在军事上的应用
材料的复合化是材料发展的必然趋势之一。复合材料是人们运用先进的材料制备技术将不同性质的材料组分优化组合而成的新材料。复合材料与其他单质材料相比，具有高比强度、高比刚度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等优良的性能，备受各国技术人员的重视。因复合材料具有可设计性的特点，已成为军事工业的一支主力军，复合材料技术是发展高技术武器的物质基础，是现代精良武器装备的关键。目前军用复合材料正向高功能化、超高能化、复合轻量和智能化的方向发展，加速复合材料在航空工业、航天工业、兵器工业和舰船工业中的应用是打赢现代高技术局部战争的有力保障。
在军事应用中结构复合材料与功能复合材料的应用是最广泛的。其中结构复合材料在军事领域的应用如下：
一、树脂基纤维复合材料
树脂基纤维复合材料是以纤维为增强体、树脂为基体的复合材料，所用的纤维有碳纤维、芳纶纤维、超高模量聚乙烯纤维等，基体一般为热固性聚合物和热塑性聚合物两类。
先进的树脂基复合材料具有优异的力学性能和明显的减重效果在飞机等现代化武器领域得到普遍应用，美国的F-22机身蒙皮全都是高强度、耐高温的树脂基复合材料，其中热固性复合材料用量高达23%。F-119发动机用树脂基复合材料取代钛合金制造风扇送气机区，可节省结构重量6.7kg；用树脂基复合材料风扇叶片取代现在的钛合金空心风扇叶片，减轻结构重量的30%。先进树脂基复合材料还可用于制造飞机的“机敏”结构，使承载结构、传感器和操纵系统合为一体，从而可以探测飞机飞行状态和部件的完整性，自行调节控制部件，提高飞机的飞行性能，降低维修费用，保证飞机安全。树脂基复合材料的应用已由小型、简单的次承力构件发展到大型、复杂的主要承力构件；从单一的构件发展到结构/吸波、结构/透波、结构/防弹等多功能一体化结构。
聚氰酸脂基复合材料是先进树脂基复合材料的新类型，它的吸湿率低，具有优异的耐湿热性能，电性能尤其突出，主要用于雷达天线罩的制造。芳纶纤维增强树脂基复合材料可用于火箭固体发动机壳体；由于芳纶具有良好的冲击吸收能，已用于防弹头盔和防穿甲弹坦克；还可用作防弹背心的防弹插板，插于防弹背心的前片和后片，以提高这些部位的防弹能力；同时也是防弹运钞车装甲的首选材料。聚丙烯腈基复合材料具有强度高、刚度高、耐疲劳、重量轻等优点，美国的AV-8B垂直起降飞机采用这种材料后重量减轻了27%，F-18战斗机减轻了10%。
二、金属基复合材料
金属基复合材料是以金属或合金为基体，含有增强体成分的复合材料。金属基复合材料弥补了树脂基复合材料耐热性差（一般不超过300℃）、不能满足材料导电和导热性能的不足，以其高比强度、高比模量、良好的高温性能、低的热膨胀系数、良好的导电导热性和尺寸稳定性在军事工业中得到广泛应用。金属基体主要有铝、镁、铜、钛、超耐热合金和难熔合金等多种金属材料，增强体一般可分为纤维、颗粒和晶须三类。
金属基复合材料未来高技术战争，首先是信息技术的战争，随着电子技术的进步，电子芯片的集成度将越来越高，这就要求电子封装材料必须满足芯片的散热问题，研究表明碳化硅颗粒增强铝基复合材料具有高导热性能和代热膨胀系数且价格便宜，是一种非常有前景的电子封装材料。同时碳化硅颗粒增强铝基复合材料具有良好的高温性能和抗磨损的特点，可用于火箭、导弹构件，红外及激光制导系统构件，精密航空电子器件等。颗粒增强铝基复合材料已用于F-16战斗机代替铝合金，其刚度和寿命大幅度提高。奥格登空军后勤中心评估结果表明：铝基复合材料腹鳍的采用，可以大幅度降低检修次数，全寿命节约检修费用达2600万美元，并使飞机的机动性得到提高。此外，F-16上部机身有26个可活动的燃油检查口盖，其寿命只有2000小时，并且每年都要检查2~3次。采用了碳化硅颗粒增强铝基复合材料后，刚度提高40%，承载能力提高28%，预计平均翻修寿命可高于8000h，奉命提高幅度达17倍。颗粒增强金属基复合材料耐磨性极好，可作为火箭的飞行翼、箭头、箭体、结构材料，也可作飞机发动机中的耐热耐磨部件。
碳纤维增强铝、镁基复合材料在具有高比强度的同时，还有接近零膨胀系数和良好的尺寸稳定性，可成功地用于制作人造卫星支架、L频带平面天线、空间望远镜、人造卫星抛物面天线等。硼纤维增强金属基复合材料已用于制造F-114、F-115和幻影2000等军用飞机部件。碳化硅纤维增强钛基复合材料具有良好的耐高温的抗氧化性能，是高推重比发动机的理想结构材料，目前已进入先进发动机的试车阶段。世界上第一个在航空上应用的钛基复合材料的价格仍很昂贵，今后其用量的拓展将主要取决于成本的降低程度。在兵器工业领域，金属基复合材料可用于大口径尾翼稳定脱壳穿甲弹弹托，反直升机/反坦克多用途导弹固体发动机壳体等部件。
三、陶瓷基复合材料
陶瓷基复合材料是在陶瓷基体中引入第二相组元构成的多相材料，它克服了陶瓷材料固有的脆性，已成为当前材料陶瓷基复合材料科学研究中最为活跃的一个方面，由微米级陶瓷复合材料发展到纳米级陶瓷复合材料。陶瓷基复合材料的基体有陶瓷、玻璃和玻璃陶瓷，主要的增强体是晶须和颗粒。陶瓷基复合材料具有密度低、抗氧化、耐热、比强度和比模量高、热机械性能和抗热震冲击性能好的特点，工作温度在1250℃~1650℃，可用作高温发动机的部件，是未来军事工业发展的关键支撑材料之一。陶瓷材料的高温性能虽好，但其脆性大。改善陶瓷材料脆性的方法包括相变增韧、微裂纹增韧、弥散金属增韧和连续纤维增韧等。
陶瓷基层状复合材料具有独特的力学性能和抗破坏能力，可望在高温和机械冲击下作为使用部件的表面材料，主要用于制作飞机燃气涡轮发动机喷嘴阀，在提高发动机的推重比和降低燃料消耗方面具有重要的作用。氧化铝纤维增强陶瓷基复合材料可用作超音速飞机、火箭发动机喷管和垫圈材料。碳化硅纤维增强陶瓷基复合材料不仅具有优异的高温力学性能、热稳定性和化学稳定性，韧性也明显改善，可作为高温热交换器、燃气轮机的燃烧室材料和航天器的防热材料。陶瓷基复合材料因其很高的使用温度（1400℃甚至更高）和很低的密度（2~4克/立方厘米），未来高推重比（15~20）发动机涡轮及燃烧系统的首选材料，如用于F-119发动机矢量喷管的内壁板等。目前在使用可塑性方面还有些担心，因此只限用于少量非关键受力部件。
四、碳基复合材料
碳基复合材料是以碳为基体、碳或其他物质为增强体组合成的复合材料。主要的碳-碳复合材料是耐温最高的材料，其强度随温度升高而增加，在2500℃左右达到最大值，同时它具有良好在抗烧蚀性能和抗热震性能，可耐受高达10000℃的驻点温度，在非氧化气氛下其温度可保持到2000℃以上，已成功地用地导弹鼻锥、航天飞机飞锥和机翼前缘、火箭发动机喷管喉衬等部位。目前先进的碳-碳喷管材料密度为1.87~1.97克/立方厘米，环向拉伸强度为75~115兆帕，远程洲际导弹端头帽几乎都采用了碳-碳复合材料，美国战略导弹弹头的防热材料已由三向C/C发展为细编穿刺C/C（端头部分）和C/酚醛（大面积防热部分）。随着现代航空技术的发展，飞机装载质量不断增加，飞行着陆速度不断提高，对飞机的紧急制动提出了更高的要求，碳-碳复合材料质量轻、耐高温、吸收能量大、摩擦性能好，用它制作刹车片广泛用于高速军用飞机中。20世纪90年代，德国与法国合作制成的“虎”式直升机旋翼桨毂由两块碳纤维复合材料星形板组成；美国的RAH-66“科曼奇”直升机身采用碳纤维复合材料；美国将火箭发动机金属壳体改用石墨纤维复合材料后其重量减轻了38000千克，并大大降低了研制成本。
下面，谈谈关于功能复合材料在军事领域中的应用。
功能复合材料是指除力学性能以外还提供其他物理性能并包括化学和生物性能的复合材料。功能复合材料设计自由度大，按功能→多功能→机敏→智能的形式逐步升级。功能复合材料将具有电、声、光、热、磁特性的材料，按不同的应用进行组合匹配，得到不仅保持原有特性，还产生一些新特性或具有比原来更优越特性的材料。现代化高技术常规战争极大地提高了武器的对抗性、精确性、未来的智能武器、隐形武器、电子战武器、激光武器以及新概念软杀伤武器的设防、跟踪，使功能材料成为关键技术。目前，功能复合材料涉及面宽，下面就军事领域较常用的功能复合材料做一简单介绍。
一、隐身材料
隐身材料是实现武器隐身的物质基础。武器装备如飞机、舰船、导弹等使用隐身材料后，可大大减少自身的信号特征，提高生存能力。声隐身材料包括消声材料、隔音材料、吸声材料及消声、隔声、吸声的复合体，主要用于新一代潜艇。雷达隐身材料能吸收雷达波，使反射波减弱甚至不反射雷达波，从而达到隐身的目的。另外，一些由硅、碳、硼、玻璃纤维，以及某些陶瓷与有机聚合物构成的复合材料，有很高的机械强度，可用于制作部分结构件，如飞机蒙皮、雷达天线罩等，同时又具有隐身功能。
带有红外隐身材料的潜艇红外隐身材料主要用于车辆、舰艇、军用飞机及其他军用设施，使这些装备和设施的红外辐射与背景基本达到一致，敌人的红外探测器难以分辨。用铝粉及含有2价铁离子的材料作为填充料，加到能透过红外线的黏结剂中，可构成红外隐身涂料。可见光隐身材料通常由铝粉、多金属氧化物粉和有机物复合而成或由掺杂的半导体材料构成，可形成与背景颜色相匹配的迷彩图案，满足可见光隐身的要求。激光隐身材料用来对抗激光制导武器、激光雷达和激光测距机，要求这些材料对激光的反射率低可吸收率高。对隐身材料来说，对某种探测手段的隐身性能好，往往对另一种探测手段的隐身性能就不好，即隐身材料的相容性问题。为解决以上问题，研制了兼容型隐身材料，如雷达波、红外兼容隐身材料，红外、激光兼容隐身材料，雷达波、红外、激光等多种兼容的隐身材料，这是当前隐身材料的发展方向。
应用于隐身的现代隐身技术，除了热红外线和自身电磁隐身外，主要使用新型吸收波材料，即在飞机表面涂抹能大量吸收雷达波的新型介质材料，将雷达电磁波吸收，使雷达无法发现，纳米复合材料是隐身吸波材料研究的重要方向。为应付不同雷达的不同工作方式，现在的隐身飞机已经开始有选择地使用吸收材料。目前，美、英等国正进行主动抵消技术的研究，即利用吸收材料先吸收大部分雷达波，剩下的少量的反射波再利用主动抵消技术将其全部抵消，雷达就会完全失去作用。
二、智能材料
智能材料是把传感器、制动器、光电器件和微型处理机等埋在复合材料结构中，具有感知周围环境变化，针对这种变化具有自诊断功能、自适应功能、自修复自愈合功能且具有自决策功能的复合材料。智能材料成为当前研究的新热点。飞机上采用的智能结构是由各种智能材料制成的传感元件、处理元件和驱动元件组成的，而这三个组成部分相当于人的神经、大脑和肌肉。格鲁曼公司将光导纤维埋入树脂基复合材料制成机翼以提高飞机效率，这些光导纤维能像神经那样感知机翼上因气候条件变化而引起的压力变化，根据光传输信号进行处理后发出指令，通过驱动元件驱动机翼前缘和后线自行弯曲。驱动可通过电流由压电陶瓷变形来实现，也可通过磁场由磁致伸缩材料变形来实现或通过加热由形状记忆合金发生位移来实现，还可应用于无人飞机上。智能材料压电陶瓷制成的传感器和驱动器可解决机翼和尾翼的颤振问题，例如F/A-JSE/F垂尾的振动试验表明，振动减少了80%。智能材料还将在其他领域发挥它的聪明才智，例如美国正在制造一种小型智能炸弹，可使一架重型轰炸机同时精确攻击数百个独立目标，还准备给这种炸弹装上智能引信，巧妙地做到“不见目标不拉弦”。
在地面作战中，若要使坦克不被击中，除提高机动性能外，更重要的是发展“主动装甲”，即能预先识别目标，并利用诱饵触发和物理摧毁方法，破坏来袭兵器的由复合材料制成的合成系统，即在复合装甲中引入敏感、传感、微电子等材料和技术而构成的多功能智能材料系统。将新的控爆材料，轻质多孔隔热、隔音、防火与防冲击材料用于坦克装甲车辆，就可以保证这些车辆中弹后能继续战斗。总之，智能材料虽然尚处于早期开发阶段，但正孕育着新的突破和大的发展。设计和合成智能材料需要解决许多关键技术问题，智能材料这一复杂体系的材料复合应能仿照生物模型，确保在设计的结构层次上将多种功能集于一体，建立起传感、驱动和控制网络，通过建立数学或力学模型，进一步优化。
在桥梁上的应用
复合材料在桥梁和承重结构中的应用不仅是可行的，而且具有广阔的发展前景。桥梁的技术进步总是和建桥材料的技术进步紧密相关的。复合材料所具有轻质、高强和耐腐蚀等特性，是其具有发展前景的基本条件。可以预计，在21世纪，随着复合材料的大规模生产以及生产成本的下降，其在桥梁领域的应用范围将逐步扩大。如果说20世纪是以钢铁和水泥为主要建桥材料的时代，那么21世纪将有可能成为复合材料逐步取代钢铁建桥的时代。
采用复合材料筋束做预应力混凝土桥梁的力筋或做斜拉桥的拉索(或吊拉组合结构中的部分吊索)，最能发挥其优良特性，应当作为复合材料在桥梁中应用的重点。
在旧桥加固领域使用复合材料，所需费用不高，效果却可观，是值得首先推广应用的领域。
复合材料在桥梁梁体和柱体(含拱肋)中的应用，宜采用复合材料混凝土组合结构，以便充分发挥两种材料的优点，降低成本。北京密云公路桥已有成功先例。美国加利福尼亚大学提出的“先进复合材料斜拉桥系统”，也体现了这种构思。只有超长跨径的桥梁，对减轻自重有特殊要求，其上部结构可全部采用复合材料，但要对桥面结构做特殊研究。
复合材料是突破桥梁跨径纪录的理想材料。
在航天上的应用
火箭发动机是发射各种弹道导弹和航天飞行器的主要动力，是发展航天产业的基础。“发展航天，动力先行”是航天系统工程的标志之一，无论是固体火箭发动，还是液体火箭发动机，都是用飞行器自身携带的推进剂作为工质，通过能量转换，把不同形式的能源中释放的能量转化为动能而产生推力。因此，不断提升能源物质的能量和减轻发动机自身的重量成为航天动力系统发展的两条主线，从而带动了高性能复合材料技术的发展和在航天领域的应用，包括高性能树脂基结构复合材料、高温抗烧蚀复合材料等。
先进复合材料——航天动力的基础
固体火箭发动机以其结构简单、机动、可靠、易于维护等一系列优点，广泛应用于武器系统及航天领域。而先进复合材料的应用情况是衡量固体火箭发动机总体水平的重要指标之一。在固体发动机研制及生产中，尽量使用高性能复合材料已成为世界各国的重要发展目标，目前已拓展到液体动力领域。科技发达国家在新材料研制中坚持需求牵引和技术创新相结合，做到了需求牵引带动材料技术发展；同时，材料技术创新又推动了发动机水平提高的良性发展。目前，航天动力领域先进复合材料技术总的发展方向是高性能、多功能、高可靠及低成本。
作为国内固体动力技术领域专业材料研究所，西安航天复合材料研究所在固体火箭发动机各类结构、功能复合材料研究及成型技术方面具有雄厚的技术实力和研究水平，突破了国内固体火箭发动机用复合材料壳体和喷管等部件研制生产中大量的应用基础技术和工艺技术难关，为国内的固体火箭发动机事业作出了重要的贡献，同时牵引国内相关复合材料与工程专业总体水平的提高。建所以来，先后承担并完成了通讯卫星“东方红二号”远地点发动机、气象卫星“风云二号”远地点发动机、多种战略战术导弹复合材料部件的研制及生产任务。目前，西安航天复合材料研究所正在研制多种航天动力先进复合材料部件，研制和生产了载人航天工程的逃逸系统发动机部件。
国外复合材料导弹发射筒在战略、战术型号上广泛采用，如美国的战略导弹“MX导弹”、俄罗斯的战略导弹“白杨Ｍ”均采用复合材料发射筒。由于复合材料发射筒相对于金属材料而言，结构重量大幅度减轻，使战略导弹的机动灵活成为可能。在战术导弹领域，复合材料导弹发射筒的应用更加普遍。
在航天动力领域，先进复合材料起着重要的作用。当前，复合材料技术的快速发展，使研制和应用高性能结构复合材料、结构/功能一体化的高温烧蚀防热材料成为可能，先进的复合材料技术将给动力系统的研发提供强有力的技术支持，使发动机性能获得新的飞跃，将对我国航天事业的飞跃发展具有举足轻重的作用。
