航空航天新材料


发布时间:2019-11-05 浏览量 25 views
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航空航天材料是指飞行器及其动力装置、附件、仪表所用的各类材料,是航空航天工程技术发展的决定性因素之一,也是航空航天材料科学是材料科学中富有开拓性的一个分支。航空航天材料有具有优良的耐高低温性能以及耐老化和耐腐蚀性能,能适应空间环境。行器的设计不断地向材料科学提出新的课题,推动航空航天材料科学向前发展;各种新材料的出现也给飞行器的设计提供新的可能性,极大地促进了航空航天技术的发展。

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航空航天材料的进展取决于下列3个因素:①材料科学理论的新发现:例如,铝合金的时效强化理论导致硬铝合金的发展;高分子材料刚性分子链的定向排列理论导致高强度、高模量芳纶有机纤维的发展。②材料加工工艺的进展:例如,古老的铸、锻技术已发展成为定向凝固技术、精密锻压技术,从而使高性能的叶片材料得到实际应用;复合材料增强纤维铺层设计和工艺技术的发展,使它在不同的受力方向上具有最优特性,从而使复合材料具有“可设计性”,并为它的应用开拓了广阔的前景;热等静压技术、超细粉末制造技术等新型工艺技术的成就创造出具有崭新性能的一代新型航空航天材料和制件,如热等静压的粉末冶金涡轮盘、高效能陶瓷制件等。③材料性能测试与无损检测技术的进步:现代电子光学仪器已经可以观察到材料的分子结构;材料机械性能的测试装置已经可以模拟飞行器的载荷谱,而且无损检测技术也有了飞速的进步。材料性能测试与无损检测技术正在提供越来越多的、更为精细的信息,为飞行器的设计提供更接近于实际使用条件的材料性能数据,为生产提供保证产品质量的检测手段。一种新型航空航天材料只有在这三个方面都已经发展到成熟阶段,才有可能应用于飞行器上。因此,世界各国都把航空航天材料放在优先发展的地位。中国在50年代就创建了北京航空材料研究所和北京航天材料工艺研究所,从事航空航天材料的应用研究。

目前正在发展的航空航天材料主要有:高性能轻质金属合金、复合材料、特种功能材料、石墨烯材料、超材料。为满足导弹、火箭等航天装备平台轻量化、高可靠、高推比等发展需求,目前国外大力发展的高性能轻质金属合金主要包括第三代铝锂合金、高强镁合金、低成本钛合金、耐高温合金等。复合材料具有比强度高、加工成形方便、抗腐蚀能力强等特点,利用其取代传统的钢、铝合金等材料制造武器装备结构件,可以在保证武器装备性能的同时,大大减轻装备的质量。目前国外大力发展的航天高性能复合材料主要包括树脂基复合材料、铝基复合材料和陶瓷基复合材料等。为满足载人飞船的返回舱、重复使用的运载器( 如航天飞机) 、洲际导弹等再入大气层时对防热与隔热的要求,以及保障低轨道航天器的空间防护,国外航天领域积极研发和应用特种功能材料。石墨烯微观结构是碳原子组成的二维蜂窝网格,单层石墨烯材料只有一个碳原子直径厚( 0.335 nm) 兼具半导体和金属属性。主要特性有: 良好的电学性能,室温下电子迁移率是硅的100 倍,比表面积可达2 630 m2 /g; 较好的力学性能,材料结构稳定,抗拉强度125 GPa,是钢的100 倍以上; 突出的热学性能,热导率达5.3 kW/( m•K) ; 优异的光学性能,单层石墨烯的可见光透光率达97.7%。石墨烯材料可应用于军用电子系统、能源、防护、后勤保障、隐身系统等领域,推动航天武器装备发展实现重大创新。目前,公认的超材料定义是: 对内部结构人工合理设计的,从而具有常规材料不具备的超常物理性能的材料。超材料是继高分子材料、纳米材料之后材料领域又一重大突破,将对世界科技发展产生重要影响,并有可能成为一种前途不可限量的新型材料。


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