復(fù)合材料(Composite materials)，是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過物理或化學(xué)的方法，在宏觀上組成具有新性能的材料。各種材料在性能上互相取長補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。
碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料是以有機(jī)高分子材料為基體、碳纖維為增強(qiáng)材料,通過復(fù)合工藝制備而成,具有明顯優(yōu)于原組分性能的一類新型材料”。它具有高比強(qiáng)度、高比模量、抗疲勞、耐腐蝕、可設(shè)計一性強(qiáng)、便于大面積整體成型以及具有特殊電磁性能等特點,已經(jīng)成為最重要的航空結(jié)構(gòu)材料之一。
碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料所用基體樹脂主要分為兩大類，一類是熱固性樹脂，另一類是熱塑性樹脂。熱固性樹脂由反應(yīng)性低分子量預(yù)聚體或帶有活性基團(tuán)高分子量聚合物組成,成型過程中,在固化劑或熱作用下進(jìn)行交聯(lián)、縮聚,形成不熔不溶的交聯(lián)體型結(jié)構(gòu)。常用的有環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、雙馬來亞酞胺樹脂等。熱塑性樹脂由線型高分子量聚合物組成，在一定條件下溶解和熔融，只發(fā)生物理變化。常用的有聚乙烯、尼龍、聚醚醚酮等。
陶瓷具有優(yōu)異的耐蝕性、耐磨性、耐高溫性和化學(xué)穩(wěn)定性,廣泛應(yīng)用于工和民用產(chǎn)品。但是,它的致命弱點是脆性大,并且對裂紋、氣孔和夾雜物等細(xì)微的缺陷很敏感。用碳纖維增強(qiáng)陶瓷可有效地改善韌性,改變陶瓷的脆性斷裂形態(tài),同時阻止裂紋在陶瓷基體中的迅速傳播、擴(kuò)展。目前國內(nèi)外比較成熟的碳纖維增強(qiáng)陶瓷材料是碳纖維增強(qiáng)碳化硅材料,因其具有優(yōu)良的高溫力學(xué)性能，在高溫下服役不需要額外的隔熱措施,因而在航空發(fā)動機(jī)、可重復(fù)使用航天飛行器等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。
碳/碳復(fù)合材料是碳纖維增強(qiáng)碳基復(fù)合材料的簡稱,也是一種高級復(fù)合材料。它是由碳纖維或織物、編織物等增強(qiáng)碳基復(fù)合材料構(gòu)成。碳/碳復(fù)合材料主要由各類碳組成,即纖維碳、樹脂碳和沉積碳。這種完全由人工設(shè)計、制造出來的純碳元素構(gòu)成的復(fù)合材料具有許多優(yōu)異性能,除具備高強(qiáng)度、高剛性、尺寸穩(wěn)定、抗氧化和耐磨損等特性外,還具有較高的斷裂韌性和假塑性。特別是在高溫環(huán)境中,強(qiáng)度高、不熔不燃,僅是均勻燒蝕.這是任何金屬材料無法與其比擬的。因此廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈彈頭,固體火箭發(fā)動機(jī)噴管以及飛機(jī)剎車盤等高科技領(lǐng)。
碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料是以碳纖維為增強(qiáng)纖維,金屬為基體的復(fù)合材料。碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料與金屬材料相比,具有高的比強(qiáng)度和比模量；與陶瓷相比,具有高的韌性和耐沖擊性能。金屬基體多采用鋁、鎂、鎳、鈦及它們的合金等。其中,碳纖維增強(qiáng)鋁、鎂復(fù)合材料的制備技術(shù)比較成熟。制造碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的主要技術(shù)難點是碳纖維的表面涂層,以防止在復(fù)合過中損傷碳纖維,從而使復(fù)合材料的整體性能下降.目前,在制備碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料時碳纖維的表面改性主要采用氣相沉積、液鈉法等,但因其過程復(fù)雜、成本高,限制了碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的推廣應(yīng)用。
將碳纖維加人到水泥基體中即制成碳纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料(Carbon Fiber Reinforced Ce-ment Compoistes,簡稱CFRC），稱纖維增強(qiáng)混凝土。在水泥基材料中摻入高強(qiáng)碳纖維是提高水泥復(fù)合材料抗裂、抗?jié)B、抗剪強(qiáng)度和彈性模量,控制裂紋擴(kuò)展，提高耐強(qiáng)堿性，增強(qiáng)變形能力的重要措施。
此外，碳纖維還具有震動阻尼特性，可吸收震動波，使防地震能力和抗彎強(qiáng)度提高十幾倍。更為可貴的是，碳纖維具有導(dǎo)電性，將其加入到水泥基體中，賦于水泥基體智能性，極大地擴(kuò)大了混凝土的應(yīng)用范圍。
CFRC復(fù)合材料在承受負(fù)荷時表面不產(chǎn)生龜裂，其抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性比不增強(qiáng)的高幾倍到十幾倍，其沖擊韌性也相當(dāng)可觀。短切碳纖維增強(qiáng)水泥所用碳纖維的長度一般為3一6nm,直徑為7一20μm，抗拉強(qiáng)度范圍在0.5一0.8GPa。普通水泥的強(qiáng)度通常為11.76MPa，若按重量摻入15%的碳纖維，其強(qiáng)度可達(dá)到245MPa；若摻人量為20%時，強(qiáng)度可高達(dá)548.8MPa。
此外，與普通混凝土相比，CFRC具有質(zhì)輕、強(qiáng)度高、流動性好、擴(kuò)散性強(qiáng)、成型后表面質(zhì)量高等優(yōu)點,將其用作隔墻時,比普通混凝土制作的隔墻薄1/2~1/3,重量減輕1/2一1/3。CFRC有多種規(guī)格，其中短切碳纖維增強(qiáng)混凝土主要用在屋面、外墻、內(nèi)墻、地面、天棚等方面;長纖維混凝土用在承重構(gòu)件方面,由它制成的構(gòu)件尺寸穩(wěn)定,同時還具有防靜電性、耐磨耗、耐腐蝕等性能,因此,CFRC性能的研究近年來發(fā)展迅猛。