一、高分子聚合物复合材料(Polymer Matrix Composites， PMCs)
这是最常见、应用最广泛的复合材料类别。
知识点
定义：以有机高分子聚合物为基体，以各种纤维、颗粒等为增强体组合而成的材料。
核心思想：基体（树脂）负责将增强体粘结成整体，传递和分散应力，保护增强体免受环境腐蚀和物理损伤；增强体则主要承担载荷，提供高强度和高模量。
常见基体：
热固性树脂：环氧树脂(EP)、不饱和聚酯(UP)、酚醛树脂(PF)。特点是硬度高、耐热性好、尺寸稳定，常用于航空航天、汽车结构件。
热塑性树脂：聚酰胺(PA/尼龙)、聚碳酸酯(PC)、聚醚醚酮(PEEK)。特点是韧性好、可回收、加工周期短，应用日益广泛。
常见增强体：
纤维类：玻璃纤维（最廉价通用）、碳纤维（高性能、轻质高强）、芳纶纤维（Kevlar，高抗冲击）、硼纤维（极高刚度、昂贵）。
颗粒类：碳酸钙、滑石粉（主要用于降低成本、改善刚度或加工性，而非大幅增强）。
详细性能解释
高比强度、高比模量：这是最突出的优点。“比”是指相对于密度。碳纤维复合材料的比强度可达钢的5倍以上，比模量可达3倍以上。这意味着在同等强度下，构件重量可大幅减轻，对航空航天、交通运输领域至关重要。
可设计性强：可以通过改变纤维的铺层方向、顺序和含量，来使材料在特定方向上获得最优异的性能，实现“量身定制”。
良好的疲劳强度和抗腐蚀性：复合材料对缺口和疲劳不敏感，其疲劳强度远高于金属。且不易发生电化学腐蚀，非常适用于化工、海洋环境。
减震性能好：纤维与基体的界面能有效吸收振动能量，其阻尼性能优于金属。
各向异性：性能在纤维方向和非纤维方向上有巨大差异，这既是优点（可设计）也是缺点（需要精确计算）。
缺点：层间强度较低（易分层）、加工成本高、损伤不易检测、耐高温性有限（取决于基体树脂，一般低于350°C）。
典型应用：飞机机翼和机身、F1赛车车身、高性能自行车架、钓鱼竿、网球拍、汽车保险杠、船舶艇身。
二、金属基复合材料(Metal Matrix Composites， MMCs)
知识点
定义：以金属或合金为基体，以高强度第二相为增强体。
核心思想：在保持金属基体良好韧性、导电导热性的基础上，通过引入增强体来提高其强度、刚度、耐磨性和高温性能。
常见基体：铝、镁、钛、铜、镍基高温合金。
常见增强体：
连续纤维：碳纤维、碳化硅纤维、硼纤维（用于最高性能需求）。
颗粒/晶须：碳化硅(SiC)颗粒（最常用）、氧化铝(Al₂O₃)颗粒、硼酸铝晶须。颗粒增强型更常见，成本较低且各向同性。
详细性能解释
高比强度、比刚度：与PMCs类似，但通常使用温度更高。
优异的高温性能：金属基体可以承受比高分子高得多的工作温度（400-600°C甚至更高），其高温强度、抗蠕变性远优于基体金属本身。
良好的耐磨性：硬质陶瓷增强相（如SiC）极大地提高了材料的硬度和耐磨性，适合做耐磨部件。
低热膨胀系数(CTE)：可通过选择增强体（如碳纤维）来调整材料的热膨胀系数，使其与电子元件材料匹配，解决热失配问题。
保持导电/导热性：虽然增强体会降低一些导电导热性，但MMCs仍具有良好的导电导热能力，这是PMCs无法比拟的。
缺点：制备工艺复杂、成本高昂（特别是纤维增强MMCs）、韧性通常低于基体金属、二次加工困难。
典型应用：航空航天结构件（如航天飞机桁架）、卫星支架、高性能发动机活塞、刹车盘、电子封装基片（控制热膨胀）、热管理组件。
三、有机物/无机物复合材料
这是一个更广义的分类，高分子聚合物复合材料（PMCs）本身就是此类中最重要的一支。除此之外，还包括其他非聚合物有机基体（如沥青、木质素）与无机物的复合。
知识点&性能解释
我们可以从“无机增强体”的角度来理解其性能：
陶瓷增强聚合物：
知识点：如在环氧树脂中添加二氧化硅(SiO₂)或氧化铝(Al₂O₃)颗粒。
性能：主要目的是提高硬度、刚度、耐磨性和耐热性，同时降低成本和收缩率。但通常会降低韧性。
金属颗粒/片填充聚合物：
知识点：如在塑料中添加铜粉、铝片或钢纤维。
性能：主要目的是提高导热/导电性（用于电磁屏蔽、抗静电材料）、增加密度（配重块）或改善耐磨性。
纳米复合材料：
知识点：在聚合物基体中加入纳米尺度的无机物，如纳米粘土、碳纳米管(CNTs)、石墨烯。
性能：极低的添加量（<5wt%）即可显著提升强度、模量、阻隔性（气体/液体难以透过）、阻燃性和耐热性。这是当前的研究前沿。
典型应用：汽车引擎盖下的耐热部件、电子封装材料、导电胶、抗静电包装、高阻隔性食品包装膜。
四、高分子金属复合材料(Hybrid Metal-Polymer Composites)
这类材料通常不是指分子级别的混合，而是指在宏观或微观尺度上将金属和聚合物两种材料以特殊结构形式结合，以发挥各自优势。
知识点
定义：通过特定工艺将金属和聚合物结合在一起，形成具有独特叠层或互穿结构的多材料体系。
核心思想：优势互补。结合金属的强度、刚度和导热性，以及聚合物的轻质、阻尼降噪、耐腐蚀和设计自由度。
主要类型：
纤维金属层板(FMLs)：最典型的代表是GLARE（玻璃纤维增强铝板）。由薄金属片（通常是铝合金）和纤维/树脂预浸料交替铺层后热压固化而成。
金属塑料混合结构：在注塑成型过程中，将金属嵌件（作为受力骨架）放入模具，然后将熔融塑料注射上去，形成机械互锁或化学结合的一体部件。
聚合物涂层金属：金属表面涂覆高性能聚合物涂层（如PEEK、PTFE），提供耐腐蚀和耐磨性。
详细性能解释
优异的疲劳和损伤容限：这是FMLs最大的亮点。裂纹在金属层中扩展时，遇到韧性极好的纤维/树脂层会被阻止、转向或分叉，从而极大地延缓了疲劳裂纹的扩展速度，寿命比纯铝合金长得多。
出色的抗冲击性：聚合物层能有效吸收冲击能量，使材料在受到冲击（如鸟撞、冰雹）时不易穿孔。
轻量化：在获得与厚金属板相同性能的情况下，重量更轻。
良好的阻尼和隔声降噪性能：聚合物层是很好的减震降噪材料。
缺点：制造成本高、工艺复杂、结合界面是关键薄弱点，需精心设计和处理。
典型应用：
FMLs (GLARE)：空客A380飞机机身上蒙皮，大量使用，减重效果显著。
混合结构：汽车轻量化车门骨架、车窗导轨（金属件提供强度，塑料包覆实现复杂形状和集成功能）。
涂层金属：不粘锅（铝基体+PTFE涂层）、高性能轴承。
总结对比
复合材料类型
核心特点
主要优势
主要劣势
典型应用
聚合物基(PMCs)
树脂粘接纤维
比强度/比模量最高、可设计性强、耐腐蚀
耐温性差、层间强度低、易损伤
飞机次结构、体育器材、船舶
金属基(MMCs)
金属基体强化
耐高温、高导热/电、耐磨、低膨胀
成本高、加工难、韧性下降
航天结构、发动机部件、电子封装
有机物/无机物
广义复合
功能多样性（导电、阻燃、阻隔）
性能均衡性难
电子、包装、功能器件
高分子金属 hybrid
宏观结构复合
抗疲劳、抗冲击、阻尼好、轻量化
界面结合难、工艺复杂