航空航天材料概览.docx

作者：刘 馨
来源：《新材料产业》 2012年第3期
航空航天材料是一类非常特殊的材料，它与军事应用密切相关。与此同时，航空航天材料 的进步又对现代工业产生了深远的影响。推动航空航天领域新材料新工艺的发展，能够引领和 带动相关技术进步和靠性；进一步提高使用温度；具备高的工艺性能及良好的可焊接性；能生产各种 半成品；改进结构形式，开发新的设计方案，尽可能多地在结构中使用成熟的合金与工艺。
采用高强钛合金可减轻结构质量，同时提高结构的重量效率、可靠性及工艺性。计划开发 兼备高强度(1350M P a)与高工艺性的板材合金，这种合金的强度将是工业纯铁强度的4倍， 而工艺特性则与工业纯钛相近；还将研制并使用具有更高热强性、热稳定性和使用寿命的“近 a型”热强钛合金。
热强钛合金
钛合金的发展方向之一，是研制与采用具有较高热强性，特别是具有高稳定性和长寿命的 “近a型”热强钛合金。第6代航空发动机将使用以固溶强化和金属间化合物综合强化的热强 钛合金板材。
以钛铝化合物为基的合金，是未来的研究方向。“Y”合金在700〜900°C温度下的比热 强性超过钢材及热强合金，但塑性较差。
开发热强钛合金的新方向，是采用金属间化合物强化的以B固溶体为基的合金。这种合金 的特点是在600〜700°C温度下具有较高的热强性和令人满意的塑性性能。与现有的钛合金相 比，研发这种类型的钛合金可使强度和热强性提高25%〜30%。
需要强调的是使合金化学成分、铸造及变形工艺最佳化、选择最佳的热处理规范、采用新 方法设计零件，就可将金属间化合物使用在航空发动机及航空航天技术装备的结构中，在这方 面，提高使用温度与减轻质量是决定性因素。
聚合物复合材料
代表航空航天技术开发水平的一个重要标志是聚合物复合材料使用数量的多少。聚合物复 合材料在比强度和比刚度方面具有非常明显的优越性，兼备良好的结构性能和特殊性能，在航 空领域获得了广泛的应用。空中客车A3X X飞机使用聚合物复合材料的比例将达到25%。
采用以碳纤维增强塑料为基体的聚合物复合材料，是减轻结构质量的有效措施之一。聚合 物复合材料通常是指高弹性模量的碳纤维增强塑料，特点是刚度大（弹性模量196G P a）、高 温尺寸稳定性好，同时还保持了高的抗压强度（1000M P a）。在新一代航空技术装备中采用碳 纤维增强塑料，可提高尾翼部件，特别是尾尖部件的空气动力学刚度，减轻结构质量，保证要 求的飞行技术品质。高弹性模量的碳纤维增强塑料还可有效地应用于在开放的宇宙空间工作的 接收与转发天线构件、无线电电子设备的承载构件、火箭零部件、薄壳构件及长的杆形件，热 应力仅为金属构件的1/20 〜 1/10。高弹性模量碳纤维增强塑料的以上特性结合低密度，可制 造供组装与维修空间站用的操作手。今后几年需要解决的问题包括：进一步改进碳纤维增强塑 料的结构特性与特殊性能，特别是要将工作温度提高到400C。
作为结构材料，新型复合材料——有机塑料将发挥越来越大的作用。最近几年，正在研制 第2代有机塑料。单一用途的有机塑料的ob（抗拉强度）值达到3000〜3200MP a，E值提高 到130G P a。试验研究表明，有可能获得弹性模量为200〜250G P a的有机塑料，需要指出 的是，这实际上就是将工作温度范围扩大1倍（205〜300C