航空材料技术进展

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1、2.2航空材料技术进展陈亚莉（中国航空工业发展研究中心）益小苏（北京肮空材料研究院）航空材料泛指用于制造航空飞行器的材料。一架军用飞机包括-机体、发动机、几载电了和火力控制四大部分，一・架民用客机包括机体、发动机、机载电子和机舱四大部分。机体材料和发动机材料是航空材料中最重耍的结构材料，而电子信息材料是航空机载装置中最重要的功能性材料，但它一般不百接算作航空材料。出于航室飞行及其安全性的考虑，航空结构材料的特点是轻质、高强、高可靠。e行器作门一个整体，还用到少量菲结构性材料，如阻尼、减振、降噪、密封材料等。在现代材料科学与技术的发

2、展历程屮,航帘材料一直扮演着先导和基础作用,儿体材料的进步不仅推动飞行器本身的发展，而且带动了地面交通工具及空间飞行器的进步，发动机材料的发展则推动着动力产业和能源行业的推陈出新。”一代材料，一代E行器”杲航空工业发展的生动写照，也是航空材料带动相关领域发展的真实描述。可以说，航空材料反映结构材料发展的前沿，航空材料代表了一个国家结构材料技术的最髙水平。—、航空材料的研究与发展1•机体材料机体材料主要包括铝合金、钛合金和树脂基复合材料等，发展重点集中在低成本、高性能的树脂基复合材料技术。图1是欧洲空中客车飞机的主要用材示例，其中最

3、显著的先进材料包括铝合金•玻璃纤维混杂复合材料GLARE,碳纤维复合材料GFRP,芳纶纤维复合材料AFRP,玻璃纤维复合材料GFRP以及韧性环氧树脂、双马来魅亚胺树脂和聚酚亚胺树脂基复合材料等，它们覆盖了航空飞行器机体的主要而积。国际上航空先进树脂基复合材料的主要性能要求是，较尚的耐温度使用性、尽可能高的抗损伤容限和尽可能低的湿热坏境效应。就民用飞机上用呈最大的碳纤维环氧树脂复合材料而言，近年的趋势是发展液态成型纺织复合材料和菲热压罐成型技术如电子束辐照交联技术等，即“用得起”的制造技术（AffordableProccessing

4、））。而对更高的温度要求，双马來酚亚胺、特别是可以液态成型的聚酚亚胺树脂基复合材料（如PETI系列）的前景看好。由于制造成本在复合材料构件总成本中所占份额最人，因此低成本成型制造工艺信远ar竜卍必®金门技术是目而发展的重頁，主要包括纺织复合材料和树脂传递模塑（RTM或近似的RFI）液态成型技术等。通过编织、经编、针织、机织、缝纫等制造顶成型体，以及液态成型如树脂浸渗（RI）和树脂转移模型（RTM,使整体制造的成本降低，层间增强，并达到减重目标（图2）o其屮，RTM技术在美国军用战斗机F・35垂尾及F/A18-E/F襟翼整流罩上的应

5、用是使用该项技术制造的最大尺寸的零部件，前者氏3.6m,重约90kgo我国在液态成型复合材料技术正在取得进展，图3为北京航空材料研究院制备的中机身液态成型树脂基复合材料剪切梁。叙決几何形状和梨二〉诵叹成卒力向猜豪・》離费图2各种幼织结构坯合材料技术为了进一步迎接先进复合材料更高性能一价格比的挑战，欧洲空中客车公司提岀的冃标是更多地应用碳纤维复合材料CFRP以减重至30%,从而降低整个飞行成本40%。但是，CFRP技术在减重的同时，制造成本比金属焊接结构高。应用目前空中客车公司已储备的技术水平，可以达到减重15%、降低成415%的I

6、I标；而采用新型金属焊接结构制作机身，减重10%却降低成木20%,可见在发展低成木、高性能复合材料方而还大有潜力。图4是空屮客车公司正在研制的全碳纤维复合材料机翼的静力实验。美国也有嘀速民航机研究计划“，其中心任务是开发聚醴亚胺复合材料和饮/石墨纤维混朵复合材料等。各国都非常重视扩展先进复合材料应用的技术平台建设。口前，美国止在执行”汽车复合材料技术向航空转移计划”和“复合材料用得起计划”。Ri只巧丸悅总,的中机弓展右fitSJ禺财从駅州㈡厚IH4■?中會4公31AHI4P1KWW力宴e2.发动机材料口前最先进的军用航空发动机主要

7、材料冇钛合金、高温合金以及各类高温和超高温复合材料等。在21世纪前10年的叶片材料中,单晶叶片材料仍占主导地位。叶片材料经历了铸造合金、定向凝固合金和单晶合金的发展历程，国外现役发动机叶片材料主要采用第二代和第三代单品合金。这些单品合金由于富铢易产生脆性相，近年來研究加入钉或錶以减少脆性倾向，开发出第四代单晶。叶片技术发展的趋势是将结构一材料一工艺统一考虑，即开发lamiloy技术，采用铸造及激光打孔工艺直按制造发散冷却孔道。除提高叶片材料的耐温等级外，将金属间化合物与韧性金属组成的微證层复合材料作为叶片的”热障涂层”受到重视。该

8、技术依靠耐高温金属间化合物提供高温强度和蠕变抗力，利用高温金属作韧化元索，从而很好地克服了金属间化合物的脆性。口前采川真空热压箔、物理气相沉积、铸造和固态反应等方法已研制出儿种微米层次的微叠层复合材料，包括Nb・Cr2Nb、NB-Nb5Si3以及N