取長(zhǎng)補(bǔ)短的異物復(fù)合發(fā)明法

勞永新

異物復(fù)合發(fā)明法是指將兩種或兩種以上的相對(duì)簡(jiǎn)單的事物以一定的方式組合在一起的發(fā)明方法。

異物復(fù)合法的特點(diǎn)是巧妙地利用異物的復(fù)合，發(fā)揚(yáng)各自的優(yōu)點(diǎn)而又避免各自的缺點(diǎn)。例如鋼筋混凝土是以硅酸鹽水泥為基體、“包含復(fù)合”了砂粒和鋼筋的復(fù)合物。水泥粘合砂粒的混凝土抗壓但不抗拉；而鋼筋卻抗拉不抗壓，兩者復(fù)合在一起能夠優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。又如目前廣泛用于通訊的光導(dǎo)纖維是由石英玻璃或塑料制成，都是由起著導(dǎo)光作用的芯材和能將光能閉合于其中的皮層復(fù)合而成的復(fù)合管。其內(nèi)層芯材要求折射率大，能夠全反射以傳導(dǎo)光，而皮層的折射率要小，以避免光損耗，兩者缺一不可。大城市常常把零售店、餐飲店和銀行、娛樂(lè)等服務(wù)業(yè)合理地復(fù)合在一條商業(yè)街上，方便群眾購(gòu)物和旅游。又如現(xiàn)在企業(yè)最急需的復(fù)合型人才，數(shù)控機(jī)床企業(yè)急需既懂機(jī)床專業(yè)知識(shí)又會(huì)編計(jì)算機(jī)程序的復(fù)合人才；經(jīng)濟(jì)法庭急需懂得經(jīng)濟(jì)的法律人才；動(dòng)漫公司需要既會(huì)繪畫又會(huì)計(jì)算機(jī)的復(fù)合人才。不同領(lǐng)域應(yīng)用復(fù)合法的實(shí)例還有很多，如液壓和氣動(dòng)的復(fù)合傳動(dòng)，不干膠標(biāo)簽的凸印加絲印復(fù)合印刷，機(jī)械電子復(fù)合門鎖，氮?dú)?、氨氣和二氧化碳混合的?fù)合氣體滅火劑，鋁粉和三次甲基三硝基胺的復(fù)合炸藥，五香粉復(fù)合調(diào)料，橄欖木瓜復(fù)合果汁，以服務(wù)訪問(wèn)方式連接企業(yè)中現(xiàn)有的應(yīng)用或系統(tǒng)，以滿足新業(yè)務(wù)需求為目的構(gòu)建的復(fù)合應(yīng)用軟件，傳統(tǒng)店鋪和電子商務(wù)復(fù)合營(yíng)銷等等。

異物復(fù)合法的應(yīng)用中發(fā)展最快的是復(fù)合材料。復(fù)合材料是由有不同材料或不同物相組合而成的復(fù)合材料。它既保留原有材料的重要特色，又通過(guò)復(fù)合效應(yīng)獲得原有材料所不具備的性能，使各材料的性能相互補(bǔ)充、從而獲得比單一材料更優(yōu)越的性能。復(fù)合材料包括結(jié)構(gòu)復(fù)合材料、疊層復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、功能復(fù)合材料等。

結(jié)構(gòu)復(fù)合材料是以一種材料為基體、包含了另一種材料為增強(qiáng)體，以“包含復(fù)合”的方式復(fù)合而成的材料?；w和增強(qiáng)體材料在性能上互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于各組成材料。復(fù)合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、瀝青和水泥等。增強(qiáng)材料按幾何形態(tài)有纖維、薄片、顆粒和型材等。由于材料的實(shí)際強(qiáng)度主要取決于玻璃和陶瓷中的微孔和裂紋及金屬晶格中的錯(cuò)位等缺陷，而人工制成的細(xì)纖維或晶須卻可以做到?jīng)]有缺陷，所以其強(qiáng)度比基體的高得多。玻璃纖維增強(qiáng)塑料由于質(zhì)輕強(qiáng)度高，已經(jīng)用于氣墊船、工業(yè)用的冷卻塔、水箱、管道、罐、風(fēng)機(jī)和電表箱及民間的座椅、垃圾桶、沼氣池和化糞池中。20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的玻璃長(zhǎng)纖維增強(qiáng)塑料的強(qiáng)度和壽命比較高，多用作汽車保險(xiǎn)杠、安全頭盔、滑雪板和自行車骨架等。碳纖維比玻璃纖維輕、耐高溫、疲勞和沖擊，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料可用作羽毛球和網(wǎng)拍、高爾夫球棒、撐桿跳高桿、釣魚桿、石油鉆桿和螺旋槳等，尤其在航空航天領(lǐng)域中可用作火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、航天飛機(jī)推進(jìn)器、導(dǎo)彈發(fā)射管和太陽(yáng)能電池板等的材料。塑鋼門窗是以型鋼為增強(qiáng)材料的硬聚氯乙烯復(fù)合產(chǎn)品。鋼的強(qiáng)度高但易被腐蝕又不隔熱隔音，被硬聚氯乙烯“包含復(fù)合”后，就具有良好的隔熱、保溫、隔音、耐腐蝕性能和足夠的氣密性水密性。而鋁塑復(fù)合門窗利用塑料型材將室內(nèi)外兩層鋁合金既隔開(kāi)又緊密連接成一個(gè)整體，其兩面的外表面都為鋁合金，中間用塑料型材腔體做斷熱材料，因此比塑鋼窗型材耐沖擊、防火和防盜性好，又比鋁合金門窗的保溫性好。

疊層復(fù)合材料是不同類型的增強(qiáng)組分和基體等以疊層結(jié)構(gòu)形式組成的復(fù)合材料，其增強(qiáng)組分可以是纖維、片材或波紋和蜂窩芯材，其基體可以是紙、玻璃、塑料、橡膠、金屬等，其形態(tài)有夾層結(jié)構(gòu)、疊層復(fù)合板和復(fù)合管等。疊層復(fù)合板由基層和功能層等疊層復(fù)合而成。金屬?gòu)?fù)合板由不同金屬板經(jīng)爆炸復(fù)合、軋制復(fù)合等方法復(fù)合，如不銹鋼碳鋼復(fù)合板兼具了不銹鋼和碳鋼的性能優(yōu)勢(shì)，具有良好的耐腐蝕性耐熱性，由于不銹鋼所占比例較小而節(jié)約了不銹鋼，降低了材料成本，可用于石油、化工的各種腐蝕條件下的壓力容器、管道、反應(yīng)塔等設(shè)備中。鋁塑復(fù)合板由兩層經(jīng)涂裝的鋁面板與中間一層塑料芯板粘結(jié)而成，質(zhì)輕、防水、耐久、易加工和清洗及成本較低而廣泛用于室內(nèi)外、廣告和車輛的裝飾裝修中。復(fù)合管是以中間層金屬管材為基礎(chǔ)，內(nèi)外層為聚乙烯、交聯(lián)聚乙烯等非金屬材料，具有金屬管材和非金屬管材的優(yōu)點(diǎn)。如鋁塑復(fù)合管是中間為一層鋁合金，內(nèi)外各一層聚乙烯，經(jīng)膠合層粘結(jié)而成的管材，具有聚乙烯塑料管耐腐蝕性好和金屬管耐壓高的優(yōu)點(diǎn)，用于建筑內(nèi)配水支管和熱水器管。在兩塊玻璃之間夾進(jìn)一層以聚乙烯醇縮丁醛為主要成分的中間膜就是不碎的安全玻璃；貼有隔熱膜、防爆膜或防彈膜的貼膜玻璃有節(jié)能、單向透視、防紫外線、防爆防彈防盜等功能。通過(guò)在建筑物下方加裝多層交錯(cuò)的橡膠和鋼板復(fù)合疊層支座把建筑物與地面隔離，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，讓建筑物在橡膠墊上滑動(dòng)而減少震動(dòng)，以柔克剛，既能隔震，又不影響承載力，就不會(huì)使它倒塌。

金屬基復(fù)合材料是以鋁、鎂、銅、鈦等金屬或合金為基體，并以纖維、晶須、顆粒等為增強(qiáng)體的復(fù)合材料。在鋁基體中加入氧化鋁細(xì)粉制得的金屬陶瓷復(fù)合材料與合金鋁比，其高溫強(qiáng)度高、密度小、易加工、耐腐蝕、導(dǎo)熱性好，常用于制造飛機(jī)和導(dǎo)彈的結(jié)構(gòu)件、發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、化工機(jī)械零件等。而碳化物陶瓷基金屬?gòu)?fù)合材料，以碳化鈦、碳化硅、碳化鎢等為基體，與金屬鈷、鎳、鉻、鎢、鉬等金屬?gòu)?fù)合而成，具有高硬度、高耐磨性、耐高溫等特點(diǎn)，用作切削刀具、高溫軸承及透平葉片。陶瓷基復(fù)合材料是以陶瓷為基體，以纖維^晶須、顆粒等為增強(qiáng)增韌體的復(fù)合材料?，F(xiàn)代技術(shù)陶瓷屬于非金屬的無(wú)機(jī)物，如氧化鋁、碳化硅、氮化硅等，具有耐高溫、高強(qiáng)度、高硬度、耐磨、耐腐蝕、重量輕和價(jià)格低等優(yōu)良性能，但缺點(diǎn)是性脆易碎。加入無(wú)缺陷的纖維、晶須、顆粒等第二相后，就增強(qiáng)增韌而不易碎。碳化硅顆粒增韌的氧化鋁復(fù)合材料可用作切削刀具。長(zhǎng)纖維的碳化硅陶瓷可用作高速列車的制動(dòng)剎車件。雖然價(jià)格較高，陶瓷基復(fù)合材料在發(fā)動(dòng)機(jī)和航空航天器等部件的應(yīng)用前景仍然看好。在普通的陶瓷土中加入微粒礬土增韌，可吸收沖擊、防裂，用作餐具時(shí)就摔不碎。水泥基和顆粒石料復(fù)合成混凝土后提高了其抗壓強(qiáng)度。瀝青混凝土則是瀝青基的顆粒石料增強(qiáng)的復(fù)合材料，石料承壓而瀝青基料則使行車時(shí)噪聲小、對(duì)輪胎面磨損小、又提高了輪胎的抓地力，而且其韌性、抗壓性和拉伸性好，能夠適應(yīng)不很穩(wěn)定的路基，并且后期維護(hù)簡(jiǎn)易，因此被普遍用作公路路面材料。聚合物混凝土是以聚合物作為膠結(jié)材料和石料復(fù)合的顆粒型有機(jī)和無(wú)機(jī)物的復(fù)合材料，與水泥基料相比，聚合物具有快硬、高強(qiáng)和顯著改善抗?jié)B、耐蝕、以及粘結(jié)等性能，可現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用于混凝土工程快速修補(bǔ)和隧道襯里等。而用不飽和聚酯為粘結(jié)劑，與石英砂、大理石、方解石粉等攪拌混合、澆鑄成型固化而制成的聚合物混凝土，俗稱人造大理石，用于建筑裝飾。功能復(fù)合材料是指除承壓抗拉抗疲勞等機(jī)械功能以外的、提供其他功能的復(fù)合材料，有導(dǎo)電、超導(dǎo)、半導(dǎo)、磁性、壓電、吸波、透波、屏蔽、抗輻射、透光、光催化、磨阻、減磨、阻燃、防熱、隔熱、吸聲、防彈、機(jī)敏和智能等等的功能復(fù)合材料。功能復(fù)合材料主要由功能體和增強(qiáng)體及基體組成，功能體可由一種或一種以上功能材料組成。例如鐵氧體是以鐵族元素為主的復(fù)合氧化物磁性體，再以聚合物為基體，其成型方便、可形成復(fù)雜構(gòu)形，所以常用于冷藏車、電冰箱和冰柜門的密封墊圈。聚苯胺石墨復(fù)合材料具有兩者協(xié)同的優(yōu)點(diǎn)，石墨和聚苯胺都是導(dǎo)電功能體，又由于膨脹石墨片層結(jié)構(gòu)的表面誘導(dǎo)作用提高了聚苯胺的結(jié)晶度、減少了缺陷，可用作導(dǎo)電和電磁屏蔽復(fù)合材料。在聚酰亞胺基體中添加石墨纖維增強(qiáng)體和聚四氟乙烯后由于三者都有協(xié)同減摩效果，可用作自潤(rùn)滑復(fù)合材料。外層輕質(zhì)陶瓷片和內(nèi)層芳綸纖維織物復(fù)合可用作防彈背心；外層高硬度合金鋼、中層芳綸陶瓷和內(nèi)層高韌性合金鋼復(fù)合則可用作坦克的裝甲。

綜上所述，復(fù)合材料已經(jīng)在機(jī)械、化工、石油、建筑、紡織、農(nóng)業(yè)、交通、航空、航天、武器、體育和家庭裝飾等各領(lǐng)域得到極其廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在所見(jiàn)到的材料幾乎大部分都是復(fù)合材料，顯示了取長(zhǎng)補(bǔ)短的異物復(fù)合法的魅力。