复合材料的定义

复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。各种组成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。通常，复合材料由连续相的基体和被基体包容的增强相组成。例如，玻璃钢就是一种常见的复合材料，它以玻璃纤维作为增强相，树脂作为基体。

复合材料的性能特点

1. 比强度和比模量高

    比强度是材料的强度与密度之比，比模量是材料的弹性模量与密度之比。很多复合材料，如碳纤维增强复合材料，其比强度和比模量都远高于传统的金属材料。这意味着在相同的受力条件下，使用复合材料可以减轻结构的重量。以航空航天领域为例，采用碳纤维增强复合材料制造飞机的机翼和机身等部件，能够显著降低飞机的自重，从而提高燃油效率、增加航程和有效载荷。

2. 可设计性强

    复合材料可以根据不同的使用要求，通过选择合适的基体材料、增强材料以及它们的组合方式和比例，来设计出具有特定性能的材料。例如，在制造体育用品时，可以根据不同运动项目的需求，调整复合材料中纤维的取向和含量，使产品具有不同的强度、刚度和韧性。像网球拍，通过合理设计复合材料的结构，可以使球拍在具有足够强度的同时，还具备良好的弹性和减震性能，提高运动员的击球体验。

3. 抗疲劳性能好

  一般金属材料的疲劳强度极限只有其拉伸强度的30% - 50%，而复合材料中的纤维与基体之间的界面能够有效地阻止裂纹的扩展，使其疲劳强度极限可达到拉伸强度的70% - 80%。例如，在汽车发动机的连杆、飞机的机翼等承受交变载荷的部件中使用复合材料，可以大大提高部件的使用寿命和可靠性。

4. 减震性能好

    复合材料中的基体和增强相之间存在着大量的界面，这些界面能够吸收和消耗振动能量，从而使复合材料具有良好的减震性能。在机械制造领域，使用复合材料制造的机床床身，可以有效地减少机床在加工过程中的振动，提高加工精度和表面质量。

5. 耐化学腐蚀性好

    许多复合材料的基体材料具有良好的耐化学腐蚀性能，能够在酸、碱、盐等腐蚀环境中使用。例如，在化工行业中，玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）被广泛应用于制造储存和输送各种腐蚀性液体的容器、管道等设备，可有效防止设备被腐蚀，延长使用寿命。

6. 热性能良好

    一些复合材料具有良好的耐热性和隔热性。例如，陶瓷基复合材料具有很高的熔点和良好的高温强度，可用于制造航空发动机的高温部件，如涡轮叶片等；而一些纤维增强复合材料还可以作为隔热材料，应用于建筑、航天等领域，减少热量的传递。

复合材料的应用

1. 航空航天领域

    在航空航天领域，复合材料的应用非常广泛。如前面提到的，碳纤维增强复合材料用于制造飞机的机翼、机身、尾翼等结构部件，能够减轻飞机重量，提高飞行性能。在航天器方面，复合材料可用于制造卫星的结构件、太阳能电池板的支撑结构等。此外，先进的陶瓷基复合材料还被应用于航空发动机的热端部件，以承受高温和高压环境，提高发动机的性能和效率。

2. 国防军事领域

    在军事装备中，复合材料发挥着重要作用。例如，坦克和装甲车的防护装甲采用复合材料可以在减轻重量的同时提高防护性能；导弹的弹体和发动机壳体使用复合材料能够增加导弹的射程和速度；军事舰艇的船体和上层建筑采用复合材料可以降低舰艇的重量和雷达反射面积，提高舰艇的隐身性能和机动性。

3. 交通运输领域

 汽车工业：汽车制造商越来越多地采用复合材料来减轻车身重量，提高燃油经济性和性能。例如，宝马i3和i8电动汽车采用了碳纤维增强塑料（CFRP）车身，使车辆重量大幅减轻，续航里程得到有效提升。此外，复合材料还可用于制造汽车的发动机部件、内饰件等。

轨道交通：在轨道交通领域，复合材料可用于制造列车车体、转向架等关键部件，减轻列车重量，降低能耗，提高运行速度和舒适性。如中车青岛四方机车车辆股份有限公司研制的我国首列全碳纤维复合材料地铁车体，相比传统铝合金车体重量减轻了约35%。

4. 能源领域

 风力发电：风力发电机叶片的长度和重量对发电效率至关重要。随着风力发电技术的发展，叶片越来越长，对材料的强度和轻量化要求也越来越高。碳纤维增强复合材料具有高强度、低密度的特点，能够满足大型风力发电机叶片的设计要求。

 新能源汽车：除了在汽车车身轻量化方面的应用，复合材料还可用于制造新能源汽车的电池壳体和充电设施等部件。

5. 建筑领域

    在建筑领域，复合材料主要用于结构加固和新型建筑材料的制造。例如，碳纤维布和碳纤维板可用于加固桥梁、工业与民用建筑等结构，提高结构的承载能力和抗震性能；碳纤维增强混凝土、碳纤维保温板等新型建筑材料具有优异的性能，能够提高建筑的节能、环保和安全性能

6. 体育休闲领域

   在体育休闲领域，复合材料被广泛应用于制造各种体育器材和休闲用品。如高尔夫球杆、网球拍、羽毛球拍、自行车等体育器材采用复合材料可以提高其性能和品质；游艇、帆船、滑雪板等休闲用品使用复合材料能够减轻重量，提高使用的便利性和舒适性。

7. 医疗领域

    复合材料在医疗领域也有重要应用。例如，碳纤维复合材料具有良好的生物相容性和射线透过性，被广泛应用于医疗器械的制造，如X光机的检查床、手术台和假肢等；在康复设备领域，复合材料可用于制造轮椅、拐杖等康复辅助器具，减轻设备重量，提高患者的使用便利性