1．復合材料組成、分類和特點
復合材料中至少包括基體相和增強相兩大類。基體相起粘結、保護增強相并把外加荷載造成的應力傳遞到增強相上去的作用，基體相可以由金屬、樹脂和陶瓷等構成，在承載中，基體相承受應力作用的比例不大；增強相是主要承載相，并起著提高強度(或韌性)的作用，增強相的形態(tài)各異，有纖維狀、細粒狀和片狀等。工程上開發(fā)應用較多的是纖維增強復合材料。通常有如下幾種分類方法。
按基體材料類型可分為：有機材料基、無機非金屬材料基和金屬基復合材料三大類
按增強相體類型可分為：顆粒增強型、纖維增強型和板狀增強型復合材料三大類。
按用途可分為結構復合材料與功能復合材料兩大類。結構復合材料指以承受荷載為主要目的，作為受力結構使用的復合材料。功能復合材料指具有除力學性能以外其他物理性能的復合材料，即具有各種電學性能、磁學性能、光學性能、熱學性能、聲學性能、摩擦性能、阻尼性能以及化學分離性能等的復合材料。
以增強纖維類型分為碳纖維復合材料、玻璃纖維復合材料、有機纖維復合材料、復合纖維復合材料和混雜纖維復合材料等。
與普通材料相比，復合材料具有許多特性，可改善或克服單一材料的弱點，充分發(fā)揮它們的優(yōu)點，并賦予材料新的性能；可按照構件的結構和受力要求，給出預定的分布、合理的配套性能，進行材料的設計等。具體表現(xiàn)在：
(1)高比強度和高比模量。復合材料的突出優(yōu)點是比強度和比模量高。比強度和比模量是度量材料承載能力的一個指標，如碳纖維增強樹脂復合材料的比模量比鋼和鋁合金高5倍，其比強度也高3倍以上。
(2)耐疲勞性高。疲勞破壞是材料在交變荷載作用下，由于裂縫的形成和擴展而形成的低應力破壞。復合材料疲勞強度較高，如碳纖維不飽和聚酯樹脂復合材料疲勞極限可達其拉伸強度的70％～80％，而金屬材料只有40％～50％。
(3)抗斷裂能力強。纖維復合材料中有大量獨立存在的纖維，一般每平方厘米上有幾千到幾萬根，由具有韌性的基體把它們結合成整體，當纖維復合材料構件由于超載或其他原因使少數(shù)纖維斷裂時，荷載就會重新分配到其他未斷裂的纖維上，使構件不至于在短時間內(nèi)發(fā)生突然破壞。因此復合材料都具有比較高的斷裂韌性。
(4)減振性能好。結構的自振頻率與結構本身的質量和形狀有關，并與材料比模量的平方根成正比。如果材料的自振頻率高，就可避免在工作狀態(tài)下產(chǎn)生共振及由此引起的早期破壞。
(5)高溫性能好，抗蠕變能力強。由于纖維材料在高溫下仍能保持較高的強度，所以一纖維增強復合材料，如碳纖維增強樹脂復合材料的耐熱性比樹脂基體有明顯提高。而金屬基復合材料在耐熱性方面更顯示出其優(yōu)越性，如鋁合金的強度隨溫度的增加下降得很快，而用石英玻璃增強鋁基復合材料，在500℃下能保持室溫強度的40％。碳化硅纖維、氧化鋁纖維與陶瓷復合，在空氣中能耐1200～1400℃高溫，要比所有超高溫合金的耐熱性高出100℃以上。將其用于柴油發(fā)動機，可取消原來的散熱器、水泵等冷卻系統(tǒng)，使質量減輕約100kg；而用于汽車發(fā)動機，使用溫度可高達1370℃。
(6)耐腐蝕性好。很多種復合材料都能耐酸堿腐蝕，如玻璃纖維增強酚醛樹脂復合材料，在含氯離子的酸性介質中能長期使用，可用來制造耐強酸、鹽、酯和某些溶劑的化工管道、泵、閥、容器和攪拌器等設備。
(7)復合材料還具有較優(yōu)良的減摩性、耐磨性、自潤滑性和耐蝕性等特點，而且復合材料構件制造工藝簡單，表現(xiàn)出良好的工藝性能，適合整體成型。在制造復合材料的同時，也就獲得了制件，從而減少了零部件、緊固件和接頭的數(shù)目，并可節(jié)省原材料和工時。但因纖維增強復合材料為各向異性材料，對復雜受力件顯然不適應，因為它的橫向拉伸強度和層間剪切強度都很低。此外，復合材料抗沖擊能力還不是很好，且成本太高，使其應用受到限制。
2．復合材料增強體
(1)纖維增強體。復合材料中的纖維增強體，是廣義的概念即不單指纖維束絲，還包括紡織布、帶、氈等纖維制品。纖維增強體按其組成可以分為無機纖維增強體和有機纖維增強體兩大類，無機纖維包括玻璃纖維、碳纖維、硼纖維及碳化硅纖維等；有機纖維包括芳綸、尼龍纖維及聚烯烴纖維等。按其性能可以分為高性能纖維增強體和一般纖維增強體兩種，高性能纖維增強體指具有超高強度和超高模量的各種纖維增強體，包括碳纖維、芳綸、全芳香族聚酯、超高相對分子質量聚乙烯纖維以及其他具有伸直鏈結晶結構的纖維。一般纖維增強體是指強度不很高，產(chǎn)量比較大，來源比較豐富的纖維。主要有玻璃纖維、石棉纖維、礦物纖維、棉纖維、亞麻纖維和合成纖維等。
在纖維增強體中，玻璃纖維是應用最為廣泛的增強體?？勺鳛闃渲驘o機非金屬基復合材料的增強材料，玻璃纖維具有成本低、不燃燒、耐熱、耐化學腐蝕性好、拉伸強度和沖擊強度高、斷裂延伸率小、絕熱性及絕緣性好等特點。
除上述纖維增強體外，金屬纖維增強體、晶須增強體也被用作增強體。陶瓷晶須可大致分為非氧化物類和氧化物類。
(2)顆粒增強體。復合材料中的顆粒增強體按顆粒尺寸的大小可以分為兩類，一類是顆粒尺寸在0.1～1.0um以上的顆粒增強體，它們與金屬基體或陶瓷基體復合的材料在耐磨性能、耐熱性能及超硬性能方面都有很好的應用前景；另一類是顆粒尺寸在0.01～0.10um范圍內(nèi)的微粒增強體，其強化機理與第一類不同，由于微粒對基體位錯運動的阻礙而產(chǎn)生強化，屬于彌散強化。
(3)片狀增強體。片狀增強體通常為長與寬尺度相近的薄片。片狀增強體有天然、人造和在復合工藝過程中自身生長出來的三種類型。天然片狀增強體的典型代表是云母；人造的片狀增強體有玻璃、鋁和銀等。
3．復合材料基體
(1)樹脂基體。樹脂基復合材料是復合材料中最主要的一類，通常稱為增強塑料。樹脂基復合材料已作為最實用的輕質結構材料，在復合材料工業(yè)中占有重要地位。
常用的熱固性樹脂基體，有不飽和聚酯樹脂，它以其室溫低壓成型的突出優(yōu)點，使其成為玻璃纖維增強塑料用的主要樹脂；還有環(huán)氧樹脂，它廣泛用作碳纖維及絕緣復合材料；酚醛樹脂用作摩擦復合材料。
常用的熱塑性樹脂主要有通用型和工程型樹脂兩類。前者僅能作為非結構材料使用，產(chǎn)量大、價格低，但性能一般，主要品種有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯等。后者則可作為結構材料使用，通常在特殊的環(huán)境中使用。一般具有優(yōu)良的機械性能、耐磨性和尺寸穩(wěn)定性、電性能，耐熱性和耐腐蝕性能。主要品種有聚酰胺、聚甲醛、聚苯醚、聚酯和聚碳酸酯等。
復合材料中至少包括基體相和增強相兩大類。基體相起粘結、保護增強相并把外加荷載造成的應力傳遞到增強相上去的作用，基體相可以由金屬、樹脂和陶瓷等構成，在承載中，基體相承受應力作用的比例不大；增強相是主要承載相，并起著提高強度(或韌性)的作用，增強相的形態(tài)各異，有纖維狀、細粒狀和片狀等。工程上開發(fā)應用較多的是纖維增強復合材料。通常有如下幾種分類方法。
按基體材料類型可分為：有機材料基、無機非金屬材料基和金屬基復合材料三大類
按增強相體類型可分為：顆粒增強型、纖維增強型和板狀增強型復合材料三大類。
按用途可分為結構復合材料與功能復合材料兩大類。結構復合材料指以承受荷載為主要目的，作為受力結構使用的復合材料。功能復合材料指具有除力學性能以外其他物理性能的復合材料，即具有各種電學性能、磁學性能、光學性能、熱學性能、聲學性能、摩擦性能、阻尼性能以及化學分離性能等的復合材料。
以增強纖維類型分為碳纖維復合材料、玻璃纖維復合材料、有機纖維復合材料、復合纖維復合材料和混雜纖維復合材料等。
與普通材料相比，復合材料具有許多特性，可改善或克服單一材料的弱點，充分發(fā)揮它們的優(yōu)點，并賦予材料新的性能；可按照構件的結構和受力要求，給出預定的分布、合理的配套性能，進行材料的設計等。具體表現(xiàn)在：
(1)高比強度和高比模量。復合材料的突出優(yōu)點是比強度和比模量高。比強度和比模量是度量材料承載能力的一個指標，如碳纖維增強樹脂復合材料的比模量比鋼和鋁合金高5倍，其比強度也高3倍以上。
(2)耐疲勞性高。疲勞破壞是材料在交變荷載作用下，由于裂縫的形成和擴展而形成的低應力破壞。復合材料疲勞強度較高，如碳纖維不飽和聚酯樹脂復合材料疲勞極限可達其拉伸強度的70％～80％，而金屬材料只有40％～50％。
(3)抗斷裂能力強。纖維復合材料中有大量獨立存在的纖維，一般每平方厘米上有幾千到幾萬根，由具有韌性的基體把它們結合成整體，當纖維復合材料構件由于超載或其他原因使少數(shù)纖維斷裂時，荷載就會重新分配到其他未斷裂的纖維上，使構件不至于在短時間內(nèi)發(fā)生突然破壞。因此復合材料都具有比較高的斷裂韌性。
(4)減振性能好。結構的自振頻率與結構本身的質量和形狀有關，并與材料比模量的平方根成正比。如果材料的自振頻率高，就可避免在工作狀態(tài)下產(chǎn)生共振及由此引起的早期破壞。
(5)高溫性能好，抗蠕變能力強。由于纖維材料在高溫下仍能保持較高的強度，所以一纖維增強復合材料，如碳纖維增強樹脂復合材料的耐熱性比樹脂基體有明顯提高。而金屬基復合材料在耐熱性方面更顯示出其優(yōu)越性，如鋁合金的強度隨溫度的增加下降得很快，而用石英玻璃增強鋁基復合材料，在500℃下能保持室溫強度的40％。碳化硅纖維、氧化鋁纖維與陶瓷復合，在空氣中能耐1200～1400℃高溫，要比所有超高溫合金的耐熱性高出100℃以上。將其用于柴油發(fā)動機，可取消原來的散熱器、水泵等冷卻系統(tǒng)，使質量減輕約100kg；而用于汽車發(fā)動機，使用溫度可高達1370℃。
(6)耐腐蝕性好。很多種復合材料都能耐酸堿腐蝕，如玻璃纖維增強酚醛樹脂復合材料，在含氯離子的酸性介質中能長期使用，可用來制造耐強酸、鹽、酯和某些溶劑的化工管道、泵、閥、容器和攪拌器等設備。
(7)復合材料還具有較優(yōu)良的減摩性、耐磨性、自潤滑性和耐蝕性等特點，而且復合材料構件制造工藝簡單，表現(xiàn)出良好的工藝性能，適合整體成型。在制造復合材料的同時，也就獲得了制件，從而減少了零部件、緊固件和接頭的數(shù)目，并可節(jié)省原材料和工時。但因纖維增強復合材料為各向異性材料，對復雜受力件顯然不適應，因為它的橫向拉伸強度和層間剪切強度都很低。此外，復合材料抗沖擊能力還不是很好，且成本太高，使其應用受到限制。
2．復合材料增強體
(1)纖維增強體。復合材料中的纖維增強體，是廣義的概念即不單指纖維束絲，還包括紡織布、帶、氈等纖維制品。纖維增強體按其組成可以分為無機纖維增強體和有機纖維增強體兩大類，無機纖維包括玻璃纖維、碳纖維、硼纖維及碳化硅纖維等；有機纖維包括芳綸、尼龍纖維及聚烯烴纖維等。按其性能可以分為高性能纖維增強體和一般纖維增強體兩種，高性能纖維增強體指具有超高強度和超高模量的各種纖維增強體，包括碳纖維、芳綸、全芳香族聚酯、超高相對分子質量聚乙烯纖維以及其他具有伸直鏈結晶結構的纖維。一般纖維增強體是指強度不很高，產(chǎn)量比較大，來源比較豐富的纖維。主要有玻璃纖維、石棉纖維、礦物纖維、棉纖維、亞麻纖維和合成纖維等。
在纖維增強體中，玻璃纖維是應用最為廣泛的增強體?？勺鳛闃渲驘o機非金屬基復合材料的增強材料，玻璃纖維具有成本低、不燃燒、耐熱、耐化學腐蝕性好、拉伸強度和沖擊強度高、斷裂延伸率小、絕熱性及絕緣性好等特點。
除上述纖維增強體外，金屬纖維增強體、晶須增強體也被用作增強體。陶瓷晶須可大致分為非氧化物類和氧化物類。
(2)顆粒增強體。復合材料中的顆粒增強體按顆粒尺寸的大小可以分為兩類，一類是顆粒尺寸在0.1～1.0um以上的顆粒增強體，它們與金屬基體或陶瓷基體復合的材料在耐磨性能、耐熱性能及超硬性能方面都有很好的應用前景；另一類是顆粒尺寸在0.01～0.10um范圍內(nèi)的微粒增強體，其強化機理與第一類不同，由于微粒對基體位錯運動的阻礙而產(chǎn)生強化，屬于彌散強化。
(3)片狀增強體。片狀增強體通常為長與寬尺度相近的薄片。片狀增強體有天然、人造和在復合工藝過程中自身生長出來的三種類型。天然片狀增強體的典型代表是云母；人造的片狀增強體有玻璃、鋁和銀等。
3．復合材料基體
(1)樹脂基體。樹脂基復合材料是復合材料中最主要的一類，通常稱為增強塑料。樹脂基復合材料已作為最實用的輕質結構材料，在復合材料工業(yè)中占有重要地位。
常用的熱固性樹脂基體，有不飽和聚酯樹脂，它以其室溫低壓成型的突出優(yōu)點，使其成為玻璃纖維增強塑料用的主要樹脂；還有環(huán)氧樹脂，它廣泛用作碳纖維及絕緣復合材料；酚醛樹脂用作摩擦復合材料。
常用的熱塑性樹脂主要有通用型和工程型樹脂兩類。前者僅能作為非結構材料使用，產(chǎn)量大、價格低，但性能一般，主要品種有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯等。后者則可作為結構材料使用，通常在特殊的環(huán)境中使用。一般具有優(yōu)良的機械性能、耐磨性和尺寸穩(wěn)定性、電性能，耐熱性和耐腐蝕性能。主要品種有聚酰胺、聚甲醛、聚苯醚、聚酯和聚碳酸酯等。