復(fù)合材料在航空中的應(yīng)用

1、《飛行器設(shè)計與工程專業(yè) 技術(shù)講座（三）》結(jié)課報班級：學(xué)號：姓名：告復(fù)合材料在航空中的應(yīng)用前言現(xiàn)代高科技的發(fā)展離不開復(fù)合材料，復(fù)合材料 對現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，有著十分重 要的 [1]作用。 復(fù)合材料的研究深度和應(yīng)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(xué)技術(shù)先進(jìn)水平的重要標(biāo)志之一。進(jìn)入 21 世紀(jì)以來，全球復(fù)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(fù)合材料的簡介復(fù)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(xué)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(bǔ)短， 產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)， 使復(fù)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(fù)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(qiáng)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(xì)粒等。復(fù)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(qiáng)粘土和已使用上 百年的鋼筋混凝土均由兩種材料復(fù)合而成。 20 世紀(jì) 40 年代，因航空工業(yè)的需要，發(fā)展了玻 璃纖維增強(qiáng)塑料（俗稱玻璃鋼） ，從此出現(xiàn)了復(fù)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(qiáng)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(qiáng)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(fù)合，構(gòu)成各具特色的復(fù)合材料。二．在航空中常用的復(fù)合材料 60 年代，為滿足航空航天等尖端技術(shù)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(qiáng)材料的復(fù)合材料，其比強(qiáng)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(qiáng)樹脂復(fù)合材料相區(qū)別， 將這種復(fù)合材料稱為先進(jìn)復(fù)合材

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

6、料航空主要包括樹脂基復(fù)合材料、 金屬基復(fù)合材料、碳基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料。1．樹脂基復(fù)合材料 樹脂基復(fù)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(jī)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(yīng)的較高焓值和較高熱流密度的工作環(huán)境， 可用于更遠(yuǎn)距離再入飛行器和高性能固 體火箭發(fā)動機(jī)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(jìn)樹脂基復(fù)合材料是以高性能纖維為增強(qiáng)體、 高性能樹脂為基