先进复合材料（Advanced Composites，ACM）专指可用于加工主承力结构和次承力结构、其刚度和强度性能相当于或超过铝合金的复合材料。目前主要指有较高强度和模量的硼纤维、碳纤维、芳纶等增强的复合材料。
ACM在航空航天等军事上的应用价值特别大。比如，军用飞机和卫星，要又轻又结实；军用舰船，要又耐高压又耐腐蚀。这些苛刻的要求，只有借助新材料技术才能解决。ACM具有质量轻，较高的比强度、比模量、较好的延展性、抗腐蚀、导热、隔热、隔音、减振、耐高（低）温，独特的耐烧蚀性、透电磁波，吸波隐蔽性、材料性能的可设计性、制备的灵活性和易加工性等特点。
先进复合材料的主要特点
1、高的比强度和比模量。
在不同飞行器上节省结构质量所具有的价值不尽相同,但是为达到减重的目标,除了优化结构形式外,采用高比强度、高比模量的材料几乎是唯一的途径。
2、各向异性和可设计性。
纤维复合材料表现出显著的各向异性，即沿纤维轴方向和垂直于纤维轴方向的许多性质,包括光、电、磁、导热、比热、热胀以及力学性能,都有显著的差别。
材料的各向异性虽给材料性能的计算带来麻烦,但也给设计带来较多的自由度。由于复合材料铺层的各向异性特征，铺层取向又可以在很宽的范围进行调整,所以可通过改变铺层的取向与铺叠顺序来改变复合材料的弹性和强度特性,以获得满足使用要求、具有最佳性能质量比的复合材料结构。
复合材料的力学性能存在着金属材料所没有的耦合效应。例如,单向板在受到非主轴方向拉伸时,将引起剪切变形,即拉剪耦合;当单向板受到非主轴方向弯曲时,将引起扭转变形,即弯扭耦合。对复合材料耦合效应的巧妙应用可以解决前掠翼飞机机翼设计上存在的扭转变形扩散问题,而采用金属材料,这些问题是难以解决的。
3、良好的抗疲劳特性。
疲劳破坏是材料在交变载荷下,由于裂纹的形成和扩展而产生的低应力破坏。在纤维复合材料中存在着难以计数的纤维树脂界面,这些界面能阻止裂纹进一步扩展,从而推迟疲劳破坏的发生。纤维复合材料的拉/压疲劳极限值达到静载荷的70%～80%,而大多数金属材料的疲劳极限只有其静强度的40%～50%。因而,通常可以用静力覆盖疲劳处理大多数的疲劳问题。
从力学角度看,纤维复合材料内部存在着的大量界面和复合材料中纤维承载的特点使材料成为典型的超静定体系;使用过程中,复合材料构件即使过载而造成少量纤维断裂,其载荷也会迅速重新分布到未破坏的纤维上,从而在短期内不会使整个构件丧失承载能力,显示出结构良好的破损安全性。
4、易于大面积整体成形。
树脂基复合材料在成形过程中,由于高分子化学反应相当复杂,进行理论分析与机理预测常常会有许多困难。但是对于批量生产而言,当工艺规范确定后,复合材料构件的制作较为简单。许多方法可被用于复合材料构件的成形,如采用拉拔、注射、缠绕、铺放技术,其中包括整体共固化成形和RTM(Resin Transfer Molding)成形,此类成形技术大大减少了零件和紧固件的数量,简化了以往金属钣金件冗长的生产工序,缩短了生产周期,并容易实现成形自动化。复合材料制件尺寸不受冶金轧板设备、加工和成形设备尺寸的限制。
先进复合材料的研发热点
1、原材料技术是先进复合材料研发的基础与前提
基体和增强体等原材料是发展先进复合材料的基础和前提,而增强纤维技术尤为重要。碳纤维是20世纪60年代迅速发展起来的高新材料,主要包括以美国为代表的大丝束碳纤维和以日本为代表的小丝束碳纤维两大类。
2、低成本技术是先进复合材料拓展应用的根本手段与途径
21世纪,先进复合材料的需求将以更快的速度增长,而其高成本已经成为制约复合材料广泛应用的重要瓶颈,低成本复合材料技术已成为目前世界上复合材料研究领域的一个核心问题。提高先进复合材料的性能价格比,除了在原材料、装配与维护等方面进行研究改进外,更重要的是降低复合材料制造成本。
据统计先进复合材料的制造工艺成本占总成本的75%以上,复合材料产品的性能与成本之间存在明显的非线性关系。有时90%的性能只需60%的工艺成本,而其余10%的性能却需要40%的成本。在过去的30多年中,复合材料的研究与开发重点放在材料性能和工艺改进上,目前的重点是先进复合材料的低成本技术,各种低成本技术的开发和应用将是复合材料发展的主流,其中的重点是低成本制备技术和制备技术的优化。
3、新型复合材料是先进复合材料可持续发展的趋势与动力
新型航空航天器的发展不断追求高效能、低成本、长寿命、高可靠,对其材料与结构的综合要求越来越高。
为适应此应用需求,一些新型复合材料应运而生,在现有材料性能基础上继续挖掘先进复合材料潜力,如超轻材料与结构技术力求轻上加轻,纳米复合使其强上加强,多功能化追求功上加功。
4、设计/评价一体化技术是先进复合材料应用的重要支撑与保障
复合材料作为多相体(夹杂、基体、界面相等)材料,其自身具有显著和丰富的细观结构特征,因此其宏观性能和损伤、失效规律不仅取决于每一组分材料的特性,同时还依赖于复合材料的细观结构特征,其中包括夹杂(如纤维、晶须、颗粒、裂纹、空洞等)的体积分数、形状、尺寸、分布规律及界面形式等。
复合材料还具有材料-结构-工艺一体化的特征,尤其对多向编织复合材料和纤维缠绕先进复合材料来说,构件的材料和结构的设计与制造都包含组分材料-复合材料-结构三个层次上的同时性,没有复合材料的成品或中间产品。因此,对复合材料的研究必须采用“设计/评价”一体化的研究思想。
ACM未来发展方向
1、提高耐热性
以发动机为例，一般来说，材料耐高温性能越好，用它做出来的发动机水平就越高。
据理论计算和试验发现，发动机的工作温度每提高100℃，它的推力就可提高15%左右。可见提高发动机材料耐高温性能的重要性，而ACM的高温性能主要由树脂基体决定，因此耐高温树脂基体的研究是今后应用发展的一个重要内容。
2、低成本ACM制造技术
对航天航空用高性能ACM，过去重视性能，较少考虑成本。随着冷战结束，各国国防开支减少，迫使制造商和使用者考虑降低成本，ACM低成本制造技术是当今世界ACM技术发展的核心问题。
它包括以下几个主要方面：降低原材料成本，尤其是高性能碳纤维成本，世界呼声很高；开发低温固化、高温使用的树脂和预浸料，节约能源；开发长寿命的预浸料；使用混杂纤维ACM；通过工艺创新如电子束固化工艺等降低制造成本。
3、提高抗冲击韧性
提高航空用结构ACM的抗冲击韧性一直是一个重要的研究课题。ACM的抗冲击性能主要依赖于树脂的交联密度。可通过改变树脂和固化剂结构，增加柔性链段，或利用高韧性、耐高温的橡胶或热塑性树脂增韧，提高抗冲击性能。这样既不牺牲预浸料的工艺性和ACM的耐热性，又赋予材料类似于热塑性树脂的抗冲击性能。
总之，ACM形成产业并首先应用的领域就是航空航天工业，航空航天工业的发展和需求一直ACM对的研究起着积极的促进作用，同时ACM的飞速发展又为航空航天的新型结构设计和制造提供了更大的发展空间。
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