航空航天材料的应用与发展.pdf

航空航天材料的应用与发展 S201201 张明洁 2012040301003 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。航空航天材料科学是材料科学中富有开拓性的一个分支。 飞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。 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。 材料不仅是制造航空产品的物质基础，同时也是使航空产品达到人们所期望的技术性 能、使用寿命与可靠性的技术基础。航空技术的进步与发展对航空材料起着积极的 牵引 作 用；与此同时，材料科学与工程发展，新型材料的出现，制造工艺与理化测试技术的进步， 又为航空新产品的设计与制造提供重要的物质与技术，从而对航空产业的发展起着有效的 推动 作用。例如，承载与隐形一体化材料的出现，既是隐形飞机设计构思提出的需求，同 时也使隐形飞机从设想变为现实； 优质单晶高温合金的出现， 使发动机涡轮前温度得以大大 提高，推动着高推重比航空发动机的进步。 由于航空产品具备高科技密集、系统庞大复杂、使用条件恶劣多变，要求长寿命、高 可靠性和品种多、批量小等特点，从而使航空材料也相应地具有一系列特点： （1 ）种类、品种、规格多。航空材料按用途分有结构材料、功能材料及工艺与辅助材 料三大类： 按化学成分分有金属材料、 有机高分子材料、 无机非金属材料以及各种复合材料。 各类材料又涉及众多的牌号、品种与规格。 （2 ）高的比强度（ σｂ/ ρ）和高的比刚度（Ｅ / ρ）是航空结构材料的重要特点。减 轻结构重量既可增加飞机、 直升机的运载能力， 提高机动性， 加大航程， 又可减少燃油消耗。 因此，高强度铝合金、钛合金以及先进复合材料在航空上得到广泛的应用。 （3 ）