料。

在新能源領域，風力發(fā)電機葉片是最基礎和最關鍵的部件，其良好的設計、可靠的質(zhì)量和優(yōu)越的性能是保證機組正常穩(wěn)定運行的決定因素。陶瓷基復合材料的工藝性好、成本低、密度小、維護費用低、耐雷擊、耐腐蝕、耐紫外線、力學性能優(yōu)異，使其成為大型風力發(fā)電機葉片的主導產(chǎn)品。

汽車輕量化是新能源汽車的一個重點發(fā)展方向。陶瓷基復合材料的應用，使降低原材料成本、提高使用效率事半功倍。國外曾有學者研究：一輛整備質(zhì)量1550kg的新能源電動車，車載動力電池450kg，一次充電續(xù)駛里程為186km。利用碳纖維復合材料使其輕量化后，整車減重至1011kg，減重幅度達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，則動力電池僅需250kg就能達到目標，電池質(zhì)量可減少200kg，減少了44.4%，相應的電池成本也將下降44%，這是一個非常了不起的降本績效。更令人興奮的是，研究發(fā)現(xiàn)，減重后整備質(zhì)量為805kg的新能源電動車（包括250kg電池），由于自重的降低，導致能耗大幅降低，其電池能量密度只要達到250Wh/kg，充一次電就能續(xù)駛里程450km，達到傳統(tǒng)汽油發(fā)動機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）

責編：丁濤

校對：張健

監(jiān)審：韓鳳鳳