復(fù)合材料是由兩種或兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組合而成的一種多相固體材料。具有比強(qiáng)度高，比模量高，剪切強(qiáng)度和剪切模量高，高溫性能高，耐熱性高等特性廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。
 

       復(fù)合材料按其性能高低可分為常用復(fù)合材料和先進(jìn)復(fù)合材料；根據(jù)其用途可分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料；按照復(fù)合方式可分為宏觀復(fù)合材料和微觀復(fù)合材料。根據(jù)不同增強(qiáng)體形式可分為纖維復(fù)合材料、顆粒復(fù)合材料、片材復(fù)合材料和疊層復(fù)合材料。還有，可以根據(jù)基體材料的不同細(xì)分為：聚合物基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料和無機(jī)非金屬基復(fù)合材料。本文主要以基體材料的細(xì)分方式介紹復(fù)合材料的制備及其應(yīng)用。

其生產(chǎn)流程見圖1.1。
                
 

圖1.1 復(fù)合材料制品的生產(chǎn)流程圖

       聚合物基復(fù)合材料是聚合物或俗稱樹脂作為基體與粒狀、片狀、纖維狀填充組分作為增強(qiáng)體的復(fù)合材料。按基體的不同還可以分成熱固性樹脂基、熱塑性樹脂基和橡膠基。
 

       其主要制備方法有：預(yù)浸料、手糊成型工藝、噴射成型、袋壓成型、模壓成型、纖維纏繞成型、拉擠成型、熔融流動(dòng)成型、增強(qiáng)反應(yīng)注射成型和樹脂傳遞模塑。
 

       聚合物基復(fù)合材料在建筑、化學(xué)、交通運(yùn)輸、機(jī)械電器、電子工業(yè)及醫(yī)療、國防、航天航空及火箭等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。如手糊成型制得的廣播衛(wèi)星拋物面天線、太陽能電池帆板；纖維纏繞成型可制得雷達(dá)罩、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼、壓力容器；模壓成型制得的整體浴室和汽車保險(xiǎn)杠等等。
 

       金屬基復(fù)合材料是以金屬、合金和金屬間化合物為基體，以無機(jī)纖維和金屬間化合物等為增強(qiáng)體，通過浸滲、固結(jié)工藝制成的復(fù)合材料。根據(jù)其基體的種類可細(xì)分為輕金屬基、高熔點(diǎn)金屬基和金屬間化合物基。
 

       金屬基復(fù)合材料的主要制備工藝方法有：固相法、液相法和原位復(fù)合法。固相法主要有粉末冶金、固態(tài)熱壓法、熱等靜壓法；液態(tài)法主要有真空壓力浸漬法、擠壓鑄造法；原位復(fù)合法主要包括共晶合金定向凝固、直接金屬氧化物法、反應(yīng)生成法。
 

       金屬基復(fù)合材料主要可應(yīng)用于航天、航空、汽車、醫(yī)療、體育用品等領(lǐng)域。如航天飛機(jī)中段主機(jī)身的B/Al關(guān)鍵桁架、臂狀支柱；齒輪；高爾夫球桿擊球頭及各種支架等等。
 

       無機(jī)非金屬復(fù)合材料主要有陶瓷基復(fù)合材料、水泥基復(fù)合材料和碳基復(fù)合材料。
 

       陶瓷基復(fù)合材料是以陶瓷材料為基體，并以陶瓷、碳纖維和難熔金屬的纖維、晶須、晶片和顆粒為增強(qiáng)體，通過適當(dāng)?shù)膹?fù)合工藝所構(gòu)成的復(fù)合材料。主要可細(xì)分為高溫陶瓷基復(fù)合材料、玻璃基復(fù)合材料和玻璃陶瓷基復(fù)合材料。

其制備工藝主要有：粉末冶金法(顆粒）、漿體法（液體法）、熱壓燒結(jié)法、液態(tài)浸漬法、直接氧化法、溶膠-凝膠法、化學(xué)氣相浸漬法（CVI）、先驅(qū)體轉(zhuǎn)化和反應(yīng)熔融浸滲（RMI）等。
 

       陶瓷基復(fù)合材料可應(yīng)用于切削工具方面及航空航天領(lǐng)域的研究。如刀具、滑動(dòng)構(gòu)件、發(fā)動(dòng)機(jī)制件、能源構(gòu)件等。法國已將長纖維增強(qiáng)炭化硅復(fù)合材料應(yīng)用于制造高速列車的制動(dòng)件，顯示出優(yōu)異的摩擦磨損特性，取得滿意的使用效果。
 

       水泥基復(fù)合材料是膠凝材料，水和粗、細(xì)骨料（集料）按適當(dāng)比例拌和均勻，經(jīng)澆搗成型后硬化而成。

其成型工藝主要包括：直接噴射法、噴射脫水法、預(yù)混料澆鑄法、抄造法。其制備工藝原理為：聚合物浸漬混凝土是把成型的混凝土的構(gòu)件通過干燥機(jī)抽真空派出混凝土結(jié)構(gòu)空襲中的水分和空氣，然后把混凝土構(gòu)件浸于溶液孔隙中，通過加熱或是加射線使得單體在混凝土結(jié)構(gòu)孔隙中聚合形成聚合物。這樣聚合物就填充了混凝土的結(jié)構(gòu)孔隙，并改善了混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，從而使混凝土的使用性能得到了改善。
 

       主要可以在地面和道路工程、建筑結(jié)構(gòu)工程、修補(bǔ)工程中大量使用。
 

      碳基復(fù)合材料是基體為碳的復(fù)合材料，主要為C/C復(fù)合材料主要分為樹脂碳、瀝青碳、沉積碳。

      成型制備加工方法主要有化學(xué)氣相沉積（CVD）、液態(tài)浸漬-炭化工藝。其中CVD法包括等溫工藝、壓力梯度工藝、溫度梯度工藝三種工藝手段。其詳細(xì)成型方法見圖1.2。
 

       C/C復(fù)合材料可應(yīng)用于航空航天、一般工業(yè)、生物材料領(lǐng)域中。如火箭及導(dǎo)彈所用的燒蝕材料；小汽車中的懸臂、車頂、車輪、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋板、框架和橫梁、傳動(dòng)軸和保險(xiǎn)杠燈。且由于碳材料有很好的生物相容性，也可在生物材料領(lǐng)域中使用，如人造髖關(guān)節(jié)等。
                 

圖1.2 C/C復(fù)合材料成型制備加工方法

       碳纖維根據(jù)原料不同，可以分為聚丙烯腈基碳纖維、黏膠基碳纖維和瀝青基碳纖維三種。

       碳纖維主要經(jīng)過原料的聚合，紡絲，冤死預(yù)氧化，炭化和石墨化之后即可制得。

       聚丙烯腈溶液聚合、乳液聚合、懸浮聚合和本體聚合，通過濕法紡絲或者是干噴濕紡法紡絲制得原絲。黏膠基碳纖維和瀝青基碳纖維的制備工藝流程具體見圖2.1所示。
              

                                      圖2.1生產(chǎn)黏膠基碳纖維的工藝流程示意
                    
                                圖2.2 瀝青基碳纖維的制造工藝流程

       碳纖維在航天航空、文體器材、醫(yī)用器材、新能源、土木建筑、汽車與火車、電子電器及儀器、機(jī)械等許多領(lǐng)域都可以應(yīng)用。諸如飛機(jī)的一次結(jié)構(gòu)材料、二次結(jié)構(gòu)材料、內(nèi)裝飾材料；釣具、網(wǎng)拍；太陽能發(fā)電版；自動(dòng)門地板；賽車底盤等等都可以使用。
 

      碳纖維屬于多學(xué)科、多技術(shù)的高新技術(shù)產(chǎn)品，屬于高能耗高附加值的新產(chǎn)品。碳纖維很少直接應(yīng)用，大多是經(jīng)深加工制成中間產(chǎn)物或復(fù)合材料使用。復(fù)合材料其廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域使得它具有極大的開發(fā)價(jià)值，對復(fù)合材料及碳纖維的更深入研究將帶來更大的價(jià)值。