宇航用耐高温复合材料
航空发动机的新材料
航空制造是制造业中高新技术最集中的领域，属于先进制造技术。
美国惠普公司研制的F119发动机，通用电气公司的F120发动机，法国的SNECMA公司的M88-2发动机，英国、德国、意大利和西班牙四国联合研制的EJ200发动机。
这些代表世界先进水平的高性能航空发动机，它们的共同特点是普遍采用了新材料、新工艺和新技术。
今天就来看看那些高性能航空发动机上的新材料。
高温合金高温合金是为了满足喷气发动机对材料的苛刻要求而研制的，至今已成为军用和民用燃气涡轮发动机热端部件不可替代的一类关键材料。
目前，在先进的航空发动机中，高温合金用量所占比例已高达50%以上。
高温合金的发展与航空发动机的技术进步密切相关，尤其是发动机热端部件涡轮盘、涡轮叶片材料和制造工艺是发动机发展的重要标志。
由于对材料的耐高温性能和应力承受能力提出很高要求，早期英国研制了Ni3（Al、Ti）强化的Nimonic80合金，用作涡轮喷气发动机涡轮叶片材料，同时，又相继发展了 Nimonic系列合金。
美国开发了含铝、钛的弥散强化型镍基合金，如普惠公司、GE公司和特殊金属公司分别开发出的Inconel、Mar-M和 Udmit等合金系列。
在高温合金发展过程中，制造工艺对合金的发展起着极大的推进作用。
由于真空熔炼技术的出现，合金中有害杂质和气体的去除，特别是合金成分的精确控制，使高温合金性能不断提高。
随后，定向凝固、单晶生长、粉末冶金、机械合金化、陶瓷型芯、陶瓷过滤、等温锻造等新型工艺的研究成功，推动了高温合金的迅猛发展。
其中定向凝固技术最为突出，采用定向凝固工艺制出的定向、单晶合金，其使用温度接近初熔点的90%。
因此，目前各国先进航空发动机叶片都采用定向、单晶合金制造涡轮叶片。
从国际范围来看，镍基铸造高温合金已形成等轴晶、定向凝固柱晶和单晶合金体系。
粉末高温合金也由第一代650℃发展到750℃、850℃粉末涡轮盘和双性能粉末盘，用于先进高性能发动机。
航空发动机用耐高温材料的研究进展_张鹏
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航空发动机用耐高温材料的研究进展＊
张 鹏１，朱 强１，秦 鹤 勇２，沈 文 涛３
（１ 哈尔滨工业大学（威海）材料科学与工程学院，威海 ２６４２０９；２ 钢铁研究总院， 北京 １０００８１；３ 中国第二重型机械集团公司，德阳 ６１８０００）
（１ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｒｂｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｔ Ｗｅｉｈａｉ，Ｗｅｉｈａｉ ２６４２０９；２ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｉｒｏｎ ＆ Ｓｔｅｅｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８１；３ Ｃｈｉｎａ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｒｚｈｏｎｇ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｄｅｙａｎｇ ６１８０００）
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材料导报 Ａ：综述篇
２０１４ 年 ６ 月 （上 ）第 ２８ 卷 第 ６ 期
抗氧化、抗热腐蚀 等 综 合 性 能，成 为 高 性 能 先 进 航 空 发 动 机 高温涡轮叶片的主要材料。我国研制了 ＤＤ４０２、ＤＤ４０６等 单 晶合金。其中第一 代 单 晶 合 金 ＤＤ４０２ 在 １１００ ℃、１３０ ＭＰａ 应力下持久寿命大于１００ｈ，适合制作工作温 度在 １０５０ ℃以 下的涡轮叶片，是 国 内 使 用 温 度 最 高 的 涡 轮 叶 片 材 料；第 二 代单晶合金 ＤＤ４０６含２％ Ｒｅ，使用温度可达 ８００～１１００ ℃， 正在先进航空发动机上进行使用考核 。 ［７］
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ａｅｒｏ－ｅｎｇｉｎｅ，ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ，ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｃｏａｔｉｎｇｓ
三种T700级碳纤维及其复合材料性能比较-宇航材料工艺
０ 引言 聚丙烯腈基碳纤维具有高比强度、高比模量、耐
高温、耐腐蚀、抗疲劳和低热胀系数等优异特性ꎬ是发 展先进 一 代 运 载 火 箭、 战 略 导 弹 的 关 键 性 基 础 材 料[１－３] ꎮ 根据拉伸性能指标ꎬ聚丙烯腈基碳纤维可以 分为通用标模型( Ｔ３００ 级) 、高强标模型( Ｔ７００ 级) 、 高强中模型( Ｔ８００ 级) 及高模型碳纤维ꎮ 国外航天结 构系统已经实现采用高强型 Ｔ７００ 级碳纤维取代通用 型 Ｔ３００ 级碳纤维应用于制备复合材料主承力结构 件[４－５] ꎮ 目前ꎬ我国也突破了 Ｔ７００ 级碳纤维工程化
收稿日期:２０１６ － ０４ － ２９ 作者简介:李桂洋ꎬ１９８５ 年出生ꎬ博士ꎬ主要从事耐高温热固树脂的设计与合成及先进树脂基复合材料成型工艺研究ꎮ Ｅ－ｍａｉｌ:ｇｕｉｙａｎｇ＿ｌｅｅ＠ ｏｕｔｌｏｏｋ.ｃｏｍ
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宇航材料工艺 ｈｔｔｐ: / / ｗｗｗ.ｙｈｃｌｇｙ.ｃｏｍ ２０１６ 年 第 ４ 期
ＬＩ Ｇｕｉｙａｎｇ ＬＩ Ｊｉａｎｆａｎｇ ＹＡＮＧ Ｙｕｎｈｕａ ＧＵＯ Ｈｏｎｇｊｕｎ ＳＵＮ Ｈｏｎｇｊｉｅ
( Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ＆ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００７６)
三种 Ｔ７００ 级碳纤维及其复合材料性能比较
李桂洋 李健芳 杨云华 郭鸿俊 孙宏杰
( 航天材料及工艺研究所ꎬ北京 １０００７６)
文 摘 对 ＭＴ７００、Ｔ７００－Ａ 及 Ｔ７００－Ｂ 三种碳纤维拉伸性能、表面形貌、单向板力学性能及网格加筋圆筒
耐高温复合材料
耐高温复合材料
耐高温复合材料是一种具有优异耐高温性能的材料，广泛应用于航空航天、航空发动机、火箭推进系统、石油化工等领域。
它具有轻质、高强度、耐腐蚀、耐磨损等特点，是目前材料领域的研究热点之一。
首先，耐高温复合材料的主要成分包括树脂基体、增强纤维和填料。
树脂基体通常采用环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂等，具有优异的耐高温性能和化学稳定性。
增强纤维主要有碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维等，具有高强度、高模量、耐腐蚀等特点。
填料则是为了提高复合材料的耐热性能和耐磨性能而添加的，常见的填料有碳黑、石墨、氧化铝等。
其次，耐高温复合材料具有优异的耐高温性能。
在高温环境下，传统金属材料容易发生氧化、热膨胀等问题，而耐高温复合材料能够保持良好的力学性能和化学稳定性。
因此，它在航空航天领域的应用非常广泛，如航空发动机叶片、导向舵、燃烧室壁板等都采用了耐高温复合材料。
另外，耐高温复合材料还具有较好的耐磨性能和耐腐蚀性能。
在一些特殊环境下，如化工设备、石油钻采设备等，复合材料能够有效抵抗腐蚀介质的侵蚀，同时具有较好的耐磨损性能，大大延长了设备的使用寿命。
总的来说，耐高温复合材料具有广阔的应用前景和市场需求。
随着科技的不断进步和材料工艺的不断改进，相信耐高温复合材料将会在更多领域得到应用，为人类的科技发展和生活带来更多的便利和进步。
航天复合材料
航天复合材料航天复合材料是指用于航天器的结构材料，具有轻质、高强度、高刚度和耐高温等特点，能够满足航天器在高速、高温、高压等极端环境下的使用要求。
航天复合材料由多种不同种类的材料通过复合工艺制成。
其中最常用的材料是碳纤维、玻璃纤维和复合树脂。
碳纤维具有高强度、高模量、低密度的特点，可以有效减轻航天器的重量。
玻璃纤维则具有良好的抗热膨胀性能，能够适应航天器在高温环境下的使用要求。
复合树脂作为粘合剂，能够有效固定纤维，提高复合材料的整体性能。
航天复合材料的制造过程通常包括预浸料、层叠和热固化等步骤。
预浸料是将纤维和树脂预先混合，形成一种类似薄膜状的材料。
层叠是将多层预浸料叠加在一起，通过粘合剂将它们粘合在一起。
热固化是将层叠好的复合材料放入热压机中，经过高温和高压的作用，使树脂固化，最终形成坚固的航天复合材料。
航天复合材料具有许多优点。
首先，它们具有轻质的特点，可以减轻航天器的重量，降低发射成本。
其次，航天复合材料具有高强度和高刚度，能够抵抗外界环境对航天器的冲击和振动，提高航天器的抗疲劳性能。
此外，航天复合材料还具有良好的抗高温和抗热膨胀性能，能够适应航天器在高温环境下的使用要求。
然而，航天复合材料也存在一些缺点。
首先，航天复合材料的制造成本较高，制造工艺也较为复杂，需要较高技术水平和设备投入。
其次，航天复合材料对环境的适应性较差，容易受到氧化、紫外线等外界因素的影响，导致材料的性能下降。
总之，航天复合材料是航天器的关键结构材料，具有轻质、高强度、高刚度和耐高温等特点，可以满足航天器在极端环境下的使用要求。
随着科技的发展和制造工艺的改进，航天复合材料的性能和应用范围将得到进一步提升。
新材料在航天领域中的应用
新材料在航天领域中的应用随着人们对太空探索的需求，航天技术的发展日新月异。
在这一背景下，新材料的出现成为了航天领域中的一股强劲推动力。
新材料具有应用广泛、性能优越等特点，使得其在航天领域的应用前景十分广阔。
本文将介绍几种常见的新材料在航天领域中的应用情况。
1. 高分子材料高分子材料是一类广泛应用于航天领域的新材料之一。
例如，聚四氟乙烯（PTFE）是一种优秀的高温耐受性材料，因其能够在高温下保持物理和化学稳定性而广泛应用于制造太阳帆。
同时，一些新型高分子材料，例如PEEK、PI等高性能聚合物，也被用于制造航空航天领域的零部件。
这些材料具有重量轻、机械性能优良、耐腐蚀、高温耐受性和电气性能优异等优点，并且可以在极端环境下稳定运行。
2. 纳米材料纳米材料是指颗粒尺寸小于100纳米的材料，其具有出色的力学、热学和电学性能。
这些性能使得纳米材料成为卫星、火箭等领域中的重要材料。
例如，使用纳米铝粉末作为推进剂可以大幅度提高火箭发动机的能量密度。
此外，纳米碳材料也成为复合材料、聚合物材料等的强化剂，这些强化材料可用于制造飞机结构件、太阳能电池等。
3. 金属基复合材料金属基复合材料是由两种或多种不同的材料组成的，具有相互协作的力学、热学和电学性能，其应用主要体现在航空航天领域的材料、结构、电子器件等领域。
例如，铝基复合材料广泛应用于宇航器的结构、发动机壳体等领域。
此外，钛基复合材料、镍基复合材料等也被用于机械部件、管道等领域，这些新型复合材料具有轻质、高强度、高温耐受性和高导热性等性能，成为各类飞行器、航天器的重要组成部分。
4. 智能材料智能材料是新型材料中的一种，其特点是可以根据外部力、电磁场等信息作出主动响应和变形，成为新时期的前沿领域。
航天器作为一种承载高科技成果的载体，智能材料在其制造中发挥着巨大的作用。
例如，智能合金材料可以用于气动控制、结构变形等领域，而智能聚合物材料则可以用于制造超越式太阳能电池等领域。
碳碳复合材料的研究进展
碳碳复合材料的研究进展材料科学与工程学院 11N091820030 许明阳碳/ 碳(C/ C) 复合材料是碳纤维增强碳基体的复合材料,具有高强高模、比重轻、热膨胀系数小、抗腐蚀、抗热冲击、耐摩擦性能好、化学稳定性好等一系列优异性能,是一种新型的超高温复合材料。
C/C 复合材料作为优异的热结构、功能一体化工程材料,自1958 年诞生以来,在军工方面得到了长足的发展,其中最重要的用途是用于制造导弹的弹头部件。
由于其耐高温、摩擦性好,目前已广泛用于固体火箭发动机喷管、航天飞机结构部件、飞机及赛车的刹车装置、热元件和机械紧固件、热交换器、航空发动机的热端部件、高功率电子装置的散热装置和撑杆等方面。
C/ C 复合材料种类多、性能各异,为此人们针对特定的用途来设计合适的C/ C 复合材料。
由于碳/ 碳复合材料具有以上特征,自20 世纪50 年代末问世起就引起了全世界的关注, 各发达国家纷纷投入这方面的研究。
到60 年代末至70 年代初,美国就将其用于火箭喷管, 英国用于协和号飞机刹车盘。
自此碳/ 碳复合材料在欧美得到了很大发展。
80 年代以后, 更多国家进入了这一研究领域, 在提高性能、快速致密化工艺研究及扩大应用等方面取得很大进展。
近两年, 我国中南大学、航天科技集团公司和西北工业大学科研人员分别用CLVD( 化学液气相沉积) 法和CLVI(化学液相气化渗透) 工艺制备出碳/ 碳复合材料, 济南大学用RCLD(快速化学液相沉积)制备出1D 和2D 碳/ 碳复合材料。
碳/ 碳复合材料由于制备周期长、工艺复杂、成本高等因素, 其应用范围仅限于军事、高科技等领域, 而在民用领域远远尚未开发。
1、碳/碳复合材料的制备工艺1.1碳/碳复合材料的预成型体和基体碳在进行预制体成型前,根据所设计复合材料的应用和工作环境来选择纤维种类和编织方式，预成型体是一个多孔体系，含有大量空隙。
如三维碳/碳复合材料中常用的结构的预成型体中的纤维含量仅有40%，也就是说其中空隙就占60% 。
浅析航空航天用隔热材料的研究进展
浅析航空航天用隔热材料的研究进展航空航天用隔热材料是航空航天工程中非常重要的一项技术，能够有效地保护飞行器在高温或高速气流环境下的飞行安全。
随着航空航天工程的不断发展和进步，对隔热材料的要求也越来越高。
为了满足这些需求，科研人员不断地对隔热材料进行研究和改进，取得了一系列的进展。
本文将从材料的种类、性能要求以及最新的研究进展等方面进行浅析。
一、航空航天用隔热材料的种类隔热材料主要分为有机隔热材料和无机隔热材料两大类。
有机隔热材料一般由聚合物、纤维素、聚酰亚胺等有机高分子材料构成，具有质轻、灵活、易加工等特点，适合用于制造航空航天器件表面的隔热保护层。
无机隔热材料则主要包括氧化铝、二氧化硅、碳化硅等无机非金属材料，其热稳定性和耐高温性能远高于有机材料，适合用于制造高温部件的隔热层。
近年来，复合型隔热材料也引起了科研人员的广泛关注，该种材料结合了有机材料和无机材料的优点，具有综合性能优良的特点，在航空航天领域具有很大的应用前景。
航空航天用隔热材料在使用过程中需要具备一系列的性能，主要包括高温稳定性、耐氧化性、耐热冲击性、导热系数低、质轻等。
高温稳定性是隔热材料最为重要的性能之一，航空航天器件在大气层再入或高速飞行时，会遇到高温高速气流的冲击，因此隔热材料需要能够长时间在高温下稳定工作，同时还要能够有效地减缓热传导速率，保护器件不受高温影响。
隔热材料还需要具备良好的耐氧化性能，以应对高温氧化环境下的腐蚀。
隔热材料还需要能够承受热冲击，抵御高温气流对表面的冲击和侵蚀，保证航空航天器件的安全使用。
隔热材料还要求具备良好的导热系数，以提高热阻，降低热传导速率。
隔热材料的质轻性也是十分重要的，轻质材料能够有效减轻航空航天器件的自重，提高飞行性能和载荷能力。
在工艺制备方面，喷涂技术及激光熔覆技术等新型涂层制备技术的应用使得隔热材料的制备更加方便快捷。
激光熔覆技术尤其研究的深入，该技术能够提高隔热材料的结合强度和致密性，提高材料的耐热冲击性和耐氧化性能。
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组员：林普 邱小康
宇航用喷气发动机和火箭发动机性能的提高在很 大程度上取决于耐高温材料的进展，九十年代乃 至下个世纪使用的航空飞行器（包括飞机和导弹） 需要更先进的喷气发动机，以航天飞机为代表的 新一代航天运载器需要更高性能的推进系统。
高温合金 新型高温材料
耐高温金属材料
金属间化合物
金属间化合物具有优良的高温性能，其强度 随温度的增加而增加，而且密度小，质量轻 。高温合金的熔点不超过1288 ℃，NiAl金属 间化合物的熔点高达1638 ℃，并且耐氧化 。Ni3Al的密度相当于单晶高温合金的2/3 金属间化合物主要包括Ni-Al系、Fe-Al系、 Ti-Al系金属间化合物
耐高温、低密度、高强度、抗氧化等特点 使陶瓷材料具有接替金属作为新一代高温 结构材料的潜力。 缺点：脆性大、可靠性差。 解决方案：连续纤维增韧
在发展的多种增韧途径中，连续纤维增韧 陶瓷基复合材料最引人注目，它可以具有 类似金属的断裂行为、对裂纹不敏感。 70年代初期法国Naslain教授发明了气相渗 透（CVI）制造连续纤维增韧碳化硅陶瓷基 复合材料（CMC-SiC）：SiC/SiC；C/SiC
高温合金是指以铁、钴、镍为基，能在 600℃以上高温抗氧化或抗腐蚀，并能在一 定应力作用下长期工作的一类金属材料， 也称超合金。
20世纪50至60年代，发动机热端部件材料 主要是铸造高温合金，其使用温度 800~900℃进入80年代以来，随着高温单 晶技术的开发，使用温度提高到 1200~1300℃
金属间化合物
缺点：室温脆性差，难于加工 解决方法：在基体中加入硼元素以提高延 伸率 高铌钛铝合金
高温高性能高铌钛铝合金可以替代高性能变 形镍基高温合金，密度大约是镍基高温合金 的一半，使部件有显著的减少重量的作用。 具有我国独立知识产权的新一代航空航天用 发动机材料－－高温高性能高铌钛铝合金材 料即将步入产业化阶段，这一技术将使我国 航空航天发动机材料居世界领先水平。
高铌钛铝合金制造的涡轮叶片
国产“太行”大推力发动机，据说已在歼10/歼11战斗机 上使用
高温合金具有耐高温、高强韧、抗氧化、 可加工性和良好的导热性，具有较全面的 综合性能。但随着发动机涡轮进口温度不 断提高，高温合金由于熔点的限制，最高 使用温度已经不能满足需要，从长远看， 必须寻找能耐更高温的材料代替高温合金
新型高温材料
陶瓷基复合