航空材料论文

目录1.航空复合材料概述........................................................................................................................21.1复合材料...............................................................................................................................21.2复合材料在飞行器上的应用...............................................................................................31.3C/C复合材料在高超飞行器中应用.....................................................................................42.C/C复合材料...............................................................................................................................52.1概述......................................................................................................................................52.2碳/碳复合材料的组成及微观结构.....................................................................................52.3碳/碳复合材料的性能........................................................................................................62.3.1物理性能...................................................................................................................62.3.2力学性能...................................................................................................................62.3.3热学及烧蚀性能.......................................................................................................62.3.4摩擦磨损性能.........................................................................................................62.4碳/碳复合材料制备及加工.................................................................................................72.4.1液相浸渍工艺..........................................................................................................72.4.2化学气相沉积工艺..................................................................................................72.4.3碳／碳复合材料的切削加工..................................................................................82.5碳/碳复合材料的应用.........................................................................................................82.5.1固体火箭发动机喷管上的应用..............................................................................82.5.2刹车领域的应用......................................................................................................82.6碳/碳复合材料的氧化及防氧化.........................................................................................92.6.1碳/碳改性抗氧化....................................................................................................92.6.2碳/碳涂层防氧化...................................................................................................9参考文献.........................................................................................................................................10航空复合材料与碳/碳复合材料概述摘要：复合材料是由两种或两种以上的不同材料、不同形状、不同性质的物质复合形成的新型材料。一般由基体材料和功能组元所组成。复合材料可经设计，即通过对原材料的选择、各组分布设计和工艺条件的保证等，使原组分材料优点互补，因而呈现了出色的综合性能。C/C复合材料是目前新材料领域重点研究和开发的一种新型超高温热结构材料,密度小、比强度大、线膨胀系数低(仅为金属的1/5~1/10)、热导率高、耐烧蚀、耐磨性能良好。特别是C/C复合材料在1000℃~2300℃时强度随温度升高而升高,是理想的航空航天及其它工业领域的高温材料。关键词：航空复合材料，碳/碳复合材料1.航空复合材料概述1.1复合材料复合材料是由两种或两种以上的不同材料、不同形状、不同性质的物质复合形成的新型材料。一般由基体材料和功能组元所组成。复合材料可经设计，即通过对原材料的选择、各组分布设计和工艺条件的保证等，使原组分材料优点互补，因而呈现了出色的综合性能。早期飞机为复合材料，由木质框架，金属丝支架和织物组成。焊接钢质框架从20世纪20年代早期开始代替木质框架。轻质铝壳结构则从20世纪30年代开始采用。到20世纪50年代完全转变成“全金属”飞机的过程完成。随着玻璃纤维、凯夫拉尔、碳纤维等复合材料的发展，并且早期复合材料结构的使用预示着复合材料运用的辉煌。在飞机上翼尖小翼、雷达罩和尾锥上少量玻璃纤维增强塑料的使用标志着飞机设计上复合材料的重新应用。从那时起复合材料在这些部件上的成功应用导致在每一种新机型上复合材料应用的增加。波音747使用了超过10000平方英尺表面的复合材料结构。在过去几年当中先进复合材料技术运用到诸如大翼面板、地板梁等主要结构上。显而易见对基本复合材料结构和复合材料结构修理技术的理解对于航空公司人员来说是多么重要。先进复合材料优异的力学性能和明显的减重效果在航空器领域得到广泛认可。随着飞机性能的不断提高，作为现代飞机结构材料的复合材料的应用已由小型、简单的次承力构件发展到大型、复杂的主承力构件。在飞机机翼、机身、操纵面、起落架舱门、蒙皮、安定面、雷达罩等部件多处使用[1]。复合材料的优点：（1）相对不易腐蚀；（2）不会产生金属疲劳；（3）可设计载荷；（4）可减少连接部件（同步成型）；（5）减重，节油。复合材料的缺点：（1）原料高成本（增强纤维，如CF）；（2）制造维修人力成本高，耗时；（3）力学性能受温度湿度影响高；（4）检测损伤难度大；（5）可导致铝等电位低的金属腐蚀。1.2复合材料在飞行器上的应用先进复合材料技术的实际应用在飞行器设计与制造中具有重要的地位。这是因为复合材料的许多优异性能，如比强度和比模量高，优良的抗疲劳性能，以及独特的材料可设计性等，都是飞行器结构盼望的理想性能。高性能飞行器要求结构重量轻，从而可以减少燃料消耗，延长留空时间，飞得更高更快或具有更好的机动性；也可以安装更多的设备，提高飞行器的综合性能。减轻结构的重量可大大节约飞机的使用成本，取得明显的经济效益。据国外有关资料报告，先进战斗机每减重1kg，就可节约1760美元。西方国家在很短的时间内就实现了从非受力件和次受力件到主受力件应用的过渡，无论是用量还是技术覆盖面都有了很大的发展。目前正在研制的战斗机中所使用的复合材料可占飞机结构总重量的50%以上。飞机隐身技术的发展与应用，进一步扩大了对复合材料技术的需求。在继民用飞机中出现全复合材料飞机（如LearFan2100，Starship和Vayager）之后又出现了全复合材料机身的隐身轰炸机B2。此外，也只有采用了复合材料，才使前掠翼得以在X-29上实现[2]。目前，国内飞机型号应用复合材料的比例越来越高，应用复合材料的部件越来越大，复合材料构件的结构也越来越复杂，复合材料构件已经逐步从次承力构件到主承力构件转变，复合材料的垂直安定面、水平尾翼、前机身、舱门、整流罩等构件已在多种型号飞机上使用并形成了批量生产能力。机翼、旋翼等主承力构件也已经在小批量生产[3]。国内复合材料在飞机上应用最多的是新研制的中、高空长航时无人机，其机体复合材料的使用量达到70%，机翼翼展18米，为全复合材料结构；其中，机翼整体盒段运用设计工艺一体化技术，将机翼的前、后梁，上蒙皮和所有中间肋整体共固化成型，在复合材料应用技术上有所突破。在自行设计制造的直升机上，应用复合材料最多的是Z10专用武装直升机，其主桨叶、尾桨叶和尾段为全复合材料结构。1.3C/C复合材料在高超飞行器中应用碳/碳（C/C）复合材料是一种新型高性能结构、功能复合材料，具有高强度、高模量、高断裂韧性、高导热、隔热优异和低密度等优异特性，在机械、电子、化工、冶金和核能等领域中得到广泛应用，并且在航天、航空和国防领域中的关键部件上大量应用。我国对C/C复合材料的研究和开发主要集中在航天、航空等高技术领域，较少涉足民用高性能、低成本C/C复合材料的研究。导弹、载人飞船、航天飞机等,在再入环境时飞行器头部受到强激波，对头部产生很大的压力，其最苛刻部位温度可达2760℃,所以必须选择能够承受再入环境苛刻条件的材料。设计合理的鼻锥外形和选材，能使实际流入飞行器的能量仅为整个热量1%～10%左右。对导弹的端头帽,也要求防热材料在再入环境中烧蚀量低，且烧蚀均匀对称,同时希望它具有吸波能力、抗核爆辐射性能和全天候使用的性能。三维编织的C/C复合材料，其石墨化后的热导性足以满足弹头再入时由160℃至气动加热至1700℃时的热冲击要求，