航天常用结构材料详解.pptx

空间结构材料分类 1、空间结构用金属材料 2、纤维增强树脂基复合材料 3、颗粒增强金属基复合材料 4、纤维增强陶瓷基复合材料 5、结构功能材料 先进航天器对材料要求越来越高: 轻量化、高强、高模量 高尺寸稳定、高导热 高耐磨、高阻尼 抗空间辐照 航天需求（轻质高强高模量、高尺寸稳定、抗空间射线辐照） 空间结构材料 结构材料是宇航制造的重要物质基础，随着航天领域的不断发展，对空间结构材料的要求也不断提高。 具体要求为： 优良的耐高低温性能 轻质、高模量、高强度 适应空间环境 高寿命和安全可靠性 材料 ρ密度（g/cm3） E弹性模量（GPa） 强度 （MPa） 热膨胀系数α（10-6/℃） 热导系数（W/m·℃） 镁锂合金LA141 1.35 43 160(拉伸) ∕ 80 镁MB5 1.8 45 255（拉伸） 23 134 铝LY12CZ 2.8 68～72 390~441 21.6 159 低组分硅铝(15%含量) 2.75 95～98 500 17~18 140 硼铝复合材料 2.77 95～110 520（拉伸） 14~16 140 殷钢 8.05 141 470（4J32） 0.5～2.0 10～15 钛合金（ZTC4） 4.43 100～117 892 8.4 5～10 铍 1.85 287 243 11.3 216 俄铍铝ABM-40-3 2.2 165～180 ∕ 16 121 美铍铝AlBeMet162 2.1 200 452（拉伸） 14 210 碳纤维 1.56 140 1543~2369（0°拉伸） 0.57 35 空间结构-常用金属材料 空间常用金属结构材料：铝合金、镁合金、钢、钛合金、铍及铍合金。 金属材料的特点：强度高、弹性模量高、稳定性好、加工工艺性能好、材料规格齐全。 通常用于本体结构、支撑结构、压力容器、各种连接件和机构零件。 常用金属材料 特点 铝合金 铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性。 镁合金 密度小，相对比强度、比刚度高，具有很好的减重作用。 钢 具有良好的综合力学性能，质量稳定，价格低廉。 钛合金 密度低，比强度高，耐腐蚀性好，并具有超导、贮氢、记忆等优点。 铍及铍合金 比重低，弹性模量高，各向异性小，具有良好的减振效果。用于结构件，光学件 3D打印(3DP):是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。 空间结构-常用金属材料 优势： 可加工高熔点、高硬度材料（高温合金、钛合金等）,优于传统制造工艺 材料利用率很高，可实现复杂结构零件近似成型。 制造速度快，缩短周期。可直接生产大型复杂构件。 制造异质材料（如功能梯度材料、复合材料等）的最佳工艺。能实现单一零件中材料成分的连续变化。 装备零部件快速修复。 纤维增强树脂基复合材料 空间结构-常用复合材料 复合材料特点：连续相的基体+增强体。不同材料取长补短，协同作用，产生原本单一材料本身所没有的新性能。高比模量/比强度值、耐腐蚀、材料可设计性。 基体材料 金属和非金属两大类。 金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。 非金属基体主要有合成树脂、石墨、橡胶、陶瓷等。 增强材料 主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、石棉纤维、碳化硅纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。 复合材料应用：卫星结构本体、太阳电池阵结构、天线结构、杆及支架结构 铝蜂窝夹层结构板(卫星结构) 由上面板、下面板和多孔蜂窝夹芯组成。 承受轴压、侧压、弯曲时能发挥较高的材料性能，可阻止结构失稳， 起结构隔离和隔热作用。 纤维增强树脂基复合材料 常用的树脂为环氧树脂和不饱和聚酯树脂。树脂基体以热固性树脂为主。 纤维材料有玻璃纤维，芳纶纤维和碳纤维。 主要成型工艺有接触成型、缠绕成型、真空成型及层压和模压成型等。 碳纤维增强树脂基复合材料在空间结构广泛应用，具有如下优点： 高比强度（抗拉强度与材料表观密度之）和比模量, ，耐疲劳 导热、导电性能良好 热膨胀系数小。 易于整体成型，根据性能要求，设计编织与热固化成型工艺 密度小，重量轻，可比常规金属结构减重30%左右。 碳纤维复合材料一般以叠合制成多层板使用，通常有两种复合形式 每层的纤维方向相同排列，为单向纤维复合材料。 各层纤维方向呈不同角度，通常称为多向纤维复合材料。 碳纤维多向铺层方式 空间结构-常用复合材料 颗粒增强金属基复合材料 （典型：铝基SiC） 金属基复合材料 铝、镁、钛是金属基复合材料的主要基体，增强材料一般可分为纤维、颗粒和晶须三类。 金属基复合材料的特点：高比强度、高比刚度、良好的高温性能、低热膨胀系数、良好的尺寸稳定性、优异的导电导热性。 铝基复合材料: