航天復(fù)合材料是由兩種或兩種以上異質(zhì)、異形、異構(gòu)的材料通過專門成型工藝復(fù)合而成的一種應(yīng)用于航天飛行器的高性能的新材料體系，復(fù)合的目的是要改善材料的性能，或使材料能滿足某種特殊的物理性能（如光、電、熱、聲、磁等）要求。復(fù)合材料按使用要求大致分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料，在航空航天領(lǐng)域，和今后 20～30 年的發(fā)展主流是用于制造空天飛行器結(jié)構(gòu)件的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料（簡稱 CFRP），在此基礎(chǔ)上發(fā)展結(jié)構(gòu)/功能一體化和智能化結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，以滿足越來越先進(jìn)的空天飛行器的要求。 

概況

復(fù)合材料是通過科學(xué)的設(shè)計(jì)和合理的工藝，把兩種以上不同材料組合成一種新型材料。

復(fù)合材料的設(shè)想是第二次世界大戰(zhàn)中提出來的。在大戰(zhàn)中，正義的國家為打敗侵略者使用了各種可能的技術(shù)。各種技術(shù)在戰(zhàn)爭中都受到了實(shí)際的檢驗(yàn)。一個明顯的結(jié)論是一切武器所用的材料，既要具有高強(qiáng)度又要輕巧，既可靠牢固，又具有多功能。這就對材料提出很高的要求，其出路之一是發(fā)揮單一材料的優(yōu)點(diǎn)，把兩種或多種材料組成復(fù)合材料。例如戰(zhàn)爭新材料既具有甲的高強(qiáng)度優(yōu)點(diǎn)，又具有乙的輕巧靈活的長處，這自然是人們所期待擁有的新材料。

在航空航天領(lǐng)域，若用輕質(zhì)高強(qiáng)度的復(fù)合材料制作飛行器，則重量會大幅度減輕，耗費(fèi)能源就少，航程就可以更長；發(fā)射航天器所需的火箭動力將大為減小；利用火箭發(fā)射導(dǎo)彈，若各級火箭殼體都使用復(fù)合材料，則射程將從中程變?yōu)檫h(yuǎn)程。正因?yàn)閺?fù)合材料具有航天技術(shù)對材料高要求的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，所以復(fù)合材料首先在航天技術(shù)中得到有效的應(yīng)用。

樹脂基復(fù)合材料

樹脂基復(fù)合材料是以樹脂為基質(zhì)加入增強(qiáng)性能的粒子狀材料或纖維狀材料組成新型的復(fù)合材料。

在聚乙烯、聚丙烯及尼龍等樹脂塑料中加入滑石、碳酸鈣、碳黑等粒子狀增強(qiáng)材料，可以提高復(fù)合材料的剛性、強(qiáng)度和耐磨性等。這種復(fù)合材料已用于汽車內(nèi)的零部件制作及食品包裝。使粒子形成中空的小球體而加入塑料基質(zhì)中的實(shí)驗(yàn)已獲得成功，這可以使材料輕巧和具有保溫性能。

纖維狀增強(qiáng)塑料有很好的發(fā)展前景。早期采用玻璃纖維，近年來采用碳纖維、硼纖維和芳香族聚酰胺(芳綸)纖維。

復(fù)合材料首先在航空航天技術(shù)和軍事上得到應(yīng)用。如軍用飛機(jī)上硼纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂作飛行舵、水平安定面、機(jī)翼后緣等。美國中程潛艇對地導(dǎo)彈北極星A一2的第二級固體火箭發(fā)動機(jī)殼體用玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂纏繞制件，比鋼質(zhì)殼體輕27%；而后又用高性能玻璃纖維取代普通玻璃纖維，使北極星A．3的第一級火箭殼體重量比鋼殼體減輕50%，第二級也相應(yīng)減輕，終于使北極星A。3導(dǎo)彈的射程由1700km增加到4500km。

碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料已在導(dǎo)彈、航天飛機(jī)和衛(wèi)星上應(yīng)用，效果優(yōu)秀。高硅氧玻璃纖維增強(qiáng)酚醛樹脂和碳纖維織物纏繞增強(qiáng)酚醛樹脂在火箭頭部作為蝕燒防熱材料，有著良好的效果。 [2] 

金屬基復(fù)合材料

利用纖維增強(qiáng)金屬組成復(fù)合材料的研究始于20世紀(jì)60年代，應(yīng)用結(jié)果顯示出它比樹脂基復(fù)合材料更好。為了方便引用一個符號：A/B，其中A代表增強(qiáng)纖維，B代表基質(zhì)材料，如硼/鋁，為硼纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。

硼/鋁、硼/鈦、碳化硅/鋁、碳化硅/鈦等復(fù)合材料已在飛機(jī)和航天飛機(jī)上得到應(yīng)用，具有耐高溫、高強(qiáng)度、良好的導(dǎo)熱性、高電導(dǎo)性、不吸濕和不老化等優(yōu)點(diǎn)，是樹脂基復(fù)合材料所不及的?樹脂基復(fù)合材料通常只能在350℃以下使用，更高溫度的環(huán)境就無能為力了。金屬基復(fù)合材料可以在350～1200℃下使用，適應(yīng)了迅速發(fā)展的高技術(shù)領(lǐng)域的需求。美國正在執(zhí)行一項(xiàng)國家航空航天飛機(jī)(NASP)計(jì)劃，其中金屬基復(fù)合材料將成為飛行器各種構(gòu)件的主要材料。

碳纖維增強(qiáng)基復(fù)合材料，主要用于洲際導(dǎo)彈或遠(yuǎn)程導(dǎo)彈頭部燒蝕防熱錐。碳纖維進(jìn)行三方向或多方向編織，作為復(fù)合材料的增強(qiáng)體，然后用化學(xué)淀積或浸漬瀝青的方法填充織物空隙，最后在一定壓力下高溫石墨化而成。用于火箭發(fā)射、導(dǎo)彈頭錐、火箭噴管、航天飛機(jī)構(gòu)件等。

導(dǎo)彈發(fā)射后穿過大氣層進(jìn)入外層空間，當(dāng)?shù)竭_(dá)目標(biāo)上空后當(dāng)然要再次進(jìn)入大氣層，這時導(dǎo)彈頭周圍將產(chǎn)生高溫等離子體，形成一個鞘體包圍著導(dǎo)彈頭，使電波難以通過，造成“再入通信中斷”，得不到遙控?cái)?shù)據(jù)。研究人員在導(dǎo)彈頭彈頭燒蝕防熱復(fù)合材料層中加入親電子材料(如泰氟隆)，從而減少電子密度，部分解決了“再入通信中斷”問題。

在航天技術(shù)領(lǐng)域設(shè)計(jì)師們曾提出“為減輕1g重量而奮斗”，復(fù)合材料研究的不斷進(jìn)展，無疑對此做出了貢獻(xiàn)。 [2] 

陶瓷基復(fù)合材料

陶瓷具有高硬度、高強(qiáng)度、耐高溫和耐腐蝕等十分突出的優(yōu)秀性能，但它又有脆性高的缺點(diǎn)，這限制了它的廣泛應(yīng)用。工藝上采取陶瓷纖維加入陶瓷基質(zhì)的辦法，來增大它的韌性，取得有效的效果，這樣既達(dá)到了增加韌性又不降低強(qiáng)度的目的。已經(jīng)可以滿足1200~1900℃高溫環(huán)境下使用的要求。納米復(fù)合陶瓷正處于積極研究開發(fā)之中，應(yīng)是更具有特色的又一種新型復(fù)合材料。

陶瓷基復(fù)合材料的研究是從20世紀(jì)50年代開始的。60年代末和70年代初其研究有了新的進(jìn)展。盡管陶瓷基復(fù)合材料的研究還不很透徹，但已得到應(yīng)用，已有的研究工作表明這類材料具有很大的發(fā)展?jié)摿Α，F(xiàn)已應(yīng)用的陶瓷基復(fù)合材料有碳纖維、玻璃纖維、SiC纖維、Al2O3纖維、Si3N4(賽龍)纖維等。

只有少數(shù)陶瓷復(fù)合材料達(dá)到了實(shí)際應(yīng)用水平，大多數(shù)尚處在實(shí)驗(yàn)室研究階段，但具有良好的應(yīng)用前景。在高溫材料方面，陶瓷基復(fù)合材料可用來制作防熱板、發(fā)動機(jī)葉片、火箭噴火喉襯以及導(dǎo)彈、航天飛機(jī)上的其他零件。