第8讲 纳米材料在航空航天领域的应用PPT.ppt

金属基纳米复合材料与技术 主成分为Al-Ni-Mn系合金经挤出法，形成纳米复合材料。挤出材的性能与挤出条件关系很大。 密度为2.9~3.2g/cm3，弹性模量85~94GPa，2%屈服强度600~850MPa，塑性伸长率1.5~10%，V形缺口冲击韧性5~8J/cm2，耐热强度500MPa（200度），259MPa（300度），107循环后室温疲劳强度270MPa，150度时220MPa。 这种纳米结晶的铝合金的比强度和比钢性超过商用的铝合金、不锈钢甚至钛合金。利用这些特性，可以制作高速运动的机械部件、机器人部件、体育用品和模具。 举例-----高比强度铝合金 纳米材料在航空航天有着极其广泛的应用前景: ① 纳米结构材料 ; ② 纳米功能材料; ③ 纳米粉体 ; ④ 纳米涂层 航空材料有哪些？ 机载设备材料和武器 航空材料包括： { 飞机机体材料 发动机材料 大量采用高比强度和高比模量的轻质材料， 提高飞机的结构效率，降低结构重量系数。 飞机的心脏，针对高温材料的发展需求，开发高推重比材料。 各种微电子、光电子、传感器等的的光、电、声、磁、热的多功能材料。 火箭发射 航天材料有哪些？ 弹头材料 弹头材料设计：减轻重量，耐热问题（热障，8000-10000K，10MPa） 航天功能材料 航天材料包括： 运载火箭及导弹材料 航天飞行器材料 { 要求： 减轻重量, 绝对的可靠性； “为减轻每一克重量而奋斗”。 运载火箭箭体材料、导弹弹头材料、发动机材料 卫星、空间站、载人飞船等的材料 控制系统、卫星遥感、遥控和跟踪所需材料 航空航天技术的发展对材料科学提出的新要求： l?高强度 l?低的密度 l?耐高温(部分材料) l?耐腐蚀(部分材料) l?耐摩擦(部分材料) l?耐高压等性能(部分材料) 航空航天飞行器在飞行时不同部位的温度  6.2.1 纳米金属 6.2.2 纳米陶瓷 6.2.3 纳米聚合物 6.2.4 纳米复合材料 2 纳米结构材料在航空航天 领域的应用 制造飞机及航天器的主要结构材料包括： 金属材料（铝合金、镁合金、钛合金、锂合金、合金钢等） 非金属材料（特种陶瓷等） 高分子材料（工程塑料、纤维复合材料等） 复合材料（各类复合材料等） 机身及其辅助装置； 机翼； 发动机及其部件； 螺旋浆； 火箭喷嘴； 点火器等。 纳米结构材料正广泛用于航空航天飞行器中： (1) 纳米金属及其复合结构材料 (2) “发汗”金属 (3) 纳米焊接  2.1 纳米金属 金属材料 自身潜力远未穷近。 黑色金属：铁和以铁为基的合金（碳钢、铸铁、铁合金） 有色金属：黑色金属(Fe、Cr、Mn)以外的所有金属及其合金。 重金属 轻金属 贵金属 稀有金属 合金两种或两种以上金属元素构成 以构成材料的元素种类分： 以材料组分的复杂程度分： { { 纯金属 （铜，铅，铝，钛） (1) 纳米金属及其复合结构材料 金属材料的分类 不同材料的拉伸应力--应变曲线 现代各种军用和民用飞机及航天器结构用材的新格局： 铝合金为主， 钢用量明显减少， 钛合金用量明显增加。 铝合金 质量轻，强度高，传统的飞机或飞行器蒙皮材料；（新 ）铝-锂，铝-钪。 钛合金 比强度高(是铝合金的5倍）,发动机和飞机构架上。 “未来的金属” 超合金 镍基、铁基和钴基合金的总称 复合材料 金属基复合材料、树脂基复合材料、C-C复合材料、梯度功能材料 蒙皮 翼肋 加强隔框 起落架 机翼后梁 机翼前梁 铝合金飞机 高温粉冶铝合金在减轻飞行器重量、降低成本和可保养性等方面具有明显的优势。 典型铝合金： Al-0.071Fe-0.06Ce, Al-0.08Fe-0.01V-0.01Si 钛及其合金 “未来的金属” 航空工业：飞机机身和蒙皮、发动机、尾锥、喷管、弹射舱、防火壁、夹层结构机身机架、连结件和其它零件。 宇宙航行工业：飞船的液体燃料贮箱、高压容器、船舱、蒙皮、结构骨架、制动火箭主起落架、火箭、导弹高压容器、液体燃料贮箱、外壳、喷嘴、火箭发动机。 具有重量轻、强度大、耐热性强、耐腐蚀等许多优特性，是具有发展前途的新型结构材料。 制造飞机和航天器的主要结构材料 马赫数与用材的一般规律： 3.5：发动机入口温度已很高，需用超级合金了，但其机身用钛量则显著增加。 2：飞机发动机使用一部分钛及其合金，机身一般用铝合金。 =2：其发动机用钛量增加，而且机身也部分需要用钛。 钛和钛合金：“航空金属”。强度高、耐热性和耐腐蚀性好。主要用于飞机发动机和机身。 典型钛合金：Ti-0.06Al-0.04V 如：密度只有约铝合金50%的锂-镁合金等，以其塑性好、强度高等特性开始大量用作导弹、宇宙飞船的结构材料。为了进一步提高这些新型合