復(fù)合材料在航空中的應(yīng)用

1、《飛行器設(shè)計(jì)與工程專(zhuān)業(yè) 技術(shù)講座（三）》結(jié)課報(bào)班級(jí)：學(xué)號(hào)：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(kāi)復(fù)合材料，復(fù)合材料 對(duì)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(gè)國(guó) 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(lái)，全球復(fù)合材料市場(chǎng)快速增長(zhǎng)，亞 洲尤其中國(guó)市場(chǎng)增長(zhǎng)較快。 2003～2008 年間中國(guó)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(jiǎn)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(guò)物理或化學(xué)的方法， 在宏觀(guān) （微觀(guān)）上組成具有新性能的材料。 各種材料在性能上互相取長(zhǎng)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(mǎn)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(lèi)。 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(shù)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(chēng)玻璃鋼） ，從此出現(xiàn)了復(fù)合材料這一名稱(chēng)。 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(shù)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(mǎn)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(shù)脂復(fù)合材料相區(qū)別， 將這種復(fù)合材料稱(chēng)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(shù)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(jué)、 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(shù)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(shù)脂基復(fù)合材料 樹(shù)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(shù)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(dòng)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(dòng)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(zhǎng)時(shí)間再 入的航天飛行器如返回式衛(wèi)星和飛船等。 樹(shù)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(guò)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(xiàn)窗口材料。先進(jìn)樹(shù)脂基復(fù)合材料是以高性能纖維為增強(qiáng)體、 高性能樹(shù)脂為基