先进复合材料在航空航天领域的应用

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1、新技术新工艺２０１２年第９期先进复合材料在航空航天领域的应用朱晋生，王卓，欧峰（驻上海航天局８１０所军事代表室，上海２０１１０８）摘要：复合材料是当今科技发展的重要物质基础，特别是先进复合材料已经成为应用于航空航天的基本材料之一。本文简要概述了先进复合材料的特性，着重介绍了先进树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、碳／碳复合材料等的特点和研究进展，以及先进复合材料在航空航天领域的应用。关键词：先进复合材料；航空航天；应用中图分类号：ＴＢ３３文献标志码：ＢＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＣｏｍｐ

2、ｏｓｉｔｅＭａｔｅｒｉａｌｓｉｎＡｅｒｏｓｐａｃｅＺＨＵＪｉｎｓｈｅｎｇ，ＷＡＮＧＺｈｕｏ，ＯＵＦｅｎｇ（ＭｉｌｉｔａｒｙＲｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅｏｆ８１０ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｈａｎｇｈａｉＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１１０８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｓｕｐｐｏｒｔｆｏｒｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｍｏｄｅｒｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ，ａｄｖａｎｃｅｄｃ

3、ｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ（ＡＣＭ）ｈａｖｅｂｅｃｏｍｅｔｈｅｂａｓｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓｏｆｔｈｅａｅｒｏｓｐａｃｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｉｎｔｈｉｓｐａ－ｐｅｒ，ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆａｄｖａｎｃｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓｗｅｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｂｒｉｅｆｌｙ．Ｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆａｄｖａｎｃｅｄｐｏｌｙｍｅｒｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ｍｅｔａｌｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ｃｅｒａｍｉｃｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａ

4、ｎｄｃａｒｂｏｎ／ｃａｒｂｏｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｅｒｅｍａｉｎｌｙｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，ａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆａｄｖａｎｃｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｉｎｔｈｅａｅｒｏｓｐａｃｅｆｉｅｌｄｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ａｄｖａｎｃｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ａｅｒｏｓｐａｃｅ，Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ随着现代高技术的迅猛发展，特别是国内外航箭、卫星、飞船等现代航空航天飞行器的理想材料，［６］空航天领域的发展，材料的使用环境越来越恶劣，对也是当今航天新材料研究和

5、发展的重点。先进复材料的要求也越来越苛刻。新材料技术是为了满足合材料的使用，不仅极大地提高了现代飞行器的性高技术发展需求而开发的高性能新型材料。复合化能，使得人类飞天、登月的梦想变成现实，同时也创是新材料的重要发展方向，也是新材料最具生命力造了巨大的经济效益。的分支之一，复合材料已经发展成为与金属材料、无２先进复合材料的特点及研究进展机非金属材料、高分子材料并列的四大材料体系之［１］一。航空航天所用的先进复合材料主要有树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料和碳／碳１先进复合材料的特性复合材料等，尤以树脂基复

6、合材料在航空工业中的复合材料是由有机高分子、无机非金属或金属［７］应用最为广泛。等几种不同物理、化学性质的材料，通过复合工艺，２．１先进树脂基复合材料以微观、细观或宏观等不同的结构尺度与层次，经过先进树脂基复合材料是以高性能树脂为基体，［２］复杂的空间组合而形成的新的材料系统。它与一高性能连续纤维等为增强材料，通过一定的复合工般材料的简单混合有本质区别，可以通过材料设计艺制备而成，是具有明显优于原组分性能的新型材使原组分的性能相互补充并彼此关联，从而获得更料。与传统的钢、铝合金结构材料相比，它的密度约优越的性能，既

7、保留原组成材料的重要特色，又通过为钢的１／５，铝合金的１／２，且比强度与比模量远高［３］复合效应获得原组分所不具备的性能。于二者。先进复合材料是指用高性能纤维、织物、晶须先进树脂基复合材料常用的增强纤维包括碳纤等增强基体材料所制成的高级材料。通常增强基体维和其他高性能有机纤维，目前应用得最多和最重有碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、硼纤维、芳纶纤要的是碳纤维，其典型代表是环氧树脂基碳纤维复［４－５］维、高密度聚乙烯纤维等高性能增强材料；先进合材料。经过多年的使用验证，环氧树脂基体具有复合材料具有高比强度、高比模量和性

8、能可设计等综合性能优异、工艺性良好、价格低等诸多优点。为特点，能有效地减轻导弹和航天器的结构质量，并赋了提高先进树脂基复合材料的使用性能，在环氧予某些特殊功能（如防热、吸波等），是用于飞机、火（ＥＰ）的基础上，研究人员开发出了双马来亚胺７６《新技术新工艺》加工工艺与材料研究材料研究加工工艺（ＢＭＩ）基和耐高温聚酰亚胺（ＰＩ）基等复合材料。与较低、抗热冲击性能