复合材料(Compositematerials)，是以一种材料为基体(Matrix)，另一种
data/attachment/portal/201111/06/1517371n1rv1hng11bfr28.jpg复合材料
材料为增强体(reinforcement)组合而成的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。
目录
发展
概念
分类
纳米复合材料
功能复合材料
塑木复合材料
性能
成型方法
发展
复合材料使用的历史可以追溯到古代。从古至今沿用的稻草增强粘
data/attachment/portal/201111/06/1517373i32hoobdbhuy1bb.jpg复合材料(铝材)
土和已使用上百年的钢筋混凝土均由两种材料复合而成。20世纪40年代，因航空工业的需要，发展了玻璃纤维增强塑料（俗称玻璃钢），从此出现了复合材料这一名称。50年代以后，陆续发展了碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和高模量纤维。70年代出现了芳纶纤维和碳化硅纤维。这些高强度、高模量纤维能与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合，构成各具特色的复合材料。
概念
国际标注化组织对复合材料作了如下定义：两种或两种
data/attachment/portal/201111/06/151737w2d6j91mzzkjzpj5.jpg复合材料卫浴产品
以上，化学、物理性质完全不同的材料通过某种方式（或方法）复合而得的具有优越性能的固体材料称为复合材料。复合材料是由基体和增强体组成的。基体通常是连续相、增强体以独立形态分布于基体之上。基体材料可以是聚合物（如树脂）、金属或无机物（如陶瓷、碳）等。为获得优异性能，增强体通常是具有高强度、高硬度的共价键材料，例如树脂基和金属基复合材料多用碳（石墨）、SiC、Al2O3等增强体，陶瓷基复合材料采用碳纤维、SiC纤维、Al2O3纤维及其颗粒、晶须等增加韧性，因此也称增韧体。它不仅发挥了各相的优点，而且还具有各单一相所没有的某些特性（包括工艺、物理、力学和机械加工等性能）。
分类
1、根据分散相的几何形状(粒状、纤维状和薄片状)可分为三种基本类型，即颗粒型、纤维型和层合型。
颗粒型复合材料
将粒状材料分散于基体中而制成。混凝土是此类复合材料中最典型的代表，砂、石集料在其中起着提高刚度、减少收缩和节约水泥等作用。在聚合物中掺入砂、石集料，固化后具有很高的强度和较好的耐蚀、耐磨等性能（见聚合物混凝土）。加气混凝土和硬质泡沫塑料也可归入此类复合材料，其分散相为空气泡。
纤维型复合材料
将非连续的短纤维或连续的长纤维配置于基体中制成。纤维对基体起着
data/attachment/portal/201111/06/151737knw5ekbbn55k75p5.jpg复合材料脱模剂
阻裂、增强和增韧等作用。20世纪40年代中出现的玻璃纤维增强塑料,不仅轻质、高强度，还具有较好的绝热、电绝缘和耐蚀等性能。在工程上获得日益广泛的应用。60年代起由于各种高弹性模量、高强度、耐高温的纤维材料陆续出现,一系列高性能指标的新型纤维增强塑料得到发展，以适应国防、宇航等工程的需要。在砂浆中配置钢丝网，可显著提高抗裂、抗渗等性能并可制成薄壳制品。水泥基体用纤维（金属的、有机的或无机的）增强后，不仅具有较高的抗拉和抗弯强度，并能大幅度地提高韧性和抗冲击强度（见纤维混凝土）。纤维增强钛合金等的高温性能比纤维增强塑料好，金属基体的强度和刚度比树脂高。陶瓷材料具有优异的耐高温性能，比重小，但性脆，采用纤维增强能显著提高其韧性。在玻璃中嵌入金属丝或网，可使玻璃破碎时不致散落（见安全玻璃）。
层合型复合材料
将两层或多层薄片胶合而制成。胶合板是此类复合材料中最常见的一种，将几层木纹方向不同的木材薄板胶合成一整体，有利于提高强度并减小湿胀和干缩（见木质人造板）。夹层玻璃是将两层或数层平板玻璃用透明有机胶胶合而成，受冲击破裂后其碎片不会溅散,若使用多层钢化玻璃或夹丝玻璃,并用高强透明有机材料按一定结构胶合，可制得性能更为优越的防弹、防盗玻璃。混凝土和钢板或纤维增强塑料复合，可显著提高抗冲击性并能防止液体和气体的渗漏。由各种薄板和轻质芯材（如矿棉、玻璃棉、泡沫混凝土、硬质泡沫塑料等）所组成的夹芯板则兼具防渗、隔热、隔声等多种功能。
2、根据基体成分不同可分为金属基复合材料、陶瓷基复合材料、树脂基复合材料和碳碳复合材料。
金属基复合材料
data/attachment/portal/201111/06/151737qww59wvk3xsx6xr3.jpg复合材料钢筋
基体成分为金属或合金，加入增强相通过一定的成型方法制成的复合材料。一般基体多采用合金，而很少使用单一成分。常用基体：铝合金、镁合金、钛合金等等。由于金属基复合材料在研制之处主要应用于航空航天领域，所以其在航空航天中的使用性能显得格外重要。所以金属基复合材料主要朝轻量化、高强度、高韧性、耐高温、耐腐蚀等方面发展。现在航空航天领域里仍旧大量使用金属基复合材料，不过民用领域也有大量使用，如汽车、摩托车、运动物品（网球拍、羽毛球拍、高尔夫球球头、撑杆等等）。
陶瓷基复合材料
在陶瓷基体中加入增强相，以增强陶瓷脆性，提高其耐高温性能为主的复合材料。一般工业生产的陶瓷制品，知名弱点--脆性大。由于没有塑性变形，使用中极易因脆性而断裂。而且脆性断裂是突发性的，并没有像塑性断裂一样的断裂前征兆，所以危害极大。然而陶瓷的硬度高、强度大、耐高温性能相对于其它材料较好，即促使人们研究在陶瓷中加入增强相从而提高其脆性性能。
树脂基复合材料：以有机物为基体，加入增强体的复合材料。
碳碳复合材料
data/attachment/portal/201111/06/151737xncv2rzfwewnoi2n.jpg三层复合材料
以碳（石墨）作为基体，加入由碳做成的增强相（碳纤维，碳晶须，碳颗粒）的复合材料。注意提高耐高温，高温氧化性能。此外，也有将线状材料配置于基体中，此类复合材料称为配列型，如钢筋混凝土和预应力混凝土等。随着原材料成本的下降和制造技术的改进，有些应用于国防、宇航等工程的新型复合材料也将逐步应用于民用工程。
60年代，为满足航空航天等尖端技术所用材料的需要，先后研制和生产了以高性能纤维（如碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维等）为增强材料的复合材料，其比强度大于4×106厘米（cm），比模量大于4×108cm。为了与第一代玻璃纤维增强树脂复合材料相区别，将这种复合材料称为先进复合材料。按基体材料不同，先进复合材料分为树脂基、金属基和陶瓷基复合材料。其使用温度分别达250～350℃、350～1200℃和1200℃以上。先进复合材料除作为结构材料外，还可用作功能材料，如梯度复合材料(材料的化学和结晶学组成、结构、空隙等在空间连续梯变的功能复合材料)、机敏复合材料（具有感觉、处理和执行功能，能适应环境变化的功能复合材料）、仿生复合材料、隐身复合材料等。
纳米复合材料
复合材料由于其优良的综合性能，特别是其性能的可设计性被广泛应用于航空航天、国防、交通、体育等领域，纳米复合材料则是其中最具吸引力的部分，近年来发展很快，世界发达国家新材料发展的战略都把纳米复合材料的发展放到重要的位置。该研究方向主要包括纳米
data/attachment/portal/201111/06/151737wp00u4vo8touog0n.jpg高温纳米复合材料
聚合物基复合材料、纳米碳管功能复合材料、纳米钨铜复合材料。
在纳米聚合物基复合材料方面，主要采用同向双螺杆挤出方法分散纳米粉体，分散水平达到纳米级，得到了性能符合设计要求的纳米复合材料。我们制备的纳米蒙脱土/PA6复合材料中，纳米蒙脱土的层间距为1.96nm，处于国内同类材料的领先水平（中国科学院为1.5~1.7nm），蒙脱土复合到尼龙基体中后完全剥离成为厚度1~1.5nm的纳米微粒，其复合材料的耐温性能、阻隔性能、抗吸水性能均非常优秀，此材料已经实现了产业化；正在开发的纳米TiO2/聚丙烯复合材料具有优良的抗菌效果，纳米TiO2粉体在聚丙烯中分散达到60nm以下，此项技术正在申报发明专利。由于纳米聚合物复合材料的成型工艺不同于普通的聚合物，本方向还积极开展新的成型方法研究，以促进纳米复合材料产业化的进行。
碳纳米管是上个世纪九十年代初发现的一种新型的碳团簇类纤维材料，具有许多特别优秀的性能。我们在碳纳米管取得的研究成果主要包括：
1）大规模生产多壁碳纳米管的技术，生产出的碳纳米管的质量处于世界先进水平，生产成本也很低，为碳纳米管的工业应用创造了条件。
2）开发了制造碳纳米管为电极材料的双电层大容量电容器的技术。
3）开发了制造具有软基底定向碳纳米管膜的技术。
钨铜复合材料具有良好的导电导热性、低的热膨胀系数而被广泛地用作电接触材料、电子封装和热沉材料。采用纳米粉末制备的纳米钨铜复合材料具有非常优越的物理力学性能，我们采用国际前沿的金属复合盐溶液雾化干燥还原技术成功制备了纳米钨铜复合粉体和纳米氮化钨－铜复合粉体，目前正在加紧其产业化应用研究。
功能复合材料
功能复合材料是指除机械性能以外而提供其他物理性能的
data/attachment/portal/201111/06/151737hxuouo2lnkxo5ttq.jpg功能复合材料及其应用
复合材料。如:导电、超导、半导、磁性、压电、阻尼、吸波、透波、磨擦、屏蔽、阻燃、防热、吸声、隔热等凸显某一功能。统称为功能复合材料。功能复合材料主要由功能体和增强体及基体组成。功能体可由一种或以上功能材料组成。多元功能体的复合材料可以具有多种功能。同时，还有可能由于复合效应而产生新的功能。多功能复合材料是功能复合材料的发展方向。
塑木复合材料
塑木是以锯末、木屑、竹屑、稻壳、麦秸、大豆皮、花生壳、甘蔗渣、棉秸秆等低值生物质纤维为主原料，与塑料合成的一种复合材
data/attachment/portal/201111/06/1517371nddijyjzg6dv9wj.jpg复合材料塑木
料。
它同时具备植物纤维和塑料的优点，适用范围广泛，几乎可涵盖所有原木、塑料、塑钢、铝合金及其它类似复合材料的使用领域，同时也解决了塑料、木材行业废弃资源的再生利用问题。
其主要特点为：原料资源化、产品可塑化、使用环保化、成本经济化、回收再生化
性能
复合材料中以纤维增强材料应用最广、用量最大。其特点是比重小、比强度和比模量大。例如碳纤维与环氧树脂复合的材料，其比强度和比模量均比钢和铝合金大数倍，还具有优良的化学稳定性、减摩耐磨、自润滑、耐热、耐疲劳、耐蠕变、消声、电绝缘等性能。石墨纤维与树脂复合可得到膨胀系数几乎等于零的材料。纤维增强材料的另一个特点是各向异性，因此可按制件不同部位的强度要求设计纤维的排列。以碳纤维和碳化硅纤维增强的铝基复合材料，在500℃时仍能保持足够的强度和模量。碳化硅纤维与钛复合，不但钛的耐热性提高，且耐磨损，可用作发动机风扇叶片。碳化硅纤维与陶瓷复合，使用温度可达1500℃，比超合金涡轮叶片的使用温度（1100℃）高得多。碳纤维增强碳、石墨纤维增强碳或石墨纤维增强石墨，构成耐烧蚀材料，已用于航天器、火箭导弹和原子能反应堆中。非金属基复合材料由于密度小，用于汽车和飞机可减轻重量、提高速度、节约能源。用碳纤维和玻璃纤维混合制成的复合材料片弹簧，其刚度和承载能力与重量大5倍多的钢片弹簧相当。
成型方法
复合材料的成型方法按基体材料不同各异。树脂基复合材料的成型方法较多，有手糊成型、喷射成型、纤维缠绕成型、模压成型、拉挤成型、RTM成型、热压罐成型、隔膜成型、迁移成型、反应注射成型、软膜膨胀成型、冲压成型等。如：爬梯、复合电缆支架等。金属基复合材料成型方法分为固相成型法和液相成型法。前者是在低于基体熔点温度下，通过施加压力实现成型，包括扩散焊接、粉末冶金、热轧、热拔、热等静压和爆炸焊接等。后者是将基体熔化后，充填到增强体材料中，包括传统铸造、真空吸铸、真空反压铸造、挤压铸造及喷铸等、陶瓷基复合材料的成型方法主要有固相烧结、化学气相浸渗成型、化学气相沉积成型等。