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1、第19卷第2期航天返回与遥感1998年6月SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING碳化硅铝基复合材料的应用与加工邢绍美马建平(北京空I可机电研究所,北京100076)摘要文中就近年来国内外对碳化硅铝基复合材料的研究、应用和加工进行综述,并就碳化硅铝基复合材料在中、。:国航天仅器产品上的应用测试状况进行了分析主要内容包括碳化硅铝基复合材料的制备、材料性能的对比分析、力学试验内容和结果、热平衡试验分析。并详。细地介绍了这种材料的机械加工和热处理方法此外还结合国外对碳化硅铭基复合材料的研究应用现状,提
2、出了这种材料在中国航空航天高科技领域应用发展前景的看法。关键词碳化硅铝基复合材料航天仅器聚晶金钢石切削加工热处理工艺1引言随着航天科学技术的应用与发展,降低航天飞行器结构的质量、提高航天飞行器有效载荷能力的要。、求越来越迫切选用比刚度比强度和热稳定性综合性能指标较好的材料用于航天。飞行器结构的设计是解决问题的途径之一铝基复合材料以其相对较好的综合性能越来越受。到人们的关注铝基复合材料是近些年来科技发展较快的国家竞相研制的新型金属基复合材料。美国在。、60年代便开始了碳化硅晶须(Si公/Al)和颗粒(si蛛/Al)复合材
3、料的研究目前美国俄罗斯和日本在碳化硅铝基复合材料的研制应用方面,处于较为领先的地位。尤其是美国、俄罗斯在,国防军事领域中广泛地应用碳化硅铝基复合材料取得了显著的成果;美国航天局用碳化硅铝基复合材料制造涡轮发动机,据报道已进入地面试车阶段。美国海军飞行动力试验室已经研制成碳化硅铝基复合材料的薄板,应用于新型舰载战斗机上。俄罗斯航空、航天部门应用碳化硅铝基。复合材料制造大型军用运输机的俯架和机舱的防火隔热板日本宇航机构把碳化硅铝。,基复合材料应用于卫星的惯导平台和支承构件上1985年由哈尔滨工业大学牵头组织引进日本的碳化硅
4、晶须(Si蛛/AI)和颗粒(Si蛛/AI)复合材料制备技术,采用压铸法开始对碳化硅铝基复。、合材料的制作和应用进行研究沈阳金属研究所采用粉末冶金法航空材料研究院采用铸锭冶金法相继开展对碳化硅铝基复合材料的制备和应用课题的研究,并且取得了很好的成果。这些。为发展我国航空航天新材料的研究和应用开拓了新的领域2碳化硅铝基复合材料的试验性应用碳化硅铝基复合材料应用于航天飞行器,特别是对于工作周期较长的遥感卫星来说很有意义。在具体的试验中,模拟工作周期较长的遥感卫星仪器,按其特定的外层空间工作环境要求,材料要能经受较大的加速冲击
5、、要有较强的抗辐照性能、要有较好的导热性和较低的热膨:收稿日期1997一12一()3航天返回与遥感1998年6月胀系数,在真空环境下材料本身尽可能少地出现可凝性挥发物体的放气现象,并且要求零件具。/;拟定含量不同的碳有较好的尺寸稳定性零件毛坯的制做采用碳化硅(Si叽Al)铸锭冶金法,化硅(Si叽/Al)配比进行熔模精密铸造对本体试样进行金相对比分析和机械性能物理性能。,的测试在零件的设计中把碳化硅(si叽/AI含量20%)铝基复合材料和一般常用的航天仪器,。结构材料做了几项性能对比见表1所示表l碳化硅铝基复合材料与一般
6、材料的性能比较抗拉强度弹性模量导热系数密度热膨胀系数进··3一‘奥氏Paa入/(caeSgeaxl()谕/ME/GPl/m℃)/(/m)/℃TC492()1130.《)21200℃4.518.94>1()()℃.(),024300℃912)2()0℃0.02740()℃9.18>300℃Si蛛/.90.4162()℃2.7616,420℃AI331990.442150℃0,452200℃().47830()℃LY1238()72().2920℃2.822.7<100℃..ZLI()42607()03710()℃2623
7、.8<200℃039200℃24.7<300℃().4130()℃0.424()0℃表中的数据说明,一定配比的碳化硅铝基复合材料其综合性能是具有优势的。与增强铝、:,强度是铸造铝合金(LIO4)1.3,合金(变形铝铸造铝)相比较材料的密度比较接近Z的约倍.却略低于变形铝(,、04,LY12CZ)弹性模量却比增强铝合金(变形铝铸造铝)要高倍而热膨、,。,、胀系数(20℃)只是增强铝合金(变形铝铸造铝)的O6倍与钦合金(Tc4)相比较虽然强度、,cc弹性模量热膨胀系数不如钦合金(T4)的同项指标但是材料的密度却只有钦合金(
8、T4)的0.5,而导热系数(在相同温度环境条件下)要高于钦合金(c。倍T4)一个数量级,根据这些性能参数选用碳化硅铝基复合材料(Si蛛/Al含量20%)按航天产品的使用技术要求,设计制作了某零件并随型号产品进行了各阶段的力学试验和热平衡试验。厂~厂产厂广尸厂/尸了尸尸产洲22尸尸尸尸尸尸产尹,l/一)_⋯l匕_{_一__一}一乖一
