复合材料与航空航天
复合材料在航空航天领域的应用
复合材料在航空航天领域的应用航空航天工程是当今科技领域中最具挑战性和前沿性的领域之一。
随着科技的不断进步，复合材料作为一种新型材料，在航空航天领域中得到了广泛的应用。
复合材料是由两种或两种以上的不同材料组合而成，具有优异的力学性能和轻质化特点，成为航空航天工程中不可或缺的材料。
复合材料在航空航天领域中的应用主要体现在飞机结构中。
传统的金属材料在飞机结构中存在着重量大、阻力大等问题，而复合材料具有比重较低、强度高、刚度大等优点，可以有效减轻飞机的自重，并提高飞机的飞行性能。
例如，复合材料可以用于飞机的机翼、机身等结构部件，使得飞机具有更好的飞行稳定性和燃油经济性。
复合材料在航空航天领域中还广泛应用于航天器热保护系统。
航天器在大气层再入过程中会受到高温的热辐射，传统的热保护材料往往难以满足高温、高速的要求。
而复合材料具有优异的耐高温性能和热稳定性，可以有效保护航天器在再入过程中不受高温的影响。
因此，复合材料在航天器热保护系统中的应用，可以保证航天器的安全和稳定。
复合材料还被广泛应用于卫星的结构设计和制造中。
卫星需要具有轻质化、高强度、高刚度等性能，以满足卫星在太空中的长期运行需求。
复合材料作为一种理想的卫星结构材料，可以有效减轻卫星的重量，提高卫星的运载能力和工作效率。
因此，复合材料在卫星制造中的应用，可以提高卫星的整体性能和可靠性。
复合材料在航空航天领域中的应用是不可忽视的。
复合材料以其轻质化、高强度、高刚度等优点，为航空航天工程提供了新的解决方案。
随着科技的不断进步，相信复合材料在航空航天领域中的应用将会更加广泛，为航空航天工程的发展注入新的活力。
复合材料在航空航天中的应用
复合材料在航空航天中的应用咱先来说说啥是复合材料哈。
简单来讲，复合材料就是把不同的材料组合在一起，就像搭积木一样，让它们的优点凑一块，变得更厉害。
比如说，把强度高的纤维和耐磨损的树脂放在一块儿，就成了一种新的厉害材料。
在航空航天领域，复合材料那可是大显身手。
就拿飞机来说吧，以前的飞机大多是用金属做的，又重又不灵活。
但现在有了复合材料，情况就大不一样啦！我记得有一次坐飞机，正好靠窗，我就盯着那飞机的翅膀看。
旁边的一个小朋友好奇地问我：“叔叔，这飞机翅膀是用啥做的呀？”我就跟他说：“这翅膀呀，很多部分都是复合材料做的哟。
”小朋友瞪大眼睛，一脸不可思议。
复合材料让飞机变得更轻啦，这样就能飞得更远、更省油。
而且它的强度还特别高，能承受住飞行中的各种压力和冲击。
你想想，飞机在天上飞，遇到气流啥的，要是材料不结实，那可就危险啦。
航天领域也是一样。
火箭的外壳很多也是复合材料做的。
以前的火箭外壳又重又不耐高温，现在用了复合材料，耐高温的同时还减轻了重量，让火箭能带着更多的东西飞到太空去。
就像前段时间看的一个纪录片，讲的是新一代的航天飞行器的研发过程。
研发团队为了找到最合适的复合材料，那可是做了无数次的实验。
有时候为了测试一种新的复合材料在极端环境下的性能，他们得在实验室里熬上好几个通宵。
最终，他们成功了，新的复合材料让飞行器的性能有了巨大的提升。
在航空航天中，复合材料的应用可不只是在飞机和火箭的外壳上。
飞机内部的一些零部件，比如座椅的框架、行李架啥的，也都开始用复合材料了。
这不仅减轻了重量，还让飞机内部的空间更大更舒适。
还有那些卫星，小小的身体里也藏着不少复合材料的奥秘。
为了能在太空那种恶劣的环境中正常工作，卫星的结构材料就得既轻又耐用，复合材料正好满足了这些要求。
总之啊，复合材料在航空航天领域的应用那真是越来越广泛，给我们的蓝天梦想和星辰大海之旅带来了更多的可能。
说不定未来，还会有更神奇的复合材料出现，让我们的飞行变得更加不可思议！回想那次飞机上和小朋友的对话，我相信，等他长大了，一定能看到更多复合材料带来的惊喜。
复合材料在航空航天中的应用
复合材料在航空航天中的应用航空航天领域一直以来都在追求更高的性能、更轻的重量和更强的可靠性。
在这一追求中，复合材料发挥着至关重要的作用。
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料通过物理或化学方法组合而成的一种新型材料，具有优异的性能，能够满足航空航天领域的苛刻要求。
首先，让我们来了解一下复合材料在飞机制造中的应用。
在飞机的结构中，复合材料的使用可以显著减轻飞机的重量。
例如，碳纤维增强复合材料具有高强度和高刚度的特点，同时密度相对较低。
这使得飞机在减轻自重的情况下，能够搭载更多的燃料、乘客或货物，从而提高了飞机的燃油效率和航程。
飞机的机翼是复合材料应用的重要部位之一。
机翼需要承受巨大的空气动力载荷，同时还要保持良好的气动外形。
复合材料的高强度和可设计性使其能够制造出更加复杂和优化的机翼结构，提高机翼的性能和效率。
此外，飞机的机身、尾翼等部位也越来越多地采用复合材料，以降低重量、提高结构强度和抗疲劳性能。
在航天领域，复合材料同样具有不可替代的地位。
航天器在发射和运行过程中要经历极端的温度、压力和辐射环境，对材料的性能要求极高。
例如，陶瓷基复合材料能够承受数千度的高温，常用于航天器的热防护系统，保护航天器在重返大气层时不受高温的损害。
另外，复合材料在卫星制造中也有广泛应用。
卫星的结构需要具备轻量化、高强度和高稳定性的特点。
复合材料的使用可以减轻卫星的重量，降低发射成本，同时提高卫星的在轨寿命和可靠性。
复合材料在航空航天发动机领域也发挥着重要作用。
发动机的零部件需要在高温、高压和高速旋转的环境下工作，对材料的性能要求非常苛刻。
金属基复合材料具有良好的高温性能和耐磨性，能够用于制造发动机的叶片、涡轮盘等关键零部件，提高发动机的性能和可靠性。
除了上述方面，复合材料在航空航天领域的其他方面也有出色表现。
比如，在飞机的内饰和非结构部件中，复合材料可以提供更好的防火、隔音和耐腐蚀性能。
在航天领域，复合材料还用于制造火箭的外壳、推进剂贮箱等部件，提高火箭的运载能力和可靠性。
复合材料在航空航天领域的创新应用
复合材料在航空航天领域的创新应用在探索宇宙的无垠深渊中，人类始终被一种力量所驱动——对未知的无限好奇与探索的热情。
航空航天技术，作为人类智慧的结晶，不断地推动我们突破地球的束缚，向着星辰大海进发。
在这一过程中，复合材料的应用如同给航天器装上了“隐形的翅膀”，让它们更轻、更强、更远。
一、复合材料：航空航天的“未来之翼”想象一下，如果飞机全部由钢铁构成，那它将沉重到无法起飞。
复合材料的出现，就像是一位巧手魔术师，以其轻盈而又坚韧的特性，彻底改变了航空航天设备的面貌。
碳纤维和玻璃纤维等材料，因其卓越的强度重量比和耐腐蚀性，已成为制造航天器不可或缺的材料。
二、创新应用：跨越极限的挑战者在航空航天领域，每一次技术的突破都伴随着巨大的挑战。
复合材料的使用不仅仅是为了减轻重量，更是在于它们能够承受极端的环境条件。
从炙热的大气层再入，到寒冷刺骨的太空低温，这些材料如同勇敢的探险家，保护着航天器的“心脏”不受侵害。
三、深入剖析：技术革新背后的思考然而，技术的进步从未是一帆风顺的。
复合材料虽然在性能上有着无可比拟的优势，但其成本和制造工艺的复杂性也是不容忽视的问题。
此外，随着这些材料的广泛应用，如何回收和处理也成为了一个环保问题。
这就像是一场双刃剑的舞蹈，既带来了前所未有的可能性，也带来了新的挑战和责任。
四、展望未来：飞跃梦想的助力者展望未来，复合材料在航空航天领域的应用将会更加广泛和深入。
随着纳米技术、3D打印等新技术的加入，我们有理由相信，更加轻质、高强度、多功能的复合材料将会出现，为航空航天事业的发展注入新的活力。
这不仅是技术的飞跃，更是人类对于无限可能的探索和憧憬。
在这场星辰大海的征途中，复合材料无疑是人类智慧的杰作，它们的创新应用不仅让我们看到了技术的力量，更让我们对未来充满了无限的期待和梦想。
如同夜空中最亮的星，引领着我们不断前行。
轻质高强复合材料在航空航天中的应用与前景
轻质高强复合材料在航空航天中的应用与前景在现代的航空航天领域，材料科学的发展对于先进飞行器的设计和制造起着至关重要的作用。
其中，复合材料以其承载性能优异、重量轻、抗腐蚀性好等特点在航空航天工业中得到了广泛应用。
1. 复合材料的优势复合材料由两种或两种以上的材料组成，这些材料在物理和化学上有着不同的性质，但是它们能够有机地结合在一起，形成一种新的材料。
相比于传统的金属材料，复合材料有如下的优势：1.1 轻量化复合材料由纤维增强体和基体组成，其中纤维增强体通常选用高强度、高模量的材料，如碳纤维、玻璃纤维等。
这些纤维在基体中分布均匀，形成一些微小的单元，这使得复合材料的重量比同等尺寸的金属材料轻很多，因此在航天器制造中扮演着重要的角色。
1.2 高强度复合材料的强度高于传统的金属材料。
因为在一定的负荷作用下，纤维增强体负责承受主要的拉伸应力，而基体则承担剪切和压缩的应力，这使得复合材料的承载能力比较高。
1.3 抗腐蚀性在特殊的环境下，金属材料的使用会受到严重的腐蚀，而这种现象在复合材料中并不会出现，因为复合材料不易锈蚀，而且还可抵抗强酸、强碱等化学腐蚀。
2. 复合材料在航空航天中的应用在航空航天工业中，复合材料的应用从早期的机翼构造到现在的大型卫星电力推进系统、人造卫星载荷舱体等方面。
主要的应用领域包括飞机机身、发动机及航空电子装备等。
2.1 飞机机身目前，复合材料机身已经成为各大飞机生产厂商争相应用的方向。
它减少了氧化铝、钛合金等传统材料的使用，因此通过降低飞机的重量，极大地提高了飞机的燃油效率。
2.2 发动机在航空航天领域，发动机是复合材料很广泛的应用领域之一。
发动机的大量结构件都已经用复合材料代替传统材料，这些复合材料通常都是高温稳定型的，以满足高温和抗氧化特性等性能要求。
2.3 航空电子装备航空电子装备使用复合材料具有重要的战略意义，在航空航天电子中广泛应用的复合材料包括碳纤维增强树脂基复合材料等。
复合材料在航空航天领域的应用
复合材料在航空航天领域的应用航空航天领域一直是人类探索未知、追求进步的前沿阵地，而复合材料的出现和应用则为这个领域带来了革命性的变化。
复合材料具有优异的性能，如高强度、高刚度、低密度、耐腐蚀等，使其成为航空航天领域中不可或缺的重要材料。
复合材料在飞机结构中的应用十分广泛。
飞机的机身、机翼、尾翼等主要结构部件都可以采用复合材料制造。
以机身为例，使用复合材料可以显著减轻飞机的重量，从而降低燃油消耗，提高飞行效率。
例如，波音 787 客机的机身结构中有大约 50%使用了复合材料，这使得飞机在重量上相比传统金属结构的飞机有了大幅降低。
机翼是飞机产生升力的关键部件，复合材料的高强度和高刚度特性能够满足机翼在复杂受力情况下的要求，同时还能减轻重量，提高飞机的载重能力和飞行性能。
在航天领域，复合材料同样发挥着重要作用。
航天器在发射和运行过程中要承受极端的温度、压力和辐射环境，对材料的性能要求极高。
复合材料的耐高温、耐腐蚀和高强度等特性使其成为制造航天器结构的理想选择。
比如，火箭的外壳和发动机部件常常采用复合材料制造。
复合材料能够承受火箭发射时的高温和巨大的推力，保证火箭的结构完整性和可靠性。
复合材料在航空航天领域的应用还体现在飞行器的内饰和零部件上。
飞机的座椅、行李架、控制面板等内饰部件使用复合材料可以减轻重量，提高舒适度和安全性。
在零部件方面，复合材料制成的螺栓、螺母、垫片等具有重量轻、强度高、耐腐蚀的优点，能够提高飞行器的整体性能和可靠性。
除了结构方面的应用，复合材料在航空航天领域的功能应用也日益重要。
例如，复合材料可以用于制造雷达罩，其良好的电性能可以保证雷达信号的传输和接收不受干扰。
此外，复合材料还可以用于制造隔热材料，保护飞行器在高温环境下的设备和人员安全。
然而，复合材料在航空航天领域的应用也面临一些挑战。
首先是成本问题，复合材料的制造工艺相对复杂，原材料价格较高，导致其成本相对传统金属材料较高。
这在一定程度上限制了复合材料在一些对成本敏感的项目中的应用。
复合材料在航空航天领域的研究现状
复合材料在航空航天领域的研究现状在当今的航空航天领域，复合材料凭借其优异的性能，已经成为不可或缺的重要材料。
它们的应用不仅减轻了飞行器的重量，提高了飞行性能，还为航空航天技术的发展带来了新的突破。
复合材料具有许多独特的性能优势。
首先，它们具有高强度和高刚度，相比传统金属材料，能够在相同重量下提供更出色的力学性能。
这对于减轻飞行器的结构重量，提高燃油效率和飞行里程具有重要意义。
其次，复合材料具有良好的耐腐蚀性和耐高温性能，能够在恶劣的环境条件下保持稳定的性能。
再者，它们还具有良好的可设计性，可以根据不同的需求定制出具有特定性能的材料。
在航空领域，复合材料的应用范围越来越广泛。
飞机的机身、机翼、尾翼等主要结构部件都开始大量采用复合材料。
例如，波音 787 飞机的机身结构中，复合材料的使用比例高达 50%以上。
这不仅减轻了飞机的重量，还降低了运营成本，提高了飞机的经济性和环保性能。
在机翼方面，复合材料的应用可以改善机翼的气动性能，减少阻力，提高飞行效率。
此外，飞机的内饰部件，如座椅、行李架等也逐渐采用复合材料，以减轻重量和提高舒适性。
在航天领域，复合材料同样发挥着重要作用。
航天器在太空环境中面临着极端的温度、辐射和真空等条件，对材料的性能要求极高。
复合材料的耐高温、耐辐射和轻质高强等特性使其成为制造航天器结构的理想材料。
例如，卫星的天线、太阳能电池板支架等部件通常采用复合材料制造。
在火箭领域，复合材料用于制造火箭的发动机壳体、喷管等关键部件，能够提高火箭的推力和可靠性。
然而，复合材料在航空航天领域的应用也面临着一些挑战。
首先，复合材料的成本相对较高，这限制了其在一些领域的广泛应用。
为了降低成本，需要不断改进生产工艺和提高生产效率。
其次，复合材料的损伤检测和修复技术还不够成熟。
由于复合材料的结构复杂，一旦出现损伤，检测和修复难度较大。
因此，需要发展更加有效的检测手段和修复技术，以确保飞行器的安全运行。
再者，复合材料的性能在长期使用过程中可能会发生变化，例如老化、疲劳等。
复合材料在航空航天领域的应用研究
复合材料在航空航天领域的应用研究复合材料是一类优异材料，由两种或两种以上的材料组成，在它们的结合体中保留了各自的特性。
它有着超群的材料特性，被广泛应用于市场上的高端产品。
航空航天领域也是复合材料应用的重点领域，因为那里需要使用低密度、高强度、高刚度的材料来减轻飞行器质量，提高性能。
本文将探讨复合材料在航空航天领域的应用研究。
一、复合材料在飞机制造中的应用1.1 碳纤维复合材料碳纤维复合材料具有高的比强度、比刚度和低的密度，它的优势就在于比如可以代替机身部件重量更重的金属材料，从而使飞机的重量减轻20-30%，并减少了耗费燃料的能量。
由于光照也是飞机旅程中的主要耗费来源，这些复合材料的使用直接影响了飞行器的经济效益。
另外，在要求更高、对减轻结构重量更为苛刻的卫星等应用领域中，碳纤维复合材料的应用也是十分重要的。
1.2 玻璃纤维复合材料玻璃纤维复合材料是较为便宜的一类复合材料，可以通过手工制造，替代部分航空零部件的铝合金，并且能够承受冲击、磨损和化学腐蚀。
2000年之前，航空器中曾经广泛使用玻璃纤维复合材料。
但由于其相对较低的强度和刚度，玻璃纤维复合材料在航空领域的应用越来越少，逐渐被碳纤维复合材料所取代。
二、复合材料在火箭制造中的应用2.1 增材制造增材制造，也称为3D打印，已经成为火箭制造领域的重要一部分。
在这个过程中，通常使用复合材料，在3D打印机中将复合材料层层叠加，直至形成需要的部件。
这种技术可以节省费用和时间，并减少浪费的材料。
这种技术目前主要用于生产低质量和小批量的零部件。
2.2 碳纤维增强复合材料在现代火箭推进系统中，尤其是在发动机喷嘴和推力向量控制方面，强度高、轻量的复合材料是及其必要的。
这种具有向心力的负载被偏向更有效的复合材料，轻质、强度高的碳纤维增强复合材料在此领域中广泛应用。
三、复合材料在航空航天领域的未来随着3D打印和其他新技术的发展，未来的复合材料将更创新，更具工程度。
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复合材料与航空航天摘要先进复合材料(advanced composite materials ,ACM)成功地用于航空航天领域仅有20多年的历史.它具有比强度比模量高、可设计性强、抗疲劳性能好、耐腐蚀性能优越以及便于大面积整体成型等显著优点,在飞机上已获得大量应用。
作为21世纪的主导材料,先进复合材料的用量已成为飞机先进性,乃至航空航天领域先进性的一个重要标志,是世界强国竞相发展的核心技术,也是我国的重点发展领域。
本文介绍了复合材料在航空航天上的发展状况，其后讨论了目前复合材料使用上存在的问题，如碳纤维质量差，成本高，针对这些问题，本文最后着重叙述了先进的碳化硅陶瓷纤维的制备方法，特点，以及NL-200陶瓷级纤维在航空航天上的使用。
关键词：复合材料碳化硅陶瓷纤维航空航天1先进复合材料现状复合材料是指由两种或两种以上具有不同物理、化学性质的材料，以微观、介观或宏观等不同的结构尺度与层次，经过复杂的空间组合而形成的一种多相固体材料。
先进复合材料(Advanced Composite Materials)指的是在性能和功能上远远超出其单质组分性能与功能的类新材料。
它是国防军工和国民经济发展最重要的一类工程材料，也是应用于飞机、火箭、卫星、飞船等航空航天飞行器的理想材料。
根据美国航空航天局(NASA)的划分，航空航天所使用的各种先进复合材料可以分为以下几种：树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料以及碳/碳复合材料等[1]。
1.1.1先进树脂基复合材料先进树脂基复合材料是以高性能纤维为增强体、高性能树脂为基体的复合材料.与传统的钢、铝合金结构材料相比,它的密度约为钢的1/5,铝合金的1/2,且比强度与比模量远高于后二者.目前用途最广的主要有碳纤维复合材料(ＣＦＲＰ)和芳纶纤维复合材料(ＡＦＲＰ).ＣＦＲＰ具有比强度高、耐高温、减振性好、耐疲劳性能优越等突出优点,是目前民用飞机上用量最大,也是航空航天等尖端科技领域发展较为成熟的先进复合材料[2].ＡＦＲＰ热稳定性好,耐介质性能优良,可作为复合装甲材料,有较强的防护力.国外近年致力于将该种材料用于制作军、民用飞机的"光谱屏蔽"材料,其关键性能指标———抗冲击性能相当出色.1.1.2 金属基复合材料金属基复合材料主要是指以Ａｌ、Ｍｇ等轻金属为基体的复合材料.在航空和宇航方面主要用它来代替轻但有毒的铍. 这类材料具有优良的导电性能、导热性能、耐高温性能，横向性能、低消耗和优良的可加工性能。
近20年来，镁基、铝基、钛基等轻质金属基复合材料在航空航天高技术领域起到了支撑作用［3］，SiC晶须增强的铝基复合材料薄板将用于先进战斗机的蒙皮和机尾的加强筋，钨纤维增强高温合金基复合材料可用于飞机发动机部件，石墨/铝、石墨/镁复合材料具有很高的比刚度和抗热变形性，是卫星和宇宙飞行器用的良好的结构材料。
美国航天航空局采用石墨/铝复合材料作为航天飞机中部长20m的货舱架。
这类材料具有优良的横向性能、低消耗和优良的可加工性,已成为在许多应用领域最具商业吸引力的材料,并且在国外已实现商品化.而在我国仅有少量批量生产,以汽车及机械零件为主,年产量仅5000吨左右,与国外差距较大[4].1.1.3 陶瓷基复合材料和碳/碳复合材料陶瓷基复合材料和碳/碳复合材料属于耐热结构复合材料，这类材料具有寿命长、强度高、密度低、耐高温、耐腐蚀和抗磨损等特性。
陶瓷基复合材料的最高使用温度为1650℃，其密度仅为高温合金的1/3～1/4，工作温度却比高温合金高500℃，它的耐高温能力和减重效果是目前其它材料无法替代的。
在1992年，美国投入陶瓷基复合材料应用研究的经费就高达3500万美元[5];法国ＳＥＰ公司用陶瓷基复合材料制成的ＳＣＤ-ＳＥＰ火箭试验发动机已通过点火试车,并使结构减重50%[6].国内从20世纪90年代初开始进行该领域的研究,目前尚未有批量生产的报道。
与其它几类相比连续纤维增强陶瓷基复合材料具有更高的断裂韧性及断裂功，且具有完全的非脆性破坏形式，其断裂韧性(K1C)可达30MPa·m1/2以上，比传统陶瓷材料韧性(K1约MPa·m1/2提高200～600%[6]。
2.4 碳/碳复合材料碳纤维增强碳复合材料是指用碳纤维来增强各种基质碳的材料，简称碳/碳复合材料[7]。
碳/碳复合材料是一种极好的热结构材料，具有升华温度高、力学性能好、抗热振性能好质量轻、抗辐照、辐射系数比较高、对雷达和光的可见度小等优点，主要用于航空航天领域。
3先进复合材料可持续研发与应用中需解决的问题我国先进复合材料是在国防、航空航天领域的需求牵引下逐步发展起来的,经历了对前苏联、美国、日本、西欧以及俄罗斯等国的仿制和跟踪到形成自己的复合材料体系的不同阶段,同时由于受到体制分割和各自领域独立发展的制约和影响,在某种程度上已经形成了材料品种及牌号多、材料成熟度参差不齐、低水平或同水平重复以及较低的性能，质量、规格、价格以及供货能力等方面还远远不能满足国防、航空航天以及民用领域的需求。
尤其在中国加入WTO之后,在自主知识产权、创新和提高竞争力等方面受到严峻的挑战。
3.1国产碳纤维碳纤维是最重要的增强材料,我国碳纤维研发与生产中存在的几个问题:原丝质量差、生产规模小、质量低、价格高、应用基础研究薄弱等。
面对国外的技术封锁,我国的迫切需求,以及碳纤维的基础性、先导性以及战略性特点,解决碳纤维技术问题迫在眉睫。
如解决PAN原丝PAN碳纤维的关键技术问题,T300级PAN 碳纤维实现大批量生产,满足国内对碳纤维材料的需求;T700级PAN碳纤维可进行小批量生产;争取在模量大于700GPa和强度大于5.5GPa的高模高强碳纤维关键技术方面获得突破,并同时开展大丝束、低成本碳纤维技术研究。
3.2低成本复合材料技术我国在低成本复合材料技术方面面临着很大的挑战,尤其是在低成本制造技术方面。
以某机翼研制为例,碳纤维树脂基复合材料每千克成本为9600元,其中碳纤维约为1000元,树脂约为300元,纤维和基体的成本在总成本中占有份额小于15%,设计成本小于5%,而制造成本却高达80%[8].首先,要继续发展低成本工艺技术,如树脂传递模塑(RTM)及其衍生工艺、电子束固化和低温固化工艺等。
同时,发展制造过程优化以及工艺控制技术,提高复合材料的性能稳定性,也是降低成本的重要手段。
大幅降低成本,提高制造效率的重要技术是自动化制造,如自动纤维铺放技术等,而我国先进的工艺装备还十分缺乏。
3.3 先进复合材料及结构的设计理论与方法通过对复合材料几十年的研究和成功应用,人们对其有了更深刻的认识。
自2000年以来,欧美等发达国家的先进复合材料在航空上用量有很大的飞跃,这其中的原因是多方面的,而科学合理的设计理论与方法也是其中的重要因素。
我国首先要解决的是设计理念上的问题。
主承力结构件上大量用复合材料,需要设计师接受和信赖复合材料。
其次是设计理论问题。
复合材料的性能分散性和环境依赖性使其设计问题相当复杂,设计准则和结构设计值的确定还很保守。
现有的方法需要大量试验,造成复合材料的制备成本高、周期长,性能测试难度大、费用昂贵。
设计、制备、评价和使用过程中获得的每一个材料性能数据都弥足珍贵。
因此,建立长期的开放式的数据库系统十分必要。
3.4 先进复合材料结构的安全与可靠性评价复合材料结构形式、服役载荷及使用环境都相当复杂及初始缺陷影响和损伤最终导致材料破坏与结构失效的机制复杂。
因此,建立复合材料有效性能试验表征与评价体系,发展高精度的预报理论与方法,有效预测复合材料结构长时服役环境下的性能蜕变规律,给出科学合理的复合材料结构失效判据,定量化评价复合材料结构的可靠性和安全性,是复合材料工作者面临的重要课题。
3.5 重视发展规划国外航空航天结构中先进复合材料用量不断增加,急剧上升。
随着新一代飞行器的发展,特别是新一代卫星、大运载火箭、近空间飞行器和大飞机的发展,先进复合材料与应用将越来越重要。
国家应从需求及复合材料科学与技术本身规划复合材料可持续发展问题,可以从复合材料与金属、高分子、无机材料同等重要,并且是航空航天四大材料(复合材料、铝、钛、钢)的角度,制定相关计划并动员社会力量推进复合材料可持续发展。
重点解决先进复合材料研制中的共性和关键问题,发展我国的优势和精品系列材料,通过国家与企业协同支持,自主创新,使我国成为复合材料的强国。
4碳化硅陶瓷纤维碳纤维是一种高强度、高模量材料,理论上大多数有机纤维都可被制成碳纤维,实际用作碳纤维原料的有机纤维主要有三种，但其原丝质量差、生产规模小、质量低、价格高、应用基础研究薄弱等问题仍很严峻。
陶瓷纤维是由天然或人造无机物采用不同工艺制成的纤维状物质, 也可由有机纤维经高温热处理转化而成, 除具有优异的力学性能外, 还具有抗氧化、高温稳定性好等优点。
碳化硅纤维(SiCf)是用于金属基、陶瓷基复合材料的一种重要的高性能增强陶瓷纤维。
与碳纤维相比, SiCf在抗拉强度、抗蠕变性能、抗氧化性以及与陶瓷基体相容性方面表现出一系列的优异性能。
4.1 SiCf的制备4.1.1 化学气相沉积法化学气相沉积法 (CVD),即在连续的钨丝或碳丝芯材上沉积碳化硅。
通常在管式反应器中用水银电极直接采用直流电或射频加热, 把基体芯材 (钨丝或碳丝)加热到 1 200℃以上, 通入氯硅烷和氢气的混合气体 , 经反应裂解为碳化硅 , 并沉积在钨丝或碳丝表面。
目前有美国达信系统公司、法国国营火药炸药公司、英国石油公司和我国中科院金属所等在开展此项工作。
4.1.2 先驱体转化法先驱体转化法 (PIP)是以有机聚合物(一般为有机金属聚物)为先驱体, 利用其可溶可熔等特性成型后, 经高温热分解处理,使之从有机化合物转变为无机陶瓷材料的方法。
1975年日本的矢岛教授等[9]首次使用聚碳硅烷作为先驱体制造SiCf。
之后, 日本碳公司又开发了月产 100 kg的连续 SiCf工业生产线, 以“Nicalon”商品名销售。
同时国内也研制出了高性能连续SiCf技术 , 填补了中国陶瓷纤维品种的空白, 使中国成为国际上少数能用此方法制得连续 SiCf 的国家之一。
表 1反映了各国采用先驱体法制备 SiCf的性能。
目前 , SiCf 的单丝抗拉强度达到了 2.42 GPa, 丝束强度得到了成倍的提高 (178 GPa), 已经可以在编织机上进行编织 , 实用性大为提高。
尽管如此 , 先驱体法也有一些缺点:如原料及保护气体的价格昂贵、制造工艺繁杂 , 纤维质量不容易控制等。
4.1.3 活性炭纤维转化法近年来, 出现了一种新的SiCf制备方法———活性炭纤维转化法。
它的原理比较简单:利用气态的 SiO与多孔活性炭反应便转化生成了 SiC。