纤维增强复合材料具有比强度和比模量高、可设计性强、耐疲劳性好等优点，广泛应用于航空航天、医疗器械以及体育用品等各个领域。其中，三维正交织物作为纤维增强复合材料一种特殊类型的增强体，由伸直平行排列的x向纱、y向纱和z向纱三个系统纤维束垂直交织而成，保持了良好的织物整体性和稳定性，因而，三维正交复合材料具有极高的面内刚度和优异的断裂韧性。　　 本文首先深入研究三维正交织物成形机理，提出了一种新型的三维正交织物的工艺方法—置换法，并申请了国家技术发明专利。该方法制作工艺简单，成本低，产品不受截面和厚度限制，成形的三维正交织物整体性好，z向纱在引入过程中对织物的面内纤维几乎是零损伤，织物厚度方向的性能优异。　　 基于置换法织物成形工艺，设计并织造了不同z向纱纤维体积含量的正交织物，从与z向纱相关的因素入手，选取了纱线细度、z向纱捆绑浮长及复合成型压力三个因素，系统分析了它们对复合材料细观结构和与厚度方向力学性能的影响。复合材料细观结构方面，对三维正交复合材料进行研磨抛光，在光学纤维镜下观测了各截面的细观结构，分析了各系统纱线的屈曲状态，实验观测发现，各组试样中xoy平面内纱线的截面形状基本为矩形，z向纱可以分为捆绑表层y向纱的半圆弧和在试样内部的垂直的直线段两部分;z向纱粗细和捆绑浮长对细观结构中纱线形态影响较小，只是浮长变大，试样内部的富树含量也增大;随着复合成型厚度方向压力的加大，z向纱在织物内部的出现不同程度的倾斜，试样中x、y向纱也出现比较明显的屈曲，试样整体的树脂含量降低。复合材料厚度方向力学性能方面，对各组试样进行了弯曲和层间剪切性能测试，成型压力相同时，弯曲强度和层间剪切强度随z向纱纤维体积含量的增加而增大，而对具有相同z向纱纤维体积含量的三维正交织物，加大其复合成型压力，材料整体的纤维体积含量有了大幅的增长，其弯曲性能却略有下降，层间剪切性能随之上升，但幅度并不是很大，这与高压下材料的各系统纱线不再保持优异的伸直性，随压力出现不同程度弯曲有关。