刊發表論文航空材料的新研究

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　　材料是人類賴以生存和發展的物質基礎，也是社會現代化和高新技術發展的先導。在材料這個大家庭中，金屬材料、無機(陶瓷)材料、有機高分子材料是大家比較熟識的，而復合材料，則是這個家族中一顆璀璨的明珠。復合材料是指由兩種或兩種以上不同性質、不同形態的組分通過復合工藝組合而成的一種多相材料，它既保持了原組分材料的主要特點，又顯示了原組分材料所沒有的新性能，可以通過材料設計使各組分的性能相互補充并彼此聯系，從而獲得新的優越性能。像通常我們了解的玻璃鋼，其實就是一種玻璃纖維增強樹脂基復合材料。

　　由于有機高分子材料在性能、成型方法及靈活的可設計性等方面的優勢，使以其為基體的高分子基復合材料(也稱樹脂基復合材料，聚合物基復合材料)發展非常迅速，目前在軍用、民用上獲得了廣泛的應用。雖然以金屬材料、無機材料為基體的復合材料的發展略遜于樹脂基復合材料，但它們同樣存在很大的發展空間。

　　悠久的歷史

　　也許你想象不到，樹脂基復合材料的歷史可以追溯到幾千年前。最早的樹脂基復合材料是古人用干草拌黃泥制作墻體和地面的纖維復合材料;而那承載著“臥薪嘗膽”、“西施浣紗”等悠遠故事的越王勾踐劍，也是一種包層金屬復合材料;至今尚存留著無窮奧秘的古埃及木乃伊的包料竟是一種纏繞工藝復合材料;而傳統的千層底布鞋，乃是一種三維編織復合材料。這些，都是你始料未及的吧?

　　二戰時期，由于戰爭資源的需要，第一個纖維增強合成材料而成的復合材料應時代而生：1940年，以手糊成型方法制成了玻璃纖維增強不飽和聚酯的軍用飛機雷達罩。1944年，玻璃纖維增強樹脂作為機身和機翼材料的飛機試飛成功。由此可見，復合材料的誕生和發展都和國家安全緊密聯系在一起。

　　在人們對復合材料的性質了解還不夠深入時，樹脂基復合材料主要作為次承力構件應用到航空器中。隨著生產工藝的發展，材料性能的逐步提高，復合材料在航空器中的地位越來越重要。怎樣減少飛機結構重量以提高飛機的裝載效率是百年來飛機發展所一直追求的目標。從20世紀初的木、布結構，到30年代輕合金的全金屬結構，30年代-60年代雖然金屬材料的性能有很大提高，但是單依靠提高金屬材料性能來進一步降低飛機結構重量系數(即飛機結構重量與飛機起飛重量的比值)已達到極限。為此，飛機設計師們不得不尋求新的途徑，于是找到了高比強度(材料強度與密度的比值)、高比剛度(材料模量與密度的比值)，另外能按控制結構變形要求來設計的纖維增強樹脂基復合材料。

　　隨后，具有更高比強度、比剛度，同時兼具更高剪切強度、剪切模量以及耐熱性的第二代現代復合材料應運而生，主要以硼纖維、碳纖維、芳綸纖維為增強材料，以聚酰亞胺等高性能樹脂為基體，同時包括鋁、鎂、鈦等金屬基體，金屬間化合物，碳化硅、氮化硅等陶瓷基體。而性能更高的氧化鋁纖維、碳化硅纖維、晶須等增強材料的出現，更引發了具有多功能、高韌性、耐熱的第三代高性能復合材料的發展。1980年以后，先進復合材料在航空、航天等領域已經得到了較為廣泛的應用。

　　軍民領域的多面手

　　為了提高軍用飛機性能，美國空軍材料研究所早在20世紀50年代中期就開始尋求比已經采用的鋁合金、鈦合金等金屬材料的比強度、比剛度更大的材料。為此，研究開發了先進樹脂基復合材料、鋁鋰合金等輕質高性能材料。先進樹脂基復合材料在航空、航天飛行器結構上的應用獲得了成功，現已成為與鋁合金、鈦合金、鋼并駕齊驅的四大結構材料之一。先進樹脂基復合材料的用量已經成為飛機先進性的一個重要標志。

　　復合材料飛機結構技術是以實現高結構效率和改善飛機氣動彈性與隱身等綜合性能為目的的高新技術。先進樹脂基復合材料的應用，對飛機結構輕質化、小型化和高性能化起著至關重要的作用。復合材料結構特點和應用效果，在高性能戰斗機實現隱身、超聲速巡航、過失速飛行控制，前掠翼飛機先進氣動布局的實際應用，艦載攻擊/戰斗機耐腐蝕性改善和輕質化，直升機長壽命和輕質與隱身化等諸多方面得到了展現。復合材料技術已成為影響飛機發展的關鍵技術之一。

　　美國空軍F-117隱身戰斗機采用碳纖維增強環氧復合材料做成骨架和外面的蒙皮，沒有金屬表面，也沒有金屬鉚釘反射雷達波;美國1989年首飛的隱身轟炸機B-2，復合材料占結構用量的50%;F-22基本構型沒有采用特殊的外形隱身措施，沒有過多犧牲機動性，而它傳奇般的隱身性能主要是通過復合材料和隱身涂料完成的。而F-35中應用復合材料已占到結構質量的30%～35%;“旅游者號”(Voyager)全復合材料飛機于1986年創下了不加油、不著陸連續環球飛行9天，航程40 252千米的世界紀錄，其碳纖維結構用量大于90%，飛機的結構重量只有453 千克，載油量3噸。

　　軍用飛機中復合材料結構件的成功應用，給民用飛機的材料選擇帶來了巨大的影響，波音、空客等干線客機中復合材料在結構材料中的應用比例也越來越高。空客A380是550座級超大型寬體客機，整機采用了較多的復合材料(23%)，大大減輕了飛機重量，減少了油耗和排放，降低了營運成本。波音787“夢想”飛機則是200座～300座級飛機，航程隨具體型號不同可覆蓋6 500～16 000千米。它使用碳纖維、有機纖維、玻璃纖維增強樹脂以及各種混雜纖維的復合材料制造了機翼前緣、壓力容器、引擎罩等構件，不僅使結構重量減輕，還提高了飛機的各種飛行性能。波音787中復合材料的用量達50%，這可使其比目前同類飛機節省20%的燃油消耗。空客公司由于受到波音公司復合材料高用量的威脅，計劃在A350飛機上將復合材料的用量再次提高到53%，以形成與波音787飛機的競爭。而倍受國人關注的國產大飛機C919復合材料的用量也將達到20%以上。復合材料在飛機上的應用經歷了從次承力構件—尾翼主承力構件—機翼—機身主承力構件的發展，已成為飛機結構的主要材料。

　　優異的特性

　　樹脂基復合材料具有許多優異性能，尤其是非常適合在航天器結構上使用。隨著航天器設計要求的不斷提高，復合材料及其工藝技術的發展和成熟，目前復合材料已逐步成為航天器結構的主要材料，如航天器的主承載結構、太陽電池陣列結構、天線結構及其他有關部件均廣泛采用了復合材料。

　　樹脂基復合材料到底具有哪些優勢，讓它能具有如此強大的魅力呢?我們知道，普通碳鋼的密度一般為7.8克/立方厘米，而玻璃纖維增強樹脂基復合材料的密度通常只有1.5～2.0克/立方厘米。密度比玻璃纖維更小的碳纖維和有機纖維增強樹脂基復合材料的密度就更低，這個特性成就了樹脂基復合材料的高比強度、比模量，使其具有優異的輕質、高強的特性。人造地球衛星的質量減輕1千克，運載它的火箭質量則可以減輕1 000千克，因此用復合材料來制造人造衛星有很大的優勢。

　　二者樹脂基復合材料具有非常優異的可設計性，簡單地說，就是樹脂基復合材料可以根據不同的用途要求，靈活地進行產品的設計。如對于結構件，可以根據受力情況合理布置增強材料，節約材料、減輕質量;對于耐腐蝕性能要求的產品，選擇耐腐蝕性能好的基體樹脂和增強材料;對于介電性能、耐熱性能等要求都可以通過選擇合適的原材料來滿足。

　　三是纖維增強的樹脂基復合材料具有突出的成型工藝性，成型工藝方法眾多，目前已經應用的成型工藝方法有幾十種，而新的方法還在發展中，能滿足各種類型制品的制造需要，尤其特別適合大型、形狀復雜、數量少的制品的制造。

　　閱讀范文：材料工程論文征稿工程材料質量

　　摘要：由于材料質量造成工程中的任何一個環節、任何一個部位出現問題，那么都會給工程的整體質量帶來嚴重的后果，直接影響人民的生命安全，甚至會造成巨大的經濟損失和人員傷亡。文章就工程材料的質量檢測進行探討。

　　關鍵詞：工程材料;質量檢測;檢驗方法