復合材料在航空中的應用

1、《飛行器設計與工程專業(yè) 技術講座（三）》結(jié)課報班級：學號：姓名：告復合材料在航空中的應用前言現(xiàn)代高科技的發(fā)展離不開復合材料，復合材料 對現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，有著十分重 要的 [1]作用。 復合材料的研究深度和應用廣度及其生產(chǎn)發(fā)展的速度和規(guī)模， 已成為衡量一個國 家科學技術先進水平的重要標志之一。進入 21 世紀以來，全球復合材料市場快速增長，亞 洲尤其中國市場增長較快。 2003～2008 年間中國年均增速為 15%，印度為 9.5%，

2、而歐洲和 北美年均增幅僅為 4%。一．復合材料的簡介復合材料， 是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料， 通過物理或化學的方法， 在宏觀 （微觀）上組成具有新性能的材料。 各種材料在性能上互相取長補短， 產(chǎn)生協(xié)同效應， 使復合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。 復合材料的基體材料分為金屬和非金 屬兩大類。 金屬基體常用的有鋁、 鎂、銅、鈦及其合金。 非金屬基體主要有合成樹脂、 橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強材料主要有玻璃纖維、碳

3、纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、 石棉纖維、晶須、金屬絲和硬質(zhì)細粒等。復合材料使用的歷史可以追溯到古代。 從古至今沿用的稻草或麥秸增強粘土和已使用上 百年的鋼筋混凝土均由兩種材料復合而成。 20 世紀 40 年代，因航空工業(yè)的需要，發(fā)展了玻 璃纖維增強塑料（俗稱玻璃鋼） ，從此出現(xiàn)了復合材料這一名稱。 50 年代以后，陸續(xù)發(fā)展了 碳纖維、石墨纖維和硼纖維等高強度和高模量纖維。 70 年代出現(xiàn)了芳綸纖維和碳化硅纖維。 這些高強度、高模

4、量纖維能與合成樹脂、碳、石墨、陶瓷、橡膠等非金屬基體或鋁、鎂、鈦 等金屬基體復合，構成各具特色的復合材料。二．在航空中常用的復合材料 60 年代，為滿足航空航天等尖端技術所用材料的需要，先后研制和生產(chǎn)了以高性能纖 維（如碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維等）為增強材料的復合材料，其比強度大于 4×10厘米（ cm），比模量大于 4×10cm。為了與第一代玻璃纖維增強樹脂復合材料相區(qū)別， 將這種復合材料稱為先進復合材

5、料。 按基體材料不同， 先進復合材料分為樹脂基、 金屬基和 陶瓷基復合材料。 其使用溫度分別達 250～ 350℃、 350～ 1200℃和 1200℃以上。 先進復合材料除作為結(jié)構材料外，還可用作功能材料，如梯度復合材料 （ 材料的化學和結(jié)晶學組成、結(jié)構、空隙等在空間連續(xù)梯變的功能復合材料 ）、機敏復合材料 （具有感覺、 處理和執(zhí)行功能， 能適應環(huán)境變化的功能復合材料） 、仿生復合材料、隱身復合材料等。目前航空航天領域應用較廣的復合材

6、料航空主要包括樹脂基復合材料、 金屬基復合材料、碳基復合材料和陶瓷基復合材料。1．樹脂基復合材料 樹脂基復合材料有玻璃／酚醛、 高硅氧／酚醛、石英／酚醛、 碳／酚醛、滌綸／酚醛材 料和以不同樹脂為基體的低密度燒蝕材料。 其中玻璃／酚醛、 高硅氧／酚醛和石英／酚醛材 料屬于碳化 --熔化型燒蝕村料，適用于中等焓值和中等熱流密度的工作環(huán)境再入飛行器和中 等推力的固體火箭發(fā)動機防熱材料；碳／酚醛材料屬于碳化 --升華型燒蝕材料，適用于能發(fā)揮升

7、華效應的較高焓值和較高熱流密度的工作環(huán)境， 可用于更遠距離再入飛行器和高性能固 體火箭發(fā)動機噴管等； 滌綸／酚醛材料和低密度燒蝕材料適用于高焓、 低熱流和較長時間再 入的航天飛行器如返回式衛(wèi)星和飛船等。 樹脂基介電 --防熱材料有高硅氧／聚四氟乙烯材料，它屬于升華 --熔化型燒蝕材料，燒蝕過程中不生成碳，具有良好的透波性能，燒蝕性能與高 硅氧／酚醛相匹配，用作航天器天線窗口材料。先進樹脂基復合材料是以高性能纖維為增強體、 高性能樹脂為基