复合材料，是指两种或两种以上的材料以不同的形态结合在一起，从而形成性能优于原来材料的一种新的材料。

    炭纤维可与多种材料，如树脂、炭、陶瓷、金属等结合在一起构成复合材料。炭纤维复合材料具有质轻、比强度和比模量高、耐腐蚀等特点，它在航天、航空、汽车、医疗、运动器械等方面有着广泛的用途，成为近年来最受注目的新型材料。

1 炭纤维—树脂复合材料

    炭纤维—树脂复合材料的制造方法有模压法、缠绕法和预铺层压法等。关于炭纤维显微结构的特点，在前面已作过专门介绍，在此不再赘述；所用的树脂有热固性树脂(如酚醛树脂、环氧树脂等)和热塑性树脂(如尼龙、聚四氟乙烯等)。树脂呈各向同性，干涉色为紫红色(图4～7)。

    模压法：是将炭纤维与树脂按一定配此混合均匀，然后在模子中进行热压成型。这类材料的显微结构是以炭纤维均匀分布在树脂中为其基本特征(图1～3)。

    缠绕法和预铺层压法：是将浸有树脂的炭纤维或炭纤维编织物(炭布或炭带)在所需要形状的模子上进行缠绕(缠绕法)、或一层一层铺叠在一起进行热压成型(预铺层压法)。

    这类材料显微结构的特征是：纤维或纤维束呈定向状态分布在树脂中(图4～7)。　

图1 炭纤维－树脂复合材料(模压法，炭纤维分布均匀)

图2 炭纤维－树脂复合材料(模压法，炭纤维分布比较均匀)

2 炭—炭复合材料

炭—炭复合材料的种类主要有：

    以炭纤维编织物为基体经浸渍、炭化和高温热处理而制成的(图8～16)；以炭纤维编织物为基体经化学气相沉积和高温热处理而制成的(图20～26)，或化学气相沉积之后再经浸渍、炭化和高温热处理而制成的(图17～26)；炭纤维—树脂复合材料经炭化和高温热处理而制成的(图27)。

    浸渍剂一般为煤沥青和树脂。煤沥青或树脂的炭化残留物一般称之为沥青炭或树脂炭，也统称为浸渍炭。树脂炭与玻璃炭相像：质地均匀、致密；呈各向同性(图8)。沥青炭的显微结构与沥青焦相像(图10)，它在扫描电镜下呈层片状结构(图11～13)，或浪花形层片状结构(图14、15)，在浪花形层片状结构的某些区域中还存在呈球粒状的碳(图16)。

    热解炭包覆在炭纤维单丝(图18、19)或丝束(图20～22)的表面上。

    关于它的显微结构的特点将在热解炭部分中再详细介绍。在扫描电镜下，可以看到聚丙烯腈炭纤维单丝的横截面内有明显的皮芯结构和放射状的沟痕(图23)。 

    在炭—炭复合材料中，炭纤维与热解炭之间常有一定的间隙(图18)；沥青炭上常有一定数量的孔隙(图25、26)。这些间隙和孔隙的存在，对炭—炭复合材料的性能将带来不良的影响。

图8 炭－炭复合材料 (三向编织＋沥青炭＋树脂炭）

1 纤维束，垂直方向 2 树脂炭 3 沥青炭 4 纤维束，平行方向 扫描电镜

图9 炭－炭复合材料 (三向编织＋沥青炭）扫描电镜

图10 炭－炭复合材料 (三向编织＋沥青炭）

1 纤维束，垂直方向 2 沥青炭 3 纤维束，平行方向

图11 炭－炭复合材料 (三向编织＋沥青炭，单丝之间沥青炭呈片层状）扫描电镜

图18 炭－炭复合材料 (炭＋热解炭＋沥青炭)

1 炭 2 热解炭 3 沥青炭

图19 炭－炭复合材料 (炭＋热解炭＋沥青炭)中热解炭：呈圆管状 扫描电镜