復合材料在航天航空領域的應用現(xiàn)狀與展望

1、1復合材料在航天航空領域的應用現(xiàn)狀與展望摘要現(xiàn)代飛機和衛(wèi)星的制造材料應具有質量輕、強度高、耐高溫、耐腐蝕等特性，先進復合材料的獨有性能使它成為制造衛(wèi)星和飛機的理想材料。本文重點介紹了我國航天用符合材料的研究情況，并展望了今后的發(fā)展趨勢。關鍵詞復合材料；航空航天；應用現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢ProspectApplicationofCompositesinAviationAerospaceAbstractNowadaysthematerialofp

2、roducingplanessatellitesshouldbelightstrongshouldresisthightemperaturecrosionsoon.Becauseoftheuniquepeculiaritiesadvancedcompositesbecometheidealmaterialofproducingplanessatellites.Inthispaperthepresentstatusprospectofap

3、pliedresearchoncompositematerialsfaerospaceapplicationinChinaaregiven.Keywdscompositesaviationaerospaceapplicationdevelopmentdevelopmenttrends3由于具有密度小、比強度高和耐高溫等固有特性，復合材料在航空渦輪發(fā)動機上應用的范圍越來越廣且比例越來越大，使航空渦輪發(fā)動機向“非金屬發(fā)動機”或“全復合材料發(fā)

4、動機”方向發(fā)展。(1)樹脂基復合材料憑借比強度高，比模量高，耐疲勞與耐腐蝕性好，阻噪能力強的優(yōu)點，樹脂基復合材料在航空發(fā)動機冷端部件(風扇機匣、壓氣機葉片、進氣機匣等)和發(fā)動機短艙、反推力裝置等部件上得到廣泛應用。(2)碳化硅纖維增強的鈦基復合材料憑借密度小(有的僅為鎳基合金的12)，比剛度和比強度高，耐溫性好等優(yōu)點，碳化硅纖維增強的鈦基復合材料在壓氣機葉片、整體葉環(huán)、盤、軸、機匣、傳動桿等部件上已經得到了廣泛應用。(3)陶瓷基復合材料

5、目前主要的陶瓷基復合材料產品是以SiC或C纖維增強的SiC和SiN基復合材料。憑借密度較小(僅為高溫合金的13～14)，力學性能較高，耐磨性及耐腐蝕性好等優(yōu)點，陶瓷基復合材料，尤其是纖維增強陶瓷基復合材料，已經開始應用于發(fā)動機高溫靜止部件(如噴嘴、火焰穩(wěn)定器)，并正在嘗試應用于燃燒室火焰筒、渦輪轉子葉片、渦輪導流葉片等部件上。1.2.2火箭發(fā)動機上的應用由于火箭發(fā)動機噴管壁受到高速氣流的沖刷，工作條件十分惡劣，因此CC最早用作其噴管喉襯

6、，并由二維、三向發(fā)展到四向及更多向編織。同時火箭發(fā)動機設計者多年來一直企圖將具有高抗熱震的CtSiC用于發(fā)動機噴管的擴散段，但Ct的體積分數(shù)高，易氧化而限制了其廣泛應用，隨著CVD、CVI技術的發(fā)展，新的抗氧化CtSiC及CCSiC必將找到其用武之地。目前為解決固體火箭發(fā)動機結構承載問題，美國和法國正在進行陶瓷纖維混合碳纖維而編織的多向(6向)基質、以熱穩(wěn)定氧化物為基體填充的陶瓷復合材料。SiC陶瓷制成的喉襯、內襯已進行多次點火試驗。今

7、天作為火箭錐體候選材料的有A12O3、ZrO2、ThO2等陶瓷，而作為火箭尾噴管和燃燒室則采用高溫結構材料有SiC、石墨、高溫陶瓷涂層等。1.3衛(wèi)星和宇航器上的應用衛(wèi)星和宇航器上的應用衛(wèi)星結構的輕型化對衛(wèi)星功能及運載火箭的要求至關重要，所以對衛(wèi)星結構的質量要求很嚴。國際通訊衛(wèi)星VA中心推力筒用碳纖維復合材料取代鋁后減質量23kg(約占30%)，可使有效載荷艙增加450條電話線路，僅此一項盈利就接近衛(wèi)星的發(fā)射費用。美、歐衛(wèi)星結構質量不到總

8、質量的10%，其原因就是廣泛使用了復合材料。目前衛(wèi)星的微波通訊系統(tǒng)、能源系統(tǒng)(太陽能電池基板、框架)各種支撐結構件等已基本上做到復合材料化。我國在“風云二號氣象衛(wèi)星”及“神舟”系列飛船上均采用了碳環(huán)氧復合材料做主承力構件，大大減輕了整星的質量，降低了發(fā)射成本。2未來展望未來展望2.1原材料技術原材料技術復合材料發(fā)展的基礎和前提是原材料技術，主要包括基體和增強體，而其中增強纖維技術尤為重要。高模量和高強度的纖維既能為基體分擔大部分外加應力

9、，又可阻礙裂紋的擴展，并且當局部纖維發(fā)生斷裂時以“拔出功”的形式消耗部分能量，起到提高斷裂能并克服脆性的效。目前關于碳纖維的研究主要是提高模量和強度，降低生產成本。使用的纖維先驅體仍然主要是PAN（聚丙烯腈）和瀝青纖維，二者所用物質的量比約為6:1。一般來說PAN基碳纖維具有高強度，而瀝青基碳纖維具有高模量。但通過控制微觀結構缺陷、結晶取向、雜質和改善工藝條件，利用PAN或瀝青纖維均可獲得高強高模纖維。事實上到目前為止，要穩(wěn)定生產模量大