復(fù)合材料及應(yīng)用概況-好

1、12譚昌柏航空宇航制造工程系機(jī)電學(xué)院南京航空航天大學(xué)南京市御道街29號(hào), 210016TEL：84891678MAIL: OFFICE：15-A2093 教材飛行器新結(jié)構(gòu)新材料制造技術(shù) 周來(lái)水 崔耀東 編寫 參考文獻(xiàn)先進(jìn)復(fù)合材料手冊(cè) 趙渠森 主編4課程內(nèi)容課程內(nèi)容復(fù)合材料復(fù)合材料Composite Materials智能材料智能材料Smart Materials鈦合金鈦合金Titanium Alloys課程性質(zhì)：選修課程性質(zhì)：選修 課時(shí)：課時(shí)：24學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)制造5考核內(nèi)容考核內(nèi)容6 復(fù)合材料及飛行器應(yīng)用概況復(fù)合材料及飛行器應(yīng)用概況 復(fù)合材料在飛行器制造中的應(yīng)用復(fù)合材料在

2、飛行器制造中的應(yīng)用 復(fù)合材料飛行器構(gòu)件的制造復(fù)合材料飛行器構(gòu)件的制造 智能復(fù)合材料（智能復(fù)合材料（ICM）與結(jié)構(gòu)）與結(jié)構(gòu) 鈦合金在飛行器制造中的應(yīng)用鈦合金在飛行器制造中的應(yīng)用 鈦合金鈑金零件的成形鈦合金鈑金零件的成形 飛行器制造中鈦合金的先進(jìn)制造技術(shù)飛行器制造中鈦合金的先進(jìn)制造技術(shù)7Composite8A380910The excess weight would hurt aircraft efficiency, resulting in financial penalties to Airbus. Engineers, however, are still working to shave

3、weight off of the plane. About 25 percent of the A380 is made from composites, including carbon/epoxy and Glare, and fiberglass/aluminum laminate.1112(1) (1) 機(jī)翼，包括中機(jī)翼，包括中央翼盒和部分外翼。央翼盒和部分外翼。該翼盒重該翼盒重8.8t8.8t，用，用復(fù)合材料復(fù)合材料5.3t5.3t，較，較金屬翼盒可減重金屬翼盒可減重1.5t1.5t。A380A380機(jī)是第機(jī)是第一個(gè)將復(fù)合材料用一個(gè)將復(fù)合材料用于中央翼盒的大型于中央翼盒的大型民機(jī)民

4、機(jī)。13(2) (2) 垂直尾翼和水平垂直尾翼和水平尾翼。采用碳纖維增尾翼。采用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的硬殼式強(qiáng)復(fù)合材料的硬殼式結(jié)構(gòu)，其水平尾翼大結(jié)構(gòu)，其水平尾翼大小相當(dāng)于小相當(dāng)于A310A310的機(jī)翼，的機(jī)翼，垂尾則相當(dāng)于垂尾則相當(dāng)于A320A320的的機(jī)翼。尾翼和中央翼機(jī)翼。尾翼和中央翼盒均擬采用先進(jìn)的自盒均擬采用先進(jìn)的自動(dòng)鋪帶動(dòng)鋪帶(ATL)(ATL)技術(shù)制技術(shù)制造。造。14自動(dòng)鋪帶機(jī)自動(dòng)鋪帶機(jī)切割送帶模具模具預(yù)浸預(yù)浸帶直邊開(kāi)口（直邊開(kāi)口（雙刀雙刀）單刀單刀切割切割15平面鋪帶FTLM曲面鋪帶CTLMFTLM：4個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，采用150mm和300mm寬的預(yù)浸帶，主要用于平板鋪放；CTLM：5個(gè)

5、運(yùn)動(dòng)軸，主要采用75mm和150mm寬的預(yù)浸帶，適于小曲率壁板的鋪放，如機(jī)翼蒙皮、大尺寸機(jī)身壁板等部件。16自動(dòng)鋪帶機(jī)自動(dòng)鋪帶機(jī)17(3) (3) 地板梁和后承地板梁和后承壓框。采用碳纖維壓框。采用碳纖維復(fù)合材料制造，擬復(fù)合材料制造，擬應(yīng)用更為先進(jìn)的自應(yīng)用更為先進(jìn)的自動(dòng)纖維鋪放動(dòng)纖維鋪放(AFP)(AFP)技技術(shù)制造，并將試用術(shù)制造，并將試用樹(shù)脂膜熔化樹(shù)脂膜熔化(RFI)(RFI)成成型技術(shù)型技術(shù). .1819自動(dòng)鋪絲機(jī)自動(dòng)鋪絲機(jī)20自動(dòng)鋪絲機(jī)自動(dòng)鋪絲機(jī)21TORRESFIBERLAYUP高高效自動(dòng)鋪絲機(jī)的鋪絲頭效自動(dòng)鋪絲機(jī)的鋪絲頭22自動(dòng)鋪絲機(jī)自動(dòng)鋪絲機(jī)23自動(dòng)鋪絲機(jī)自動(dòng)鋪絲機(jī)24自動(dòng)鋪絲機(jī)

6、自動(dòng)鋪絲機(jī)25A380尾段自動(dòng)鋪絲尾段自動(dòng)鋪絲26樹(shù)脂膜滲透（融化）樹(shù)脂膜滲透（融化）RFI-Resin Film Infusion 將預(yù)催化樹(shù)脂膜或樹(shù)脂塊放入模腔內(nèi)將預(yù)催化樹(shù)脂膜或樹(shù)脂塊放入模腔內(nèi),然后在其上覆以然后在其上覆以縫合或三維編織等方法制成的纖維預(yù)制體等增強(qiáng)材料縫合或三維編織等方法制成的纖維預(yù)制體等增強(qiáng)材料,再用再用真空袋封閉模腔真空袋封閉模腔,抽真空并加熱模具使模腔內(nèi)的樹(shù)脂膜或樹(shù)抽真空并加熱模具使模腔內(nèi)的樹(shù)脂膜或樹(shù)脂塊融化脂塊融化,并在真空狀態(tài)下滲透到纖維層并在真空狀態(tài)下滲透到纖維層(一般是由下至上一般是由下至上) ,最后進(jìn)行固化制得制品。最后進(jìn)行固化制得制品。27(4) (4)

7、 固定機(jī)翼前緣和固定機(jī)翼前緣和機(jī)身上的某些次加強(qiáng)機(jī)身上的某些次加強(qiáng)件。采用熱塑性復(fù)合件。采用熱塑性復(fù)合材料制造。熱塑性復(fù)材料制造。熱塑性復(fù)合材料進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)合材料進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用正處于研究中，如用正處于研究中，如某些翼肋和垂尾、平某些翼肋和垂尾、平尾的固定前緣亦可能尾的固定前緣亦可能用到。用到。28(5) (5) 各種翼身整各種翼身整流罩、襟翼滑軌流罩、襟翼滑軌整流罩、操縱面整流罩、操縱面和起落架艙門等和起落架艙門等處。采用復(fù)合材處。采用復(fù)合材料夾層面板結(jié)構(gòu)料夾層面板結(jié)構(gòu)制造。制造。29(6) (6) 機(jī)翼后緣處的機(jī)翼后緣處的襟、副翼。使用碳襟、副翼。使用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，當(dāng)

8、常規(guī)的技術(shù)難于當(dāng)常規(guī)的技術(shù)難于成形時(shí)，可能有部成形時(shí)，可能有部分制件分制件( (如肋和鉸如肋和鉸鏈等鏈等) )采用采用RTMRTM技術(shù)技術(shù)制造。制造。30RTMRTM波紋梁波紋梁31(7) (7) 機(jī)身蒙皮壁機(jī)身蒙皮壁板。在機(jī)身上計(jì)板。在機(jī)身上計(jì)劃大規(guī)模采用一劃大規(guī)模采用一種名為種名為GlareGlare層層板的超混雜復(fù)合板的超混雜復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。材料結(jié)構(gòu)。32Glare 層板是由（0. 30. 5 mm） 的鋁合金薄板與預(yù)浸玻璃纖維帶(0. 20. 3 mm) 交替層壓而成的,我國(guó)稱之為超混雜復(fù)合材料。33復(fù)合材料在復(fù)合材料在A380A380客機(jī)上僅碳客機(jī)上僅碳纖維復(fù)合材料的用量已達(dá)纖維復(fù)合材

9、料的用量已達(dá)32t32t左右，占結(jié)構(gòu)總重的左右，占結(jié)構(gòu)總重的15%15%，再，再加上其他種類的復(fù)合材料，加上其他種類的復(fù)合材料，其總用量達(dá)結(jié)構(gòu)總重的其總用量達(dá)結(jié)構(gòu)總重的25%25%左左右，復(fù)合材料在右，復(fù)合材料在A380A380客機(jī)上客機(jī)上的應(yīng)用規(guī)模，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)的應(yīng)用規(guī)模，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)B777B777的水平。這一趨勢(shì)和動(dòng)的水平。這一趨勢(shì)和動(dòng)向引起了國(guó)內(nèi)復(fù)合材料界的向引起了國(guó)內(nèi)復(fù)合材料界的密切關(guān)注。密切關(guān)注。34 繼繼A380之后，空中客車之后，空中客車公司下一代商用飛機(jī)公司下一代商用飛機(jī)A350將將大量使用復(fù)合材料。大量使用復(fù)合材料。 A350結(jié)構(gòu)質(zhì)量的結(jié)構(gòu)質(zhì)量的39%將將使用復(fù)合材料，主要是碳

10、纖使用復(fù)合材料，主要是碳纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料，這些維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料，這些材料在垂直尾翼、機(jī)翼和機(jī)材料在垂直尾翼、機(jī)翼和機(jī)身整流板等重要部件中已被身整流板等重要部件中已被使用。使用。A350復(fù)合材料使用量復(fù)合材料使用量將比將比A380有很大增加，有很大增加，A380結(jié)構(gòu)質(zhì)量的結(jié)構(gòu)質(zhì)量的25%使用復(fù)合材使用復(fù)合材料，而料，而A380之前的空中客車之前的空中客車商用飛機(jī)使用比例僅商用飛機(jī)使用比例僅10%。大量使用復(fù)合材料以減輕飛大量使用復(fù)合材料以減輕飛機(jī)重量，減少燃油消耗，降機(jī)重量，減少燃油消耗，降低維修成本，延長(zhǎng)飛機(jī)使用低維修成本，延長(zhǎng)飛機(jī)使用壽命。壽命。35 空客沒(méi)有在空客沒(méi)有在B787的競(jìng)爭(zhēng)

11、機(jī)型的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)型A350上使用復(fù)合材料上使用復(fù)合材料機(jī)身，而是使用了金屬機(jī)身，盡管如此，空客仍然希機(jī)身，而是使用了金屬機(jī)身，盡管如此，空客仍然希望在該機(jī)型上復(fù)合材料重量能占到望在該機(jī)型上復(fù)合材料重量能占到39%左右。（為響左右。（為響應(yīng)市場(chǎng)趨勢(shì)并與應(yīng)市場(chǎng)趨勢(shì)并與B787有力競(jìng)爭(zhēng)，空客考慮重新設(shè)計(jì)源有力競(jìng)爭(zhēng)，空客考慮重新設(shè)計(jì)源于早期于早期A330系列的系列的A350，使其成為一個(gè)全新的機(jī)型，使其成為一個(gè)全新的機(jī)型，擁有更大的機(jī)身和機(jī)翼。）擁有更大的機(jī)身和機(jī)翼。） 36B78737B78738B787材料分布材料分布39機(jī)身、大梁、翼梁等部件大量采用復(fù)合材料，翼肋機(jī)身、大梁、翼梁等部件大量采用復(fù)合材

12、料，翼肋采用鋁合金。采用鋁合金。40B787自動(dòng)鋪絲技術(shù)應(yīng)用自動(dòng)鋪絲技術(shù)應(yīng)用 787飛機(jī)機(jī)身段整體自動(dòng)鋪絲成型飛機(jī)機(jī)身段整體自動(dòng)鋪絲成型 41B787自動(dòng)鋪絲技術(shù)應(yīng)用自動(dòng)鋪絲技術(shù)應(yīng)用 位于西雅圖波音位于西雅圖波音Developmental Center的第一個(gè)的第一個(gè) B787復(fù)合材料機(jī)復(fù)合材料機(jī)身身42B787飛機(jī)機(jī)身組裝飛機(jī)機(jī)身組裝 4344 復(fù)合材料是由兩種或多種性質(zhì)不同的復(fù)合材料是由兩種或多種性質(zhì)不同的材料通過(guò)物理和化學(xué)復(fù)合，組成具有材料通過(guò)物理和化學(xué)復(fù)合，組成具有兩個(gè)兩個(gè)或兩個(gè)以上相態(tài)結(jié)構(gòu)或兩個(gè)以上相態(tài)結(jié)構(gòu)的材料。該類材料不的材料。該類材料不僅僅性能優(yōu)于組成中的任意一個(gè)單獨(dú)的材料性能

13、優(yōu)于組成中的任意一個(gè)單獨(dú)的材料，而且還可而且還可具有組分單獨(dú)不具有的獨(dú)特性能具有組分單獨(dú)不具有的獨(dú)特性能。第一章第一章 新材料及其應(yīng)用概況新材料及其應(yīng)用概況1.1 復(fù)合材料復(fù)合材料:4546 基體材料基體材料-在復(fù)合材料中連續(xù)的物理相；（粘結(jié)）在復(fù)合材料中連續(xù)的物理相；（粘結(jié)） 增強(qiáng)材料增強(qiáng)材料-不連續(xù)的物理相，粒料、纖維、片不連續(xù)的物理相，粒料、纖維、片 狀材料或它們的組合。（增強(qiáng)）狀材料或它們的組合。（增強(qiáng)） 復(fù)合材料的命名復(fù)合材料的命名-根據(jù)增強(qiáng)材料與基體材料名稱根據(jù)增強(qiáng)材料與基體材料名稱 47復(fù)合材料復(fù)合材料: 復(fù)合材料按用途主要可分為復(fù)合材料按用途主要可分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料功

14、能復(fù)合材料功能復(fù)合材料兩大類。兩大類。48結(jié)構(gòu)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料主要作為承力結(jié)構(gòu)使用的材料，主要作為承力結(jié)構(gòu)使用的材料，由能承載的由能承載的組元（如玻璃、陶瓷、碳素、組元（如玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金屬、天然纖維、織物、晶須、片材和高聚物、金屬、天然纖維、織物、晶須、片材和顆粒等）與能聯(lián)結(jié)增強(qiáng)體成為整體材料同時(shí)又起顆粒等）與能聯(lián)結(jié)增強(qiáng)體成為整體材料同時(shí)又起傳力作用的傳力作用的組元（如樹(shù)脂、金屬、陶瓷、玻組元（如樹(shù)脂、金屬、陶瓷、玻璃、碳和水泥等）構(gòu)成。結(jié)構(gòu)材料通常按基體的璃、碳和水泥等）構(gòu)成。結(jié)構(gòu)材料通常按基體的不同分為不同分為、和和等。等。49功能復(fù)合材料功能復(fù)合材料是指除力學(xué)性能以外還

15、是指除力學(xué)性能以外還提供其它物理、化學(xué)、生物等性能的復(fù)提供其它物理、化學(xué)、生物等性能的復(fù)合材料。包括壓電、導(dǎo)電、雷達(dá)隱身、合材料。包括壓電、導(dǎo)電、雷達(dá)隱身、磁性、阻尼、光致變色、吸聲、吸波、磁性、阻尼、光致變色、吸聲、吸波、阻燃、生物自吸收等種類繁多的復(fù)合材阻燃、生物自吸收等種類繁多的復(fù)合材料，具有廣闊的發(fā)展前途。料，具有廣闊的發(fā)展前途。 未來(lái)的功能未來(lái)的功能復(fù)合材料比重將超過(guò)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，成復(fù)合材料比重將超過(guò)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，成為復(fù)合材料發(fā)展的主流。主要由為復(fù)合材料發(fā)展的主流。主要由功能體功能體和和基體基體組成。組成。50 復(fù)合材料的分類復(fù)合材料的分類: 根據(jù)基體材料的類型根據(jù)基體材料的類型 根

16、據(jù)增強(qiáng)纖維類型根據(jù)增強(qiáng)纖維類型 根據(jù)增強(qiáng)物外形根據(jù)增強(qiáng)物外形 根據(jù)制造方法根據(jù)制造方法 金屬基復(fù)合材料（金屬基復(fù)合材料（鋁、鎂、銅）非金屬基復(fù)合材料（非金屬基復(fù)合材料（碳、石墨、橡膠、陶瓷、水泥）聚合物基復(fù)合材料聚合物基復(fù)合材料碳纖維復(fù)合材料碳纖維復(fù)合材料玻璃纖維復(fù)合材料玻璃纖維復(fù)合材料有機(jī)纖維復(fù)合材料有機(jī)纖維復(fù)合材料硼纖維復(fù)合材料硼纖維復(fù)合材料混雜纖維復(fù)合材料混雜纖維復(fù)合材料連續(xù)纖維復(fù)合材料連續(xù)纖維復(fù)合材料纖維織物或片狀材料增強(qiáng)的復(fù)合材料纖維織物或片狀材料增強(qiáng)的復(fù)合材料短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料粒狀填料復(fù)合材料粒狀填料復(fù)合材料層合復(fù)合材料層合復(fù)合材料混合復(fù)合材料混合復(fù)合材料浸漬復(fù)合

17、材料浸漬復(fù)合材料51智能材料（智能材料（Smart Materials, , Intelligent Material System）：）： 智能材料是模仿生命系統(tǒng)，能感知環(huán)境變化并智能材料是模仿生命系統(tǒng)，能感知環(huán)境變化并能實(shí)時(shí)地改變自身的一種或多種性能參數(shù)，作出所能實(shí)時(shí)地改變自身的一種或多種性能參數(shù)，作出所期望的、能與變化后的環(huán)境相適應(yīng)的復(fù)合材料或材期望的、能與變化后的環(huán)境相適應(yīng)的復(fù)合材料或材料的復(fù)合。料的復(fù)合。 智能材料是一種集材料與結(jié)構(gòu)、智能處理、執(zhí)智能材料是一種集材料與結(jié)構(gòu)、智能處理、執(zhí)行系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)于一體的復(fù)雜的材料行系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)于一體的復(fù)雜的材料體系。它的設(shè)

18、計(jì)與合成幾乎橫跨所有的高技術(shù)學(xué)科體系。它的設(shè)計(jì)與合成幾乎橫跨所有的高技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域。構(gòu)成智能材料的基本材料組元有壓電材料、領(lǐng)域。構(gòu)成智能材料的基本材料組元有壓電材料、形狀記憶材料、光導(dǎo)纖維、電（磁）流變體、磁致形狀記憶材料、光導(dǎo)纖維、電（磁）流變體、磁致伸縮材料和智能高分子材料等。伸縮材料和智能高分子材料等。新材料新材料52智能材料的構(gòu)成智能材料的構(gòu)成 基體材料基體材料敏感材料敏感材料驅(qū)動(dòng)材料驅(qū)動(dòng)材料信息處理器信息處理器5354“主動(dòng)形主動(dòng)形”的車門把的車門把手，當(dāng)它感應(yīng)到你手，當(dāng)它感應(yīng)到你想進(jìn)車的時(shí)候就會(huì)想進(jìn)車的時(shí)候就會(huì)自動(dòng)的展開(kāi)。自動(dòng)的展開(kāi)。 新型的排風(fēng)口也新型的排風(fēng)口也可以自動(dòng)調(diào)節(jié)角可以自

19、動(dòng)調(diào)節(jié)角度，使得通風(fēng)效度，使得通風(fēng)效果更好。果更好。 55n復(fù)合材料：由兩種或兩種以上的組份組成的材復(fù)合材料：由兩種或兩種以上的組份組成的材料，各組份材料基本上仍保持其固有的物理和化料，各組份材料基本上仍保持其固有的物理和化學(xué)性能，彼此間有明顯的界面。學(xué)性能，彼此間有明顯的界面。n先進(jìn)復(fù)合材料：專指可用于加工主承力結(jié)構(gòu)和先進(jìn)復(fù)合材料：專指可用于加工主承力結(jié)構(gòu)和次承力結(jié)構(gòu)、其剛度和強(qiáng)度性能相當(dāng)于或超過(guò)鋁次承力結(jié)構(gòu)、其剛度和強(qiáng)度性能相當(dāng)于或超過(guò)鋁合金的復(fù)合材料。目前主要指有較高強(qiáng)度和模量合金的復(fù)合材料。目前主要指有較高強(qiáng)度和模量的硼纖維、碳纖維和芳綸等增強(qiáng)的復(fù)合材料。的硼纖維、碳纖維和芳綸等增強(qiáng)的

20、復(fù)合材料。n熱固性復(fù)合材料：熱固性復(fù)合材料：Thermosetting Plastic，以熱，以熱固性樹(shù)脂為基體的復(fù)合材料。固性樹(shù)脂為基體的復(fù)合材料。n熱塑性復(fù)合材料：熱塑性復(fù)合材料：Thermoplastic Plastic，以熱，以熱塑性樹(shù)脂為基體的復(fù)合材料。塑性樹(shù)脂為基體的復(fù)合材料。56n碳碳/碳復(fù)合材料：由碳纖維織物或石墨纖維埋入碳復(fù)合材料：由碳纖維織物或石墨纖維埋入碳或石墨基體組成的一種復(fù)合材料。碳或石墨基體組成的一種復(fù)合材料。n預(yù)浸料：預(yù)浸料：Prepreg，將樹(shù)脂基體浸涂在纖維織物，將樹(shù)脂基體浸涂在纖維織物上，通過(guò)一定的處理后貯存?zhèn)溆玫闹虚g材料。上，通過(guò)一定的處理后貯存?zhèn)溆玫闹虚g

21、材料。n單向帶：?jiǎn)蜗驇В篢ape，以長(zhǎng)纖維為徑向而在緯向加少，以長(zhǎng)纖維為徑向而在緯向加少量且更細(xì)的纖維紡織加工成不同寬度的帶。它經(jīng)量且更細(xì)的纖維紡織加工成不同寬度的帶。它經(jīng)浸膠后叫浸膠后叫“預(yù)浸單向帶預(yù)浸單向帶”。571.2 1.2 鈦合金鈦合金(Titanium Alloys )(Titanium Alloys ) 鈦?zhàn)鳛橐环N金屬材料步入人類社會(huì)只有大約鈦?zhàn)鳛橐环N金屬材料步入人類社會(huì)只有大約半個(gè)世紀(jì)的歷史。鈦在地殼中的含量相當(dāng)豐富。半個(gè)世紀(jì)的歷史。鈦在地殼中的含量相當(dāng)豐富。在地殼外層中含有在地殼外層中含有0.610.61的鈦，總蘊(yùn)藏量達(dá)的鈦，總蘊(yùn)藏量達(dá)7 7億億噸以上，在金屬元素中僅次于鋁、

22、鐵、鈣、鈉、噸以上，在金屬元素中僅次于鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂而處于第七位，為銅的鉀、鎂而處于第七位，為銅的6060倍，鉬的倍，鉬的600600倍。倍。鈦比鋼輕得多（它的密度只有鋼的鈦比鋼輕得多（它的密度只有鋼的1/21/2強(qiáng)），比強(qiáng)），比鋁和鋼更加結(jié)實(shí)（以同等重量而論），能抗腐蝕，鋁和鋼更加結(jié)實(shí)（以同等重量而論），能抗腐蝕，還能耐高溫。因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，鈦現(xiàn)在已被用于飛還能耐高溫。因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，鈦現(xiàn)在已被用于飛機(jī)、輪船、導(dǎo)彈等。機(jī)、輪船、導(dǎo)彈等。新材料新材料5859鈦合金（鈦合金（ Titanium Alloys Titanium Alloys ）：）：目前大部分飛機(jī)都是用鋁合金制造的。超音速目前

23、大部分飛機(jī)都是用鋁合金制造的。超音速飛行的飛機(jī)表面受到空氣強(qiáng)烈的磨擦和壓縮，動(dòng)飛行的飛機(jī)表面受到空氣強(qiáng)烈的磨擦和壓縮，動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，機(jī)體溫度也隨著升高。當(dāng)飛機(jī)在能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，機(jī)體溫度也隨著升高。當(dāng)飛機(jī)在同溫層同溫層飛行（大氣溫度飛行（大氣溫度-56-56），其速度為音速），其速度為音速（每小時(shí)（每小時(shí)12001200公里）時(shí)，飛機(jī)表面的溫度為公里）時(shí)，飛機(jī)表面的溫度為-18-18；兩倍于音速時(shí)，其溫度為兩倍于音速時(shí)，其溫度為9898；三倍于音速時(shí)，；三倍于音速時(shí)，其溫度為其溫度為300300。鈦合金在溫度達(dá)到鈦合金在溫度達(dá)到550550時(shí)強(qiáng)度仍無(wú)明顯的變時(shí)強(qiáng)度仍無(wú)明顯的變化，它能勝任飛機(jī)以化

24、，它能勝任飛機(jī)以3 34 4倍音速下的飛行。因而倍音速下的飛行。因而鈦合金受到航空航天界的特別關(guān)注。鈦合金受到航空航天界的特別關(guān)注。60 鈦在其他飛行器，如火箭、導(dǎo)彈、人鈦在其他飛行器，如火箭、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、航天飛機(jī)等方面都占有重要地造衛(wèi)星、航天飛機(jī)等方面都占有重要地位。目前，位。目前，、都采用了鈦合金。這些航空航天器采都采用了鈦合金。這些航空航天器采用鈦合金后，不僅性能得到大幅度的提用鈦合金后，不僅性能得到大幅度的提高，而且僅就重量減輕這一項(xiàng)來(lái)說(shuō)，節(jié)高，而且僅就重量減輕這一項(xiàng)來(lái)說(shuō)，節(jié)省的能源也是十分可觀的。省的能源也是十分可觀的。61鈦合金不僅在航空航天方面嶄露頭角，鈦合金不僅在航空航天方

25、面嶄露頭角，而且在航海方面也開(kāi)始大顯身手。據(jù)報(bào)道，而且在航海方面也開(kāi)始大顯身手。據(jù)報(bào)道，用鈦制成的某型核動(dòng)力潛艇，用鈦達(dá)用鈦制成的某型核動(dòng)力潛艇，用鈦達(dá)35003500噸，最大航速為每小時(shí)噸，最大航速為每小時(shí)7474公里，下潛深度公里，下潛深度達(dá)達(dá)900900米。這種全部鈦合金潛艇不僅重量輕、米。這種全部鈦合金潛艇不僅重量輕、航速高和攻擊力強(qiáng)，而且無(wú)磁性，在海底航速高和攻擊力強(qiáng)，而且無(wú)磁性，在海底不易被發(fā)現(xiàn)，因而也就不易遭到攻擊。不易被發(fā)現(xiàn)，因而也就不易遭到攻擊。 鈦合金不僅在軍事方面顯示出獨(dú)特的鈦合金不僅在軍事方面顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，由于其密度小、強(qiáng)度高及優(yōu)異的耐優(yōu)勢(shì)，由于其密度小、強(qiáng)度高及優(yōu)

26、異的耐腐蝕性，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的許多部門都受到了腐蝕性，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的許多部門都受到了重視。重視。62 綜觀復(fù)合材料的發(fā)展歷程，是高新技術(shù)在材料綜觀復(fù)合材料的發(fā)展歷程，是高新技術(shù)在材料科學(xué)研究過(guò)程中的推廣應(yīng)用過(guò)程。經(jīng)過(guò)幾代人不懈科學(xué)研究過(guò)程中的推廣應(yīng)用過(guò)程。經(jīng)過(guò)幾代人不懈的努力，目前已形成的努力，目前已形成四類復(fù)合材料共存四類復(fù)合材料共存，而樹(shù)脂基，而樹(shù)脂基復(fù)合材料則形成復(fù)合材料則形成五代復(fù)合材料共用五代復(fù)合材料共用的良好局面。的良好局面。 63 1) 樹(shù)脂基復(fù)合材料樹(shù)脂基復(fù)合材料 是以玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料為代表，是以玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料為代表，在在20世紀(jì)世紀(jì)50-60年代以年代以“玻璃鋼玻璃鋼”的

27、名稱廣泛應(yīng)用于軍的名稱廣泛應(yīng)用于軍事、航天航空、兵器、船舶、化工、建筑、汽車、電事、航天航空、兵器、船舶、化工、建筑、汽車、電子電氣等行業(yè)。后來(lái)逐步形成的子電氣等行業(yè)。后來(lái)逐步形成的“玻璃鋼玻璃鋼”制造技術(shù)制造技術(shù)是樹(shù)脂基復(fù)合材料的重大技術(shù)進(jìn)步和歷史性變革，其是樹(shù)脂基復(fù)合材料的重大技術(shù)進(jìn)步和歷史性變革，其產(chǎn)品質(zhì)量有了質(zhì)的飛躍，產(chǎn)品由原來(lái)在附件上應(yīng)用而產(chǎn)品質(zhì)量有了質(zhì)的飛躍，產(chǎn)品由原來(lái)在附件上應(yīng)用而后來(lái)逐步發(fā)展作為結(jié)構(gòu)件或受力結(jié)構(gòu)件得到廣泛應(yīng)用。后來(lái)逐步發(fā)展作為結(jié)構(gòu)件或受力結(jié)構(gòu)件得到廣泛應(yīng)用。64 1) 樹(shù)脂基復(fù)合材料樹(shù)脂基復(fù)合材料 美國(guó)美國(guó)S994玻璃纖維拉伸強(qiáng)度高達(dá)玻璃纖維拉伸強(qiáng)度高達(dá)4650

28、 MPa，這種高，這種高強(qiáng)度高模量?jī)r(jià)格低廉的復(fù)合材料在武器裝備、工業(yè)設(shè)強(qiáng)度高模量?jī)r(jià)格低廉的復(fù)合材料在武器裝備、工業(yè)設(shè)備、車輛中廣泛應(yīng)用。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家和軍事強(qiáng)國(guó)也在備、車輛中廣泛應(yīng)用。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家和軍事強(qiáng)國(guó)也在高新技術(shù)領(lǐng)域、武器裝備、航天航空和車輛中大量采高新技術(shù)領(lǐng)域、武器裝備、航天航空和車輛中大量采用這類復(fù)合材料，以減輕質(zhì)量、降低成本、增加裝置用這類復(fù)合材料，以減輕質(zhì)量、降低成本、增加裝置或設(shè)備的功能特性。是目前用量最大、技術(shù)最為成熟或設(shè)備的功能特性。是目前用量最大、技術(shù)最為成熟的低成本復(fù)合材料之一。的低成本復(fù)合材料之一。65是以碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是以碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料為代表。它以卓越的比強(qiáng)度

29、（為代表。它以卓越的比強(qiáng)度（12.8MPa）、比模量）、比模量（12.8GPa）凌駕于當(dāng)時(shí)各種材料之首。由碳纖維增）凌駕于當(dāng)時(shí)各種材料之首。由碳纖維增強(qiáng)的聚酰亞胺具有在強(qiáng)的聚酰亞胺具有在300 以上長(zhǎng)期使用、低溫脆化以上長(zhǎng)期使用、低溫脆化(溫度溫度)點(diǎn)達(dá)點(diǎn)達(dá)-196的優(yōu)異性能，因此獲得了各國(guó)工業(yè)的優(yōu)異性能，因此獲得了各國(guó)工業(yè)部門和軍方的高度重視，在工業(yè)領(lǐng)域、空間技術(shù)、航部門和軍方的高度重視，在工業(yè)領(lǐng)域、空間技術(shù)、航天航空、地面武器裝備中被廣泛使用。隨著碳纖維生天航空、地面武器裝備中被廣泛使用。隨著碳纖維生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，成本的降低，在普通工業(yè)和常規(guī)兵器產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，成本的降低，在普通工業(yè)和常規(guī)兵

30、器上的應(yīng)用將獲得新的突破。上的應(yīng)用將獲得新的突破。66是有機(jī)纖維增強(qiáng)復(fù)合是有機(jī)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，以美國(guó)杜邦公司的材料，以美國(guó)杜邦公司的Kevlar(芳綸芳綸)纖維復(fù)纖維復(fù)合材料為代表。這種熱熔性液晶聚合物纖維比合材料為代表。這種熱熔性液晶聚合物纖維比強(qiáng)度優(yōu)越，彈性模量是玻纖的強(qiáng)度優(yōu)越，彈性模量是玻纖的2倍，價(jià)格只有倍，價(jià)格只有碳纖維的碳纖維的13。加上其突出的韌性和回彈性是。加上其突出的韌性和回彈性是其他纖維所不具備的。故而問(wèn)世不久就被各國(guó)其他纖維所不具備的。故而問(wèn)世不久就被各國(guó)工業(yè)部門和軍方采用。是目前最有發(fā)展前途的工業(yè)部門和軍方采用。是目前最有發(fā)展前途的增強(qiáng)材料之一。增強(qiáng)材料之一。67是是

31、20世紀(jì)世紀(jì)80年代末美國(guó)年代末美國(guó)Allied公司商品化的一種公司商品化的一種Spectra-900和和1000為代表的超高強(qiáng)為代表的超高強(qiáng)度，度，超高模量的高拉伸聚乙烯纖維超高模量的高拉伸聚乙烯纖維。相繼荷蘭。相繼荷蘭DSM研究所研究所和日本東洋紡織公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)了和日本東洋紡織公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)了Dyneema高拉伸聚乙烯纖高拉伸聚乙烯纖維，并用其制造出環(huán)氧基復(fù)合材料，其拉伸強(qiáng)度達(dá)維，并用其制造出環(huán)氧基復(fù)合材料，其拉伸強(qiáng)度達(dá)3.5GPa、模量達(dá)模量達(dá)125GPa、比強(qiáng)度比鋼大、比強(qiáng)度比鋼大10倍、比碳纖維大倍、比碳纖維大4倍、比倍、比芳纖大芳纖大50，20世紀(jì)世紀(jì)90年代可稱為世界上強(qiáng)度最大的纖

32、維，年代可稱為世界上強(qiáng)度最大的纖維，而且其密度最小而且其密度最小(0.92kgm3)。68 具有可透射雷達(dá)波、介電性極佳、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高等特點(diǎn)，具有可透射雷達(dá)波、介電性極佳、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高等特點(diǎn)，經(jīng)經(jīng)V50彈道實(shí)驗(yàn)表明該纖維屬?gòu)椀缹?shí)驗(yàn)表明該纖維屬20世紀(jì)世紀(jì)90年代抗彈性最好的年代抗彈性最好的彈道材料，故而在兵器上獲得了較為廣泛的應(yīng)用，特別是彈道材料，故而在兵器上獲得了較為廣泛的應(yīng)用，特別是裝甲防護(hù)領(lǐng)域更是這種復(fù)合材料發(fā)揮作用的一展身手的領(lǐng)裝甲防護(hù)領(lǐng)域更是這種復(fù)合材料發(fā)揮作用的一展身手的領(lǐng)域；另外，可作為超輕質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)材料和超輕質(zhì)功能結(jié)構(gòu)域；另外，可作為超輕質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)材料和超輕質(zhì)功能結(jié)構(gòu)材料加以應(yīng)用。

33、材料加以應(yīng)用。 目前，這四代樹(shù)脂基復(fù)合材料已形成四代共用局面。目前，這四代樹(shù)脂基復(fù)合材料已形成四代共用局面。其材料技術(shù)和應(yīng)用研究也逐步深入，生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，其材料技術(shù)和應(yīng)用研究也逐步深入，生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，品種增多，為工程設(shè)計(jì)和新產(chǎn)品設(shè)計(jì)與研制提供了更為廣品種增多，為工程設(shè)計(jì)和新產(chǎn)品設(shè)計(jì)與研制提供了更為廣泛的選材余地。泛的選材余地。69第五代為第五代為PBO纖維增纖維增強(qiáng)復(fù)合材料強(qiáng)復(fù)合材料(商品名為柴隆商品名為柴隆Zylon)。美國(guó)道化學(xué)公司和。美國(guó)道化學(xué)公司和日本東洋紡織公司合作研制成功的聚苯并雙曙唑日本東洋紡織公司合作研制成功的聚苯并雙曙唑(PBO)纖維及其復(fù)合材料被稱為纖維及其復(fù)合材料

34、被稱為21世紀(jì)超級(jí)纖維復(fù)合世紀(jì)超級(jí)纖維復(fù)合材料。該纖維無(wú)熔點(diǎn)，高溫下不熔融，在空氣中的熱材料。該纖維無(wú)熔點(diǎn)，高溫下不熔融，在空氣中的熱分解溫度高達(dá)分解溫度高達(dá)650 ，比對(duì)位芳酰胺纖維高，比對(duì)位芳酰胺纖維高100 左左右。極限氧指數(shù)為右。極限氧指數(shù)為68，在有機(jī)纖維中，小于，在有機(jī)纖維中，小于PTFE纖纖維維(95)，而高于聚苯并瞇唑，而高于聚苯并瞇唑(PBl)纖維纖維(41)。70 該纖維在與火焰接觸后不收縮，移去火焰后基本該纖維在與火焰接觸后不收縮，移去火焰后基本無(wú)殘焰，布料質(zhì)地柔軟。其密度為無(wú)殘焰，布料質(zhì)地柔軟。其密度為1.54-1.56gcm3，拉，拉伸強(qiáng)度為伸強(qiáng)度為5.8GPa，拉伸

35、模量為，拉伸模量為280GPa，斷裂伸長(zhǎng)率為，斷裂伸長(zhǎng)率為3.5?？芍瞥啥糖欣w維、織物、氈等，與樹(shù)脂浸漬性?？芍瞥啥糖欣w維、織物、氈等，與樹(shù)脂浸漬性亦佳，加工性能良好。亦佳，加工性能良好。是目前唯一將優(yōu)越的力學(xué)性能、是目前唯一將優(yōu)越的力學(xué)性能、卓越的耐高溫性能和優(yōu)良的加工性能結(jié)合在一起的有機(jī)卓越的耐高溫性能和優(yōu)良的加工性能結(jié)合在一起的有機(jī)纖維纖維。1994年，日本東洋紡織公司開(kāi)始批量生產(chǎn)，是年，日本東洋紡織公司開(kāi)始批量生產(chǎn)，是21世紀(jì)集耐高溫和力學(xué)特性為一身的超高性能復(fù)合材料。世紀(jì)集耐高溫和力學(xué)特性為一身的超高性能復(fù)合材料。也是一代更新?lián)Q代的材料品種。也是一代更新?lián)Q代的材料品種。71 2) C

36、/C復(fù)合材料復(fù)合材料 20世紀(jì)世紀(jì)50年代以來(lái)，碳纖維技術(shù)的出現(xiàn)，為將石年代以來(lái)，碳纖維技術(shù)的出現(xiàn)，為將石墨材料發(fā)展成為一種真正實(shí)用的結(jié)構(gòu)材料提供了條件。墨材料發(fā)展成為一種真正實(shí)用的結(jié)構(gòu)材料提供了條件。20世紀(jì)世紀(jì)60年代，在美國(guó)空軍材料實(shí)驗(yàn)室支持下，一種年代，在美國(guó)空軍材料實(shí)驗(yàn)室支持下，一種新的材料新的材料C/C復(fù)合材料試制成功。它具有優(yōu)異的比強(qiáng)度復(fù)合材料試制成功。它具有優(yōu)異的比強(qiáng)度和比彈性模量。今天和比彈性模量。今天C/C復(fù)合材料已廣泛應(yīng)用于軍事工復(fù)合材料已廣泛應(yīng)用于軍事工業(yè)和民用工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。業(yè)和民用工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。 72 2) C/C復(fù)合材料復(fù)合材料 C/C復(fù)合材料的真正實(shí)用化得益于

37、多向編織技術(shù)的復(fù)合材料的真正實(shí)用化得益于多向編織技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展。出現(xiàn)和發(fā)展。20世紀(jì)世紀(jì)60年代末期出現(xiàn)了用于樹(shù)脂基和年代末期出現(xiàn)了用于樹(shù)脂基和碳基復(fù)合材料制造的編織技術(shù)，并成功地完成了圓輪、碳基復(fù)合材料制造的編織技術(shù)，并成功地完成了圓輪、空心圓柱、平錐體結(jié)構(gòu)的編織，此后，通過(guò)正確選取空心圓柱、平錐體結(jié)構(gòu)的編織，此后，通過(guò)正確選取和設(shè)計(jì)增強(qiáng)織物以滿足復(fù)雜結(jié)構(gòu)的需要成為可能。今和設(shè)計(jì)增強(qiáng)織物以滿足復(fù)雜結(jié)構(gòu)的需要成為可能。今天天C/C復(fù)合材料增強(qiáng)體可以有二向、三向、五向、七向、復(fù)合材料增強(qiáng)體可以有二向、三向、五向、七向、十一向等多種形式。特別是十一向等多種形式。特別是20世紀(jì)世紀(jì)80年代，多維整

38、體年代，多維整體編織技術(shù)的出現(xiàn)使得極大地發(fā)揮編織技術(shù)的出現(xiàn)使得極大地發(fā)揮C/C復(fù)合材料潛力成為復(fù)合材料潛力成為可能?？赡?。73 2) C/C復(fù)合材料復(fù)合材料 C/C復(fù)合材料具有優(yōu)異的綜合性能，迄今為止是用于宇航工復(fù)合材料具有優(yōu)異的綜合性能，迄今為止是用于宇航工業(yè)、熱結(jié)構(gòu)和固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的業(yè)、熱結(jié)構(gòu)和固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的最理想的燒蝕結(jié)構(gòu)材料最理想的燒蝕結(jié)構(gòu)材料，但其過(guò)長(zhǎng)的工藝周期、過(guò)高的制造成本在一定程度上限制了它但其過(guò)長(zhǎng)的工藝周期、過(guò)高的制造成本在一定程度上限制了它的應(yīng)用。的應(yīng)用。 C/C復(fù)合材料的改性方向主要圍繞著提高性能和降低成本而復(fù)合材料的改性方向主要圍繞著提高性能和降低成本而展開(kāi)。

39、在提高性能方面展開(kāi)。在提高性能方面,近年來(lái)提出的一項(xiàng)重要途徑是應(yīng)用難熔近年來(lái)提出的一項(xiàng)重要途徑是應(yīng)用難熔碳化物涂層來(lái)提高碳化物涂層來(lái)提高C/C復(fù)合材料的抗氧化能力、降低燒蝕率、承復(fù)合材料的抗氧化能力、降低燒蝕率、承受更高的燃?xì)鉁囟然蚋L(zhǎng)的工作時(shí)間。所用的難熔碳化物有碳受更高的燃?xì)鉁囟然蚋L(zhǎng)的工作時(shí)間。所用的難熔碳化物有碳化硅化硅(SiC)、碳化鉿、碳化鉿(HfC)、碳化鉭、碳化鉭(TaC)、碳化鈮、碳化鈮(NbC)、碳化鋯、碳化鋯(ZrC)等，美、俄、法等國(guó)家均已開(kāi)展這方面的研究并已取得階等，美、俄、法等國(guó)家均已開(kāi)展這方面的研究并已取得階段性的成果，涂覆工藝多用段性的成果，涂覆工藝多用化學(xué)氣相

40、沉積化學(xué)氣相沉積(CVD或或CVl)和和化學(xué)氣化學(xué)氣相反應(yīng)相反應(yīng)(CVR).74 2) C/C復(fù)合材料復(fù)合材料 在降低成本方面，除編織技術(shù)外，更重要的是致密工藝的改在降低成本方面，除編織技術(shù)外，更重要的是致密工藝的改進(jìn)，目前已著手研究的有強(qiáng)制熱梯度進(jìn)，目前已著手研究的有強(qiáng)制熱梯度CVI工藝、快速致密工藝、工藝、快速致密工藝、等離子氣相沉積工藝、使用新型高殘?zhí)悸是膀?qū)體等離子氣相沉積工藝、使用新型高殘?zhí)悸是膀?qū)體(如如PAA)及采用及采用智能工藝控制系統(tǒng)來(lái)提高工藝質(zhì)量等。從目前的研究結(jié)果來(lái)看，智能工藝控制系統(tǒng)來(lái)提高工藝質(zhì)量等。從目前的研究結(jié)果來(lái)看，使用強(qiáng)制熱梯度使用強(qiáng)制熱梯度CVI工藝比均熱法可提高

41、效率工藝比均熱法可提高效率10-30倍，而采用倍，而采用智能工藝控制系統(tǒng)可使預(yù)制件的工藝時(shí)間縮短智能工藝控制系統(tǒng)可使預(yù)制件的工藝時(shí)間縮短11、成本降低、成本降低15-20。75 3) 陶瓷基和金屬基復(fù)合材料陶瓷基和金屬基復(fù)合材料 尚處于研究階段，還未進(jìn)入批量生產(chǎn)和實(shí)際應(yīng)用。具有優(yōu)異尚處于研究階段，還未進(jìn)入批量生產(chǎn)和實(shí)際應(yīng)用。具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度，目前是可用其制作摩擦結(jié)構(gòu)材料、固體發(fā)動(dòng)機(jī)噴的高溫強(qiáng)度，目前是可用其制作摩擦結(jié)構(gòu)材料、固體發(fā)動(dòng)機(jī)噴管和燃燒室殼體之間的熱結(jié)構(gòu)連接件的理想材料，此外，還可管和燃燒室殼體之間的熱結(jié)構(gòu)連接件的理想材料，此外，還可用作出口錐和延伸錐的一些部件用作出口錐和延伸錐的一

42、些部件(如噴管背壁防熱絕熱系統(tǒng)等如噴管背壁防熱絕熱系統(tǒng)等)。陶瓷基復(fù)合材料作為固體發(fā)動(dòng)機(jī)的熱結(jié)構(gòu)連接件，已進(jìn)行過(guò)發(fā)陶瓷基復(fù)合材料作為固體發(fā)動(dòng)機(jī)的熱結(jié)構(gòu)連接件，已進(jìn)行過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)地面熱試車。動(dòng)機(jī)地面熱試車。 眾多陶瓷材料中，以氮化硅系高溫?zé)峤Y(jié)構(gòu)陶瓷復(fù)合材料最引眾多陶瓷材料中，以氮化硅系高溫?zé)峤Y(jié)構(gòu)陶瓷復(fù)合材料最引人注目。其綜合性能較突出，具有耐高溫、耐腐蝕、抗熱震、人注目。其綜合性能較突出，具有耐高溫、耐腐蝕、抗熱震、硬度高、韌性好、熱脹系數(shù)小、密度較低等特點(diǎn)，非常適于制硬度高、韌性好、熱脹系數(shù)小、密度較低等特點(diǎn)，非常適于制作高溫承力部件。目前，先進(jìn)國(guó)家已把氮化硅系陶瓷材料作為作高溫承力部件。目前，先

43、進(jìn)國(guó)家已把氮化硅系陶瓷材料作為熱結(jié)構(gòu)的首選陶瓷材料進(jìn)行廣泛、重點(diǎn)的研究與開(kāi)發(fā)。熱結(jié)構(gòu)的首選陶瓷材料進(jìn)行廣泛、重點(diǎn)的研究與開(kāi)發(fā)。Si3N4系系陶瓷材料在軍用和民用領(lǐng)域均有十分廣闊的應(yīng)用前景。陶瓷材料在軍用和民用領(lǐng)域均有十分廣闊的應(yīng)用前景。76 復(fù)合材料的發(fā)展與其制造技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，也就是說(shuō)，復(fù)合材料的發(fā)展與其制造技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，也就是說(shuō)，復(fù)合材料工藝的發(fā)展是復(fù)合材料發(fā)展最重要的基礎(chǔ)和條件，材復(fù)合材料工藝的發(fā)展是復(fù)合材料發(fā)展最重要的基礎(chǔ)和條件，材料和工藝兩者相輔相成互相推進(jìn)料和工藝兩者相輔相成互相推進(jìn)。復(fù)合材料工藝?yán)煤徒梃b其。復(fù)合材料工藝?yán)煤徒梃b其他材料的成型工藝及設(shè)備，根據(jù)復(fù)合材料成

44、型過(guò)程的特殊要求，他材料的成型工藝及設(shè)備，根據(jù)復(fù)合材料成型過(guò)程的特殊要求，不斷發(fā)展和完善，逐步形成一套復(fù)合材料制造技術(shù)體系。工藝不斷發(fā)展和完善，逐步形成一套復(fù)合材料制造技術(shù)體系。工藝技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步主要是指樹(shù)脂基復(fù)合材料、技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步主要是指樹(shù)脂基復(fù)合材料、C/CC/C復(fù)合材料復(fù)合材料和納米復(fù)合材料的技術(shù)進(jìn)步，而陶瓷基和金屬基復(fù)合材料制造和納米復(fù)合材料的技術(shù)進(jìn)步，而陶瓷基和金屬基復(fù)合材料制造工藝技術(shù)基本上還是采用基體材料的制造方法，就其纖維增強(qiáng)工藝技術(shù)基本上還是采用基體材料的制造方法，就其纖維增強(qiáng)的陶瓷或金屬基復(fù)合材料而言，目前還是借用的陶瓷或金屬基復(fù)合材料而言，目前還是借用C/C

45、C/C復(fù)合材料的制復(fù)合材料的制造工藝生產(chǎn)的。造工藝生產(chǎn)的。77 早在早在20世紀(jì)世紀(jì)40年代初國(guó)外就用手糊工藝制造出軍用飛機(jī)雷達(dá)年代初國(guó)外就用手糊工藝制造出軍用飛機(jī)雷達(dá)罩，這種質(zhì)輕、承載能力強(qiáng)、并具備優(yōu)良的電磁波穿透性的制罩，這種質(zhì)輕、承載能力強(qiáng)、并具備優(yōu)良的電磁波穿透性的制品的出現(xiàn)，受到各國(guó)軍方和飛機(jī)制造廠家的高度關(guān)注。品的出現(xiàn)，受到各國(guó)軍方和飛機(jī)制造廠家的高度關(guān)注。1942年第年第一艘玻璃鋼漁船又采用手糊方法制造成功，使有數(shù)千年歷史的一艘玻璃鋼漁船又采用手糊方法制造成功，使有數(shù)千年歷史的裱糊工藝中的手糊工藝技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，隨之石油化工裱糊工藝中的手糊工藝技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，隨之石油

46、化工容器、貯槽、汽車殼體等相繼問(wèn)世。手糊工藝在目前制備技術(shù)容器、貯槽、汽車殼體等相繼問(wèn)世。手糊工藝在目前制備技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，以其工藝簡(jiǎn)便，投資低廉，工藝適用面廣等高度發(fā)達(dá)的今天，以其工藝簡(jiǎn)便，投資低廉，工藝適用面廣等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)仍然延用，且具有發(fā)展趨勢(shì)。獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)仍然延用，且具有發(fā)展趨勢(shì)。78 為了克服手糊制品材料質(zhì)地疏松、密度低從而嚴(yán)重影響制品為了克服手糊制品材料質(zhì)地疏松、密度低從而嚴(yán)重影響制品強(qiáng)度的缺點(diǎn)，強(qiáng)度的缺點(diǎn)，20世紀(jì)世紀(jì)50年代初研制出真空袋、壓力袋、壓力罐等年代初研制出真空袋、壓力袋、壓力罐等技術(shù)，使制品質(zhì)量有了明顯提高，滿足了應(yīng)用要求。技術(shù)，使制品質(zhì)量有了明顯提高，滿足了應(yīng)用

47、要求。 為了改善工人勞動(dòng)條件，提高手糊工作效率，為了改善工人勞動(dòng)條件，提高手糊工作效率，20世紀(jì)世紀(jì)60年代年代又研制出噴射工藝。噴射成型也可歸于手糊工藝又研制出噴射工藝。噴射成型也可歸于手糊工藝(低壓成型低壓成型)一類。一類。它的主要不同處是增強(qiáng)材料改用短切纖維代替玻璃布，短切纖它的主要不同處是增強(qiáng)材料改用短切纖維代替玻璃布，短切纖維和樹(shù)脂分別經(jīng)過(guò)噴槍混和后被壓縮空氣噴灑在模具上，達(dá)到維和樹(shù)脂分別經(jīng)過(guò)噴槍混和后被壓縮空氣噴灑在模具上，達(dá)到預(yù)定厚度后，再手工用橡膠輥按壓，然后固化成型。噴射成型預(yù)定厚度后，再手工用橡膠輥按壓，然后固化成型。噴射成型較之手糊工藝適應(yīng)性得以提高，制品的質(zhì)量也獲得改善

48、，更重較之手糊工藝適應(yīng)性得以提高，制品的質(zhì)量也獲得改善，更重要的是提高了工作效率，使復(fù)合材料成型的手工勞動(dòng)比例大為要的是提高了工作效率，使復(fù)合材料成型的手工勞動(dòng)比例大為下降。下降。798081828384858687綜觀復(fù)合材料制造工藝的發(fā)展過(guò)程，其間產(chǎn)生了四次重大的技綜觀復(fù)合材料制造工藝的發(fā)展過(guò)程，其間產(chǎn)生了四次重大的技術(shù)進(jìn)步：術(shù)進(jìn)步： 第一次技術(shù)進(jìn)步是第一次技術(shù)進(jìn)步是19261926年發(fā)明的年發(fā)明的傳遞模塑工藝傳遞模塑工藝，對(duì)樹(shù)脂基復(fù)合，對(duì)樹(shù)脂基復(fù)合材料制品采用了專用的塑化裝置，有效地改變了制品在型腔內(nèi)的塑材料制品采用了專用的塑化裝置，有效地改變了制品在型腔內(nèi)的塑化狀況，解決了樹(shù)脂基復(fù)合材

49、料，特別是用量較大的熱固性樹(shù)脂基化狀況，解決了樹(shù)脂基復(fù)合材料，特別是用量較大的熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料復(fù)雜結(jié)構(gòu)制品質(zhì)量和制造難題。復(fù)合材料復(fù)雜結(jié)構(gòu)制品質(zhì)量和制造難題。 第二次技術(shù)進(jìn)步是第二次技術(shù)進(jìn)步是19451945年研制的年研制的高頻預(yù)熱技術(shù)高頻預(yù)熱技術(shù)，克服了以往幾，克服了以往幾種預(yù)熱方法的缺點(diǎn)，使制品質(zhì)量和生產(chǎn)效率有了顯著提高。種預(yù)熱方法的缺點(diǎn)，使制品質(zhì)量和生產(chǎn)效率有了顯著提高。 第三次技術(shù)進(jìn)步是于第三次技術(shù)進(jìn)步是于19631963年研制成功的年研制成功的注射成型技術(shù)注射成型技術(shù)，特別是，特別是熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料的注射成型技術(shù)，使其制品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料的注射成型技術(shù)，使

50、其制品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、自動(dòng)化程度得到明顯提高。自動(dòng)化程度得到明顯提高。88第四次技術(shù)進(jìn)步是第四次技術(shù)進(jìn)步是2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代研制的年代研制的液體模塑成型技術(shù)液體模塑成型技術(shù)，即，即增強(qiáng)反應(yīng)注射成型增強(qiáng)反應(yīng)注射成型和和樹(shù)脂傳遞模塑成型樹(shù)脂傳遞模塑成型技術(shù)。它用單體注射、轉(zhuǎn)化技術(shù)。它用單體注射、轉(zhuǎn)化為聚合物，再與預(yù)制件結(jié)合制成高級(jí)復(fù)合材料或制品。利用這種工為聚合物，再與預(yù)制件結(jié)合制成高級(jí)復(fù)合材料或制品。利用這種工藝可制造超厚截面制品藝可制造超厚截面制品( (如厚板復(fù)合裝甲、車體、炮塔用復(fù)合材料如厚板復(fù)合裝甲、車體、炮塔用復(fù)合材料裝甲裝甲) )、雷達(dá)罩、直升飛機(jī)機(jī)體和艦船體、汽車車體等，再

51、加上電、雷達(dá)罩、直升飛機(jī)機(jī)體和艦船體、汽車車體等，再加上電子束固化技術(shù)的運(yùn)用，使復(fù)合材料制造更加便捷，在取代鋼鐵的道子束固化技術(shù)的運(yùn)用，使復(fù)合材料制造更加便捷，在取代鋼鐵的道路上邁出堅(jiān)定的一步，標(biāo)志著工業(yè)用結(jié)構(gòu)材料已由鋼鐵時(shí)代進(jìn)入復(fù)路上邁出堅(jiān)定的一步，標(biāo)志著工業(yè)用結(jié)構(gòu)材料已由鋼鐵時(shí)代進(jìn)入復(fù)合材料時(shí)代。合材料時(shí)代。89 二向二向碳布織物碳布織物三向三向碳布織物碳布織物 為了獲得各向同性的織物結(jié)構(gòu)，對(duì)最基本的為了獲得各向同性的織物結(jié)構(gòu)，對(duì)最基本的3D3D正正交結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷目傻玫剿南?、五向、七向和十交結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷目傻玫剿南?、五向、七向和十一向增?qiáng)織物結(jié)構(gòu)。一向增強(qiáng)織物結(jié)構(gòu)。 905D5D

52、結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)-在在3D3D正交結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上沿正交結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上沿x x、y y平平面增加兩個(gè)增強(qiáng)方向，使得其在面增加兩個(gè)增強(qiáng)方向，使得其在xyxy面內(nèi)土面內(nèi)土4545方向上具有新的增強(qiáng)效果。方向上具有新的增強(qiáng)效果。 7D7D結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)-增加對(duì)角線增強(qiáng)方向，這樣，由增加對(duì)角線增強(qiáng)方向，這樣，由三個(gè)正交方向和四個(gè)對(duì)角向組成三個(gè)正交方向和四個(gè)對(duì)角向組成7D7D結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。11D11D結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)-3D-3D正交結(jié)構(gòu)同時(shí)增加四個(gè)對(duì)角正交結(jié)構(gòu)同時(shí)增加四個(gè)對(duì)角線向和四個(gè)對(duì)角面向?qū)a(chǎn)生一種基本各向同性線向和四個(gè)對(duì)角面向?qū)a(chǎn)生一種基本各向同性的的11D11D增強(qiáng)織物結(jié)構(gòu)。增強(qiáng)織物結(jié)構(gòu)。 所有這些結(jié)構(gòu)都可以通過(guò)選取織物密實(shí)

53、效所有這些結(jié)構(gòu)都可以通過(guò)選取織物密實(shí)效率、密度和增強(qiáng)向的分布進(jìn)行設(shè)計(jì)。率、密度和增強(qiáng)向的分布進(jìn)行設(shè)計(jì)。 9192 939495 96 自從自從19031903年萊特兄弟發(fā)明第一架飛機(jī)以來(lái)，年萊特兄弟發(fā)明第一架飛機(jī)以來(lái)，航空技術(shù)有了飛躍的發(fā)展，乘飛機(jī)已是人們?nèi)蘸娇占夹g(shù)有了飛躍的發(fā)展，乘飛機(jī)已是人們?nèi)粘Ｉ钪斜容^普遍的活動(dòng)。航空的發(fā)展對(duì)人類常生活中比較普遍的活動(dòng)。航空的發(fā)展對(duì)人類的社會(huì)、生活、經(jīng)濟(jì)、貿(mào)易及軍事產(chǎn)生了革命的社會(huì)、生活、經(jīng)濟(jì)、貿(mào)易及軍事產(chǎn)生了革命性影響。飛機(jī)是性影響。飛機(jī)是2020世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一。世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一。進(jìn)入進(jìn)入2121世紀(jì)，航空科學(xué)技術(shù)的發(fā)展將取得更加世紀(jì)

54、，航空科學(xué)技術(shù)的發(fā)展將取得更加輝煌的成就。輝煌的成就。97 近近100100年來(lái)，航空飛行已從每小時(shí)幾十年來(lái)，航空飛行已從每小時(shí)幾十公里的速度提高到公里的速度提高到M3M3以上；飛行高度從幾十以上；飛行高度從幾十米提高到米提高到 3000030000米以上；飛機(jī)的座級(jí)從單人米以上；飛機(jī)的座級(jí)從單人飛機(jī)發(fā)展到飛機(jī)發(fā)展到800800座級(jí)以上的大型民用客機(jī)。座級(jí)以上的大型民用客機(jī)。展望展望2121世紀(jì)，民用飛機(jī)將繼續(xù)沿著安全世紀(jì)，民用飛機(jī)將繼續(xù)沿著安全性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性、環(huán)保性的要求發(fā)展，性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性、環(huán)保性的要求發(fā)展，更大、更快、更安全、更經(jīng)濟(jì)的飛機(jī)必將出更大、更快、更安全、更經(jīng)濟(jì)的飛機(jī)必將

55、出現(xiàn)；現(xiàn)；50050010001000座的飛機(jī)將投入航線使用。座的飛機(jī)將投入航線使用。新一代的超音速民機(jī)也將會(huì)在新一代的超音速民機(jī)也將會(huì)在2121世紀(jì)投入使世紀(jì)投入使用。用。98新一代的軍用飛機(jī)將具有隱身、超音新一代的軍用飛機(jī)將具有隱身、超音速巡航、短距起降能力，并具有更先進(jìn)的速巡航、短距起降能力，并具有更先進(jìn)的電子武器系統(tǒng)。新一代軍用飛機(jī)的作戰(zhàn)效電子武器系統(tǒng)。新一代軍用飛機(jī)的作戰(zhàn)效能將比現(xiàn)有飛機(jī)提高能將比現(xiàn)有飛機(jī)提高1010倍，維護(hù)工作量降倍，維護(hù)工作量降低低70%70%。M5M51515的超高速軍用飛機(jī)也將在的超高速軍用飛機(jī)也將在2121世紀(jì)研制。這一切也將對(duì)氣動(dòng)技術(shù)、發(fā)世紀(jì)研制。這一切也

56、將對(duì)氣動(dòng)技術(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)、新材料、新結(jié)構(gòu)、控制技術(shù)、電子動(dòng)機(jī)、新材料、新結(jié)構(gòu)、控制技術(shù)、電子設(shè)備、能源等航空技術(shù)提出更高的要求和設(shè)備、能源等航空技術(shù)提出更高的要求和更多的挑戰(zhàn)。更多的挑戰(zhàn)。 99100 在材料中植入敏感元件、控制系統(tǒng)、射頻在材料中植入敏感元件、控制系統(tǒng)、射頻發(fā)射源或其他執(zhí)行元件，能使飛機(jī)結(jié)構(gòu)具有隱發(fā)射源或其他執(zhí)行元件，能使飛機(jī)結(jié)構(gòu)具有隱身、目標(biāo)探測(cè)、發(fā)射信息功能，也能夠根據(jù)飛身、目標(biāo)探測(cè)、發(fā)射信息功能，也能夠根據(jù)飛行狀態(tài)隨時(shí)改變結(jié)構(gòu)構(gòu)型。飛機(jī)性能的提高，行狀態(tài)隨時(shí)改變結(jié)構(gòu)構(gòu)型。飛機(jī)性能的提高，在很大程度上依賴于航空材料的進(jìn)步。目前，在很大程度上依賴于航空材料的進(jìn)步。目前，航空結(jié)構(gòu)材

57、料正向著航空結(jié)構(gòu)材料正向著的方向發(fā)的方向發(fā)展，復(fù)合材料在未來(lái)飛機(jī)上將得到廣泛應(yīng)用，展，復(fù)合材料在未來(lái)飛機(jī)上將得到廣泛應(yīng)用，而且新復(fù)合材料的價(jià)格將會(huì)更低，使用維護(hù)也而且新復(fù)合材料的價(jià)格將會(huì)更低，使用維護(hù)也更方便。更方便。101為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推力，必須要提為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推力，必須要提高渦輪前的溫度，而這將會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)的高渦輪前的溫度，而這將會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命大大縮短。解決這一問(wèn)題的最佳方壽命大大縮短。解決這一問(wèn)題的最佳方法就是發(fā)展新一代的高溫材料，提高發(fā)法就是發(fā)展新一代的高溫材料，提高發(fā)動(dòng)機(jī)部件的耐熱能力。目前，人們正在動(dòng)機(jī)部件的耐熱能力。目前，人們正在研制熱塑性復(fù)合材料、高溫鈦合金、陶研制熱塑性

58、復(fù)合材料、高溫鈦合金、陶瓷基復(fù)合材料和碳瓷基復(fù)合材料和碳- -碳復(fù)合材料。預(yù)計(jì)碳復(fù)合材料。預(yù)計(jì)到到20102010年，發(fā)動(dòng)機(jī)上各種復(fù)合材料的用年，發(fā)動(dòng)機(jī)上各種復(fù)合材料的用量會(huì)大量增加。量會(huì)大量增加。102（一）、材料對(duì)飛機(jī)的影響及飛機(jī)對(duì)材料的要求（一）、材料對(duì)飛機(jī)的影響及飛機(jī)對(duì)材料的要求（二）、飛機(jī)材料的發(fā)展變化（二）、飛機(jī)材料的發(fā)展變化（四）、發(fā)動(dòng)機(jī)材料選用（四）、發(fā)動(dòng)機(jī)材料選用（三）、飛機(jī)用新材料發(fā)展（三）、飛機(jī)用新材料發(fā)展103104（一）、材料對(duì)飛機(jī)的影響及飛機(jī)對(duì)材料的要求（一）、材料對(duì)飛機(jī)的影響及飛機(jī)對(duì)材料的要求 飛機(jī)性能一半取決于設(shè)計(jì)飛機(jī)性能一半取決于設(shè)計(jì), ,另一半取決于材料另一

59、半取決于材料。材。材料的優(yōu)劣對(duì)速度、高度、航程、機(jī)動(dòng)性、隱身性、服役料的優(yōu)劣對(duì)速度、高度、航程、機(jī)動(dòng)性、隱身性、服役壽命、安全可靠性、可維修性等性能起無(wú)可置疑的重大壽命、安全可靠性、可維修性等性能起無(wú)可置疑的重大影響?，F(xiàn)代和未來(lái)飛機(jī)在高速化、機(jī)動(dòng)化、隱形化、智影響。現(xiàn)代和未來(lái)飛機(jī)在高速化、機(jī)動(dòng)化、隱形化、智能化、微型化、無(wú)人化、電子化等方面的發(fā)展都離不開(kāi)能化、微型化、無(wú)人化、電子化等方面的發(fā)展都離不開(kāi)航空材料的相應(yīng)發(fā)展。飛機(jī)對(duì)結(jié)構(gòu)材料的性能要求是多航空材料的相應(yīng)發(fā)展。飛機(jī)對(duì)結(jié)構(gòu)材料的性能要求是多方面的方面的, ,首先是首先是“比強(qiáng)度比強(qiáng)度”, ,即強(qiáng)度與密度之比即強(qiáng)度與密度之比, ,同時(shí)綜同時(shí)綜合考慮其他性能合考慮其他性能, ,例如例如“比剛度比剛度”、斷裂韌度、疲勞強(qiáng)、斷裂韌度、疲勞強(qiáng)度、耐熱性、耐蝕性度、耐熱性、耐蝕性等。對(duì)于功