航空航天用新材料的现状与展望

可 以 说 超 合 金 的 发 展 史 即是 喷 气 发 动 机
。
金 属 系 复 合 材料具 有 较 好 的 热 尺 寸 稳定
的 创 建史
性 和 不存 在 因 排 气 和 紫 外 线 而 劣 化 问 题
,
,
所
航 空 航天业 使 用 的 材 料种类 繁多
其中
以 有可 能 用 作 卫 星 和 宇 宙 用 结 构 材 料
热 等 静压 等
。
使 用 的增强
、
法 铸 造 溶 浸 等 两种
值得 注 意 的 是 在制
,
纤 维 目前 有 硼 碳 化 硅
,
、
、
氧 化铝
碳 等长 纤
备 过 程 中成 形 温 度 高 时
现界 面 反 应 问题
。
纤维 与 基 体 金 属 出
,
维 和碳 化硅晶须
。
另外
,
这 类 复 合 材 料 因具
,
虽 然 对 纤 维 的 表面 保 护 层
、
美
等相 匹 配 的 难 题
向 再结 晶组 织 而 提 高蠕 变 强 度
。
取 向凝 固合金
陶瓷 系 材 料
涡 轮叶 片 以往 常 用 多 晶 镍 基 超 合 金 制
造
,
后 来 研制成 功 了 蠕 变 寿 命 和 热 疲 劳 寿 命
合 金 从 而大 大提 高 了 涡 轮叶
,
。
飞机 引擎 的 效率 与高 温部 位使 用的材 料
今 后 的 任 务 是 提 高 其 产率 和 耐 用
。
一 的 陶 瓷 材料
碳 化 硅 纤 维 增 强 的 氮 化硅 或
,
温度 并扩 大 应 用范 围
氧 化 物 玻 璃 等陶 瓷 系 复 合 材 料
以 碳为 基 体 的 碳 纤 维 增 强 复 合 材 料
以及
。
采 用 取 向凝 固技 术 可 以 制 取 第 二 相 金 属 间 化 合 物 呈 层 状 或 纤 维 状 的 纤 维 增 强复 合 材
性好 和 防 水 渗 透 腐蚀 性 强 等 特 性
增 强 处理 制 成 金 属 系 复 合 材 料
。 。
金 属 系 复 合 材料 的制备 方 法
合 的 固相 法
、
大 致可 分 和液相
,
用作机 身
为 借助 基 体 金 属 的塑 性 流 动 使纤 维 与 金 属 复
热 挤压
、
结 构 材料 时 多将 铝 和 钦 合 金 以 陶 瓷 纤 维 进 行
界故无需 添 加
,
、
、
耐 用温度 增高
但 是 若 想 大 幅度 增 高 耐 用 温
。
而提高 了 熔 点 且 易 于 使 洲 相 完 全 固溶 生 成 微细 训 相 均 匀 弥散 组织
已实 用化
,
。
度
,
则只有 采 用新型 陶瓷 系材 料
,
、
属 于这 类
单 晶 合 金 叶片
陶 瓷系材 料 的
目前 有 碳 化 硅 或 氮 化 硅 等单
航空航夫 用 新材 料 的现状 与展望
作
霖
中 国 科技情报所 重 庆 分所
飞机 的 发 展 取 决 于 材 料 的 进 步
,
而材 料
四 十年
国 正 在 对 实机 使 用 碳 化 硅 铝 系
、
碳 化硅 钦
一 旦 在 飞 机 制造 业 中达 到 实 用 化 进 材 料的 创 新 和 发 展
。
,
又 无 不促
而
强 度 高刚 性 金 属 系 复 合 材 料 机引擎
。
可 用 来制 造 飞
,
以 碳 纤 维 环 氧 树 脂 为 代表 的 树 脂 系 先 进 复
合材 料
,
仍 作 为 本 世 纪 重 要 材 料代 替 铝 合 金
。
与现 在 使 用 的 钦 合 金 相 比
条 件 下也 能 提 高气 动性 能
。
硼 铝 系釜
述
。
留
,
多 用 作 涡 轮叶 片
。
金 属 系 复 合材 料
,
钨 系 纤 维 是 目 前 重 点研 究 的 一 种 增 强 纤 维 它 有 可能 与
组 配 成 有发 展 前 途
,
金 属 系 复 合 材 料在
、
℃ 以上温 度 下 具
、
的 复合 材 料
。
有 高 温 强 度 保 持 性 优 异 横 向 强 度高 耐 冲 击
有 较 高 的 比弹 性 模 量 和 横 向 强 度
特 性优 异
。
所以压 曲
目前
,
和基 体 金 属 的 组 成 进 行 了 改 进
但 使 用 中仍
例 如 硼 铝 系 复 合 材料 就 是 一种
,
。
存 在热 稳定 性
、
耐 热循 环疲 劳性 和耐氧 化 性
。
适 用 的 性能 优 异 的 航 空 航天 材 料
、
系 价
称
,
、
碳 化硅 晶须 铝 系等复 合 材 料 进 行 评
并 深 入 研究 这 类 材 料 对九 十 年代 大型 军
。
如 本世 纪 三
,
,
代全 金 属 制 现代 飞 机 的 出现 而 加 速 了 铝 工 业 的 大 发展
。
因 采 用 的 是半
,
用 飞机 的适 用 性 问 题
据 最 新 的 研 究 结 果声
展 前途 的 材 料
℃
。
其最 高 的 耐 用 温 度 可 高 达
点是进 一 步改 善 这 类 合 金 的 力 学 性能 和 耐 蚀 性能
,
使 之 成 为 下 世 纪 涡 轮 叶片 用 的 更为 理
。
复 合 材料 是 最 早 实 用 化 的 一 种 陶
想 的材 料
瓷 系耐 热 材 料
,
也是 航 空 航 天 业 不 可 缺
,
硬 壳 式 结 构 和 使 用 的 材 料是 高 强 铝 合 金
从
对 保 护 超 超 音 速 运 输 机 和 航 天 飞 机机 身
金 属系 复 合 材 料 也
。
本 世 纪 五十 年代
免 受 空 气力学 加 热 来 讲
是 一 种理 想 的 结 构材 料
钦 合金 的问 世 关
。
,
也 同 样 与 飞 机的 发 展 密 切 相
。
少 的 一 种 性 能 优 异 的 重 要 结构材 料
这种 材
和 陶瓷
氧 化物弥 散 强 化合 金
氧 化物 弥散 强 化 合 金
引 擎用 耐热 合金 目前 已 在 燃 烧 室
,
、
料在 性
及 的
,
℃ 高 温 下 具 有 较高 的 强 度 和 韧
且 密度 较 小
。
,
仅 为 超 合金 的
,
合金 是 飞机
,
而添 加
对 燃 气 透 平 高 温 部 位 用 材 通 过 涂覆方 法 防 止
进 行 弥散 强 化 和 使基 体 尸 相 析 出 强 化
氧 化 进 行 深 入 的 开发 研究
。
通过 区 域 退 火生 成 取
非 晶 态 合 金 的 现 状 与 展 望
耿文范
冶 金 部钢铁 研 究 总 院
自本 世 纪 六十 年 代 由熔 融 合 金 急 冷 法 制
其 中 单 一 的 陶 瓷材 料
,
日本 和 美 国 多 用 于 制
,
料
。
这 种 材 料 因为 是 在 利 用 自然 凝 固反 应 和
,
造 汽车 燃 气 发 动 机
用 的 可 靠 性差
,
。
这 种材 料较 脆
致使 使
近似于 平衡 状态下 制 取的
所 以 具有 优 异 的
。
目 前 尚 未 见 在 飞 机 引 擎 上使
。
从热
涉 及 的 新 材 料也 不 少
复合 材 料
、
,
当今 最 有 代 表 性 的 作
,
尺 寸 稳 定性 来 讲 用 于 铝 和镁 基 体
,
高 弹 性模 量 碳 纤维 有 可 能
为 下 世纪继 续发展 使 用的材 料
当属金 属系
。
。
这种 轻 合 金 基 体 或 称 高 比
,
结 晶 控 制 合 金 和 陶瓷 系 材 料
。 ℃ 。
。
复 合 材 料 今 后 的 重 点研
。
使 用 温 度 可 高达 静 翼 等 部位 试 用
,
,
究 课 题 是 进 一 步 短 缩 制 备 时 间 降低 生 产 成 本 和 改进 防 氧 化处 理 过程
目前
,
试用合
。
美 国正 在
金 采 用 的 强 化方 法 有 两 种 这 种 合 金 经 热加 工 后
经 过改 善 的
的耐 用 温 度 密 切 相 关
以
。
。
目前 使 用 的 超 合 金 中
,
片的 使 用 寿 命 和 耐 用 温 度
向 凝 固技 术 的 发 展 结 果
,
单 晶合 金 是 取
等 晶间强 化元 素
和
合 金 的 耐 用 温 度最 高
,
为
℃
由 于 其 中不 存 在 晶
、
通 过 冷 却 和 保护 覆 层 措 施 还 可 使 超 合 金 的
了 连 续 急 冷法
,
使 许 多 种 合 金 的 非 晶 态 薄带
。
取非 晶态 合 金获 得成 功之 后
,
七 十 年 代发 明
和丝 材的制造成 为可 能
此后
,
对非 晶 态 合
了,
热 力 学 稳 定 性 和 熔 点 以下 的 组 织 稳 定 性
此
,
因
用
。
材 料 的 脆 性 要 比 单 一 的 陶瓷 材料 小
,
是 一 种较 理 想 的 涡 轮叶 片 材 料
、
,
其 耐用
得多
Hale Waihona Puke Baidu
因 此 可 望 成 为 使 用 可 靠 性 较高 的 有 发
,
温 度 远 远 优 于 现有 的 超 合 金
今 后 的 研究 重
制 做 飞 机机 身
属 复 合 材 料 由 于 刚 性 好 即 使在 机 翼 无 护 板 的
本文 仅 就 下 述几 种下 世 纪 继 续 发展 使 用
的 航 空 航 天 材 料 的 现 状 和 发 展 进 行 简要 地 论
采 用 高 熔点 金 属 纤 维 或 陶 瓷 系 耐热纤 维
使 超合 金 强 化 制 得 的 纤 维 增 强 超 合 金