取長補短的異物復合發明法

勞永新

異物復合發明法是指將兩種或兩種以上的相對簡單的事物以一定的方式組合在一起的發明方法。

異物復合法的特點是巧妙地利用異物的復合，發揚各自的優點而又避免各自的缺點。例如鋼筋混凝土是以硅酸鹽水泥為基體、“包含復合”了砂粒和鋼筋的復合物。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，兩者復合在一起能夠優勢互補。又如目前廣泛用于通訊的光導纖維是由石英玻璃或塑料制成，都是由起著導光作用的芯材和能將光能閉合于其中的皮層復合而成的復合管。其內層芯材要求折射率大，能夠全反射以傳導光，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、娛樂等服務業合理地復合在一條商業街上，方便群眾購物和旅游。又如現在企業最急需的復合型人才，數控機床企業急需既懂機床專業知識又會編計算機程序的復合人才；經濟法庭急需懂得經濟的法律人才；動漫公司需要既會繪畫又會計算機的復合人才。不同領域應用復合法的實例還有很多，如液壓和氣動的復合傳動，不干膠標簽的凸印加絲印復合印刷，機械電子復合門鎖，氮氣、氨氣和二氧化碳混合的復合氣體滅火劑，鋁粉和三次甲基三硝基胺的復合炸藥，五香粉復合調料，橄欖木瓜復合果汁，以服務訪問方式連接企業中現有的應用或系統，以滿足新業務需求為目的構建的復合應用軟件，傳統店鋪和電子商務復合營銷等等。

異物復合法的應用中發展最快的是復合材料。復合材料是由有不同材料或不同物相組合而成的復合材料。它既保留原有材料的重要特色，又通過復合效應獲得原有材料所不具備的性能，使各材料的性能相互補充、從而獲得比單一材料更優越的性能。復合材料包括結構復合材料、疊層復合材料、金屬基復合材料、功能復合材料等。

結構復合材料是以一種材料為基體、包含了另一種材料為增強體，以“包含復合”的方式復合而成的材料。基體和增強體材料在性能上互相取長補短，產生協同效應，使復合材料的綜合性能優于各組成材料。復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。增強材料按幾何形態有纖維、薄片、顆粒和型材等。由于材料的實際強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位等缺陷，而人工制成的細纖維或晶須卻可以做到沒有缺陷，所以其強度比基體的高得多。玻璃纖維增強塑料由于質輕強度高，已經用于氣墊船、工業用的冷卻塔、水箱、管道、罐、風機和電表箱及民間的座椅、垃圾桶、沼氣池和化糞池中。20世紀90年代出現的玻璃長纖維增強塑料的強度和壽命比較高，多用作汽車保險杠、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，碳纖維增強復合材料可用作羽毛球和網拍、高爾夫球棒、撐桿跳高桿、釣魚桿、石油鉆桿和螺旋槳等，尤其在航空航天領域中可用作火箭發動機殼體、航天飛機推進器、導彈發射管和太陽能電池板等的材料。塑鋼門窗是以型鋼為增強材料的硬聚氯乙烯復合產品。鋼的強度高但易被腐蝕又不隔熱隔音，被硬聚氯乙烯“包含復合”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。而鋁塑復合門窗利用塑料型材將室內外兩層鋁合金既隔開又緊密連接成一個整體，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。

疊層復合材料是不同類型的增強組分和基體等以疊層結構形式組成的復合材料，其增強組分可以是纖維、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，其形態有夾層結構、疊層復合板和復合管等。疊層復合板由基層和功能層等疊層復合而成。金屬復合板由不同金屬板經爆炸復合、軋制復合等方法復合，如不銹鋼碳鋼復合板兼具了不銹鋼和碳鋼的性能優勢，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、反應塔等設備中。鋁塑復合板由兩層經涂裝的鋁面板與中間一層塑料芯板粘結而成，質輕、防水、耐久、易加工和清洗及成本較低而廣泛用于室內外、廣告和車輛的裝飾裝修中。復合管是以中間層金屬管材為基礎，內外層為聚乙烯、交聯聚乙烯等非金屬材料，具有金屬管材和非金屬管材的優點。如鋁塑復合管是中間為一層鋁合金，內外各一層聚乙烯，經膠合層粘結而成的管材，具有聚乙烯塑料管耐腐蝕性好和金屬管耐壓高的優點，用于建筑內配水支管和熱水器管。在兩塊玻璃之間夾進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能、單向透視、防紫外線、防爆防彈防盜等功能。通過在建筑物下方加裝多層交錯的橡膠和鋼板復合疊層支座把建筑物與地面隔離，當地震發生時，讓建筑物在橡膠墊上滑動而減少震動，以柔克剛，既能隔震，又不影響承載力，就不會使它倒塌。

金屬基復合材料是以鋁、鎂、銅、鈦等金屬或合金為基體，并以纖維、晶須、顆粒等為增強體的復合材料。在鋁基體中加入氧化鋁細粉制得的金屬陶瓷復合材料與合金鋁比，其高溫強度高、密度小、易加工、耐腐蝕、導熱性好，常用于制造飛機和導彈的結構件、發動機活塞、化工機械零件等。而碳化物陶瓷基金屬復合材料，以碳化鈦、碳化硅、碳化鎢等為基體，與金屬鈷、鎳、鉻、鎢、鉬等金屬復合而成，具有高硬度、高耐磨性、耐高溫等特點，用作切削刀具、高溫軸承及透平葉片。陶瓷基復合材料是以陶瓷為基體，以纖維^晶須、顆粒等為增強增韌體的復合材料。現代技術陶瓷屬于非金屬的無機物，如氧化鋁、碳化硅、氮化硅等，具有耐高溫、高強度、高硬度、耐磨、耐腐蝕、重量輕和價格低等優良性能，但缺點是性脆易碎。加入無缺陷的纖維、晶須、顆粒等第二相后，就增強增韌而不易碎。碳化硅顆粒增韌的氧化鋁復合材料可用作切削刀具。長纖維的碳化硅陶瓷可用作高速列車的制動剎車件。雖然價格較高，陶瓷基復合材料在發動機和航空航天器等部件的應用前景仍然看好。在普通的陶瓷土中加入微粒礬土增韌，可吸收沖擊、防裂，用作餐具時就摔不碎。水泥基和顆粒石料復合成混凝土后提高了其抗壓強度。瀝青混凝土則是瀝青基的顆粒石料增強的復合材料，石料承壓而瀝青基料則使行車時噪聲小、對輪胎面磨損小、又提高了輪胎的抓地力，而且其韌性、抗壓性和拉伸性好，能夠適應不很穩定的路基，并且后期維護簡易，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材料和石料復合的顆粒型有機和無機物的復合材料，與水泥基料相比，聚合物具有快硬、高強和顯著改善抗滲、耐蝕、以及粘結等性能，可現場應用于混凝土工程快速修補和隧道襯里等。而用不飽和聚酯為粘結劑，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。功能復合材料是指除承壓抗拉抗疲勞等機械功能以外的、提供其他功能的復合材料，有導電、超導、半導、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、機敏和智能等等的功能復合材料。功能復合材料主要由功能體和增強體及基體組成，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合氧化物磁性體，再以聚合物為基體，其成型方便、可形成復雜構形，所以常用于冷藏車、電冰箱和冰柜門的密封墊圈。聚苯胺石墨復合材料具有兩者協同的優點，石墨和聚苯胺都是導電功能體，又由于膨脹石墨片層結構的表面誘導作用提高了聚苯胺的結晶度、減少了缺陷，可用作導電和電磁屏蔽復合材料。在聚酰亞胺基體中添加石墨纖維增強體和聚四氟乙烯后由于三者都有協同減摩效果，可用作自潤滑復合材料。外層輕質陶瓷片和內層芳綸纖維織物復合可用作防彈背心；外層高硬度合金鋼、中層芳綸陶瓷和內層高韌性合金鋼復合則可用作坦克的裝甲。

綜上所述，復合材料已經在機械、化工、石油、建筑、紡織、農業、交通、航空、航天、武器、體育和家庭裝飾等各領域得到極其廣泛的應用，現在所見到的材料幾乎大部分都是復合材料，顯示了取長補短的異物復合法的魅力。