本文介紹了天然復(fù)合材料、經(jīng)典復(fù)合材料、現(xiàn)代復(fù)合材料的特點(diǎn)及主要應(yīng)用領(lǐng)域，并概述了未來復(fù)合材料特點(diǎn)。

天然復(fù)合材料

當(dāng)談?wù)搹?fù)合材料時(shí)，通常指的是為航天飛機(jī)和噴氣飛機(jī)等特定應(yīng)用精心設(shè)計(jì)的堅(jiān)固、輕巧、超現(xiàn)代的材料，但是以這種方式看待復(fù)合材料會很容易忘記長期存在的天然復(fù)合材料。

木材是由木質(zhì)素內(nèi)部中生長的纖維素纖維制成的復(fù)合材料。骨骼是另一種古老的復(fù)合材料，其中膠原纖維對羥基磷灰石基體進(jìn)行增強(qiáng)，甚至人造復(fù)合材料也不一定是高科技和現(xiàn)代專有的，比如混凝土和磚（由用稻草增強(qiáng)的泥土或粘土制成的）是人類發(fā)明的復(fù)合材料的兩個(gè)示例，這些復(fù)合材料已廣泛使用了數(shù)千年。

經(jīng)典復(fù)合材料

第一種現(xiàn)代復(fù)合材料是玻璃纖維增強(qiáng)塑料，簡稱GRFP或GRP，其歷史可追溯至1930年代。如今，GRP通常以膠帶的形式出現(xiàn)，可以粘貼到模具表面上。塑料背帶是將玻璃纖維固定在適當(dāng)位置的基體中，但正是纖維提供了大部分材料的強(qiáng)度。

雖然塑料相對較軟且柔韌，但玻璃纖維卻堅(jiān)固，將兩者放在一起，將獲得堅(jiān)固、耐用的復(fù)合材料，適用于諸如汽車或船體之類的結(jié)構(gòu)件，比使用的金屬或合金輕，并且不易生銹。

現(xiàn)代復(fù)合材料

當(dāng)今的高級復(fù)合材料基體主要是基于金屬、塑料（聚合物）或陶瓷，這為我們提供了現(xiàn)代復(fù)合材料的三種主要類型：金屬基復(fù)合材料（MMC），聚合物基復(fù)合材料（PMC）和陶瓷基復(fù)合材料（CMC）。

1、金屬基復(fù)合材料

它們具有輕質(zhì)金屬（例如鋁或鎂合金）基體，并用陶瓷或碳纖維增強(qiáng)，例如碳化硅增強(qiáng)鋁，以及石墨纖維增強(qiáng)銅、鎳合金，這使金屬的強(qiáng)度比它們自身強(qiáng)了數(shù)百倍。MMC堅(jiān)固、耐磨、防銹且相對輕便，但它們往往價(jià)格昂貴。它們在航空航天（如噴氣發(fā)動機(jī)）、軍事應(yīng)用（氮化硼鋼用于加固坦克）、汽車工業(yè)（柴油發(fā)動機(jī)活塞）和切削工具中很受歡迎。

2、陶瓷基復(fù)合材料

顧名思義，它們使用陶瓷材料（例如硼硅酸鹽玻璃）作為基體，碳纖維或陶瓷纖維（例如碳化硅）增強(qiáng)從而有助于克服普通陶瓷的主要缺點(diǎn)（脆性大、低斷裂韌性等），例如碳纖維增強(qiáng)碳化硅（C/SiC）和碳化硅增強(qiáng)碳化硅（SiC/SiC）。

CMC最初是為航空和軍事應(yīng)用開發(fā)的，在這些應(yīng)用中，輕量化和高溫性能非常重要（例如燃?xì)廨啓C(jī)、噴氣發(fā)動機(jī)排氣噴嘴），CMC也用于汽車制動器和離合器、軸承、熱交換器和核能等領(lǐng)域反應(yīng)堆。由于CMC傾向于用于高溫應(yīng)用，因此聚合物纖維和常規(guī)的低熔點(diǎn)玻璃纖維通常不用作增強(qiáng)材料。

3、聚合物基復(fù)合材料

盡管CMC中的纖維使其更堅(jiān)硬且不那么脆，但在PMC中，陶瓷或碳纖維增強(qiáng)使基體增加了強(qiáng)度和剛度。在PMC中，塑料基體既可以是熱塑性塑料（通過加熱使之軟化并重塑）如聚酰胺，也可以是熱固性塑料（即使在重新加熱后仍能保持其形狀） ）如環(huán)氧樹脂。

一般而言，基于熱固性塑料的PMC相比于基于熱塑性塑料的PMC在承受高溫和溶劑侵蝕方面更勝一籌，但它們并不那么堅(jiān)固，而且它們還需要很長的制造時(shí)間，因此不適合快速、廉價(jià)、批量生產(chǎn)。

輕質(zhì)、高剛度、高強(qiáng)度和耐腐蝕性使PMC成為制造汽車、輪船和飛機(jī)零件的出色材料，它們還廣泛用于體育用品（例如網(wǎng)球拍、高爾夫球桿、滑雪板和滑雪板）。盡管基于環(huán)氧樹脂的熱固性PMC在航空航天中得到了廣泛應(yīng)用，但在這些應(yīng)用中，能夠承受高溫的基于熱塑性的PMC也變得越來越重要。

未來復(fù)合材料

當(dāng)前的許多研究都集中在通過使用直徑小1000倍的纖維即納米纖維來改善復(fù)合材料上，這些所謂的納米復(fù)合材料是納米技術(shù)的一個(gè)例子，通常使用碳納米管或納米顆粒作為增強(qiáng)材料。

與傳統(tǒng)復(fù)合材料相比，它們可能更便宜并且具有更好的機(jī)械和電性能，如柯爾特曲棍球公司現(xiàn)在正在宣傳涂有鎳-鈷納米復(fù)合材料的碳纖維曲棍球棒，它的強(qiáng)度是“強(qiáng)于鋼的2.8倍，柔韌性比鋼高20％”。