航空材料知识

航空材料

航空材料

aeronautical material

hangkong cailiao 航空材料(aeronautieal ma‘erial)航空器上所用材料的总称。通常指飞机及其动力装置、附件、仪表等所用的各种材料。航空材料同一般机器制造所用材料相比，其质量要求严格，性能指标高。根据使用要求，一般应具备以下特性:高的比强度、比刚度、疲劳强度和断裂韧性，耐高、低温，抗腐蚀，耐老化，以及良好的工艺性能等。航空材料一般分为金属材料、非金属材料和复合材料3大类。航空器上使用的主要金属材料有铝合金、镁合金、钦合金、铜合金、合金结构钢、不锈钢、高温合金、粉末冶金和精密合金材料等。铝合金、镁合金、钦合金密度小，比强度高，是飞机结构用的重要材料。铝合金在航空上使用最广泛，主要用来制造飞机隔框、析梁、蒙皮、油箱以及发动机压缩器叶片、机匣等。镁合金是航空上常用金属材料最轻的一类合金，具有高的抗震能力，主要用来制造框架、壁板、机轮轮毅和发动机压缩器机匣等。钦合金有良好的耐热性和抗蚀性，是发动机压缩器机匣、盘、叶片及高超音速飞机蒙皮等的重要结构材料。铜合金具有优良的导电、导热、耐腐蚀、耐磨等性能，主要用来制造导电、弹性、抗磨等元件。航空上使用的合金结构钢，主要是高强度和超高强度钢，用来制造机翼大梁、起落架、承力螺栓、涡轮轴等一些重要构件。不锈钢的主要特征是抗蚀性和抗氧化性好，能在特定的腐蚀性环境和中温下使用，用来制造高速飞机蒙皮、发动机压缩器叶片、机匣和喷管等。高温合金是指在高温下 (600℃以上)能承受一定应力并具有抗氧化和抗腐蚀能力的合金，常用来制造发动机的燃烧室、涡轮盘和叶片等。粉末冶金材料是利用粉末冶金工艺，直接用金属或金属与非金属复合粉末制成的具有特殊性能的材料，用来制造机轮刹车片、离合器摩擦片、盘件、叶片和含油轴承等。精密合金是指具有特定物理性能的金属与合金，一般包括磁性合金、弹性合金、膨胀合金、热双合金、电阻合金和热电偶材料等，用来制造航空电气、仪表及控制系统的零部件。航空用非金属材料主要有工程塑料、橡胶、胶粘剂、涂料、陶瓷和纺织材料等。工程塑料具有较好的耐蚀性及热稳定性，常用来制作飞机上的密封圈、垫片、座舱盖、仪表壳体和装饰板等。橡胶的突出特点是具有高弹性，有些合成橡胶还具有良好的耐热性和耐油性，在航空上用来制造轮胎、胶管、刹车胶囊、软油箱和密封件等。胶粘剂是指能使同种或异种材料的表面粘结在一起并使粘结处具有一定强度的物质，用来胶接飞机的各种活动舵面蜂窝结构、饭金壁板的胶接结构。涂料是按照一定功用涂敷于物体表面形成薄膜的材料，可起防护、装饰、伪装、标志和改善空气动力性能等作用。陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、高硬度等特性，一些新型陶瓷还具有较好的抗热冲击性能，可制作涡轮叶片，是非常有前途的高温结构材料。纺织材料是指经过纺织而制成的纤维制品，用来制造降落伞、航空服、复合材料、隔热材料以及轮胎、软油箱、软管等制品。复合材料是指由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质，经适当的工艺方法组合而成的一种多相材料。按基体的不同、通常分为金属基和非金属基复合材料两类。玻璃纤维树脂复合材料最早应用于飞机的雷达罩等构件，20世纪80年代，在高性能飞机上已多采用先进的碳纤维、硼纤维和芳酸胺纤维树脂复合材料。在金属基复合材料中，以硼纤维或石墨纤维增强铝基复合材料应用较多，用来制造飞机蒙皮、机身构架和发动机凤扇、叶片等。航空工业的发展与航空新材料的研制和应用密切相关，先进的飞机和发动机的设计方案，必须有相适应的航空材料方能付诸实现。航空技术的进步又对航空材料提出新的要求，促使其发展。所以航空材料与航空技术的发展是相互促进和相互制约的，航空器的发展过程充分说明了这种相互的密切关系。如早期的飞机结构简单，飞行速度低，所用材料主要是布、木料、绳索和钢索等，以后发展为木料与金属的混合结构。19 06年德国冶金学家研制出变形铝合金后，全金属结构飞机才逐渐成为普遍的结构形式。之后，在亚音速飞机上，铝合金成为主要的结构材料。对于超音速飞机，由于空气动力加热，飞机表面温度达到200℃- 350℃以上，铝合金性能已不能满足要求。 20世纪50年代，钦合金研制成功并加以应用，对克服机翼蒙皮热障问题起了重大作用。在现代高性能飞机上，新型铝铿合金和先进的复合材料将逐渐取代普通铝合金成为新的飞机结构材料，先进复合材料和电磁波吸收材料组合而成的吸波结构材料的采用可以提高飞机的攻防能力。早期的发动机所用材料以普通钢为主，40年代，出现高温合金，喷气发动机才得以研制成功。 70年代，用定向凝固铸造工艺制造高温合金比十片，大大提高了阶卜片的工作寿命。随着发动机功率的增大，除了不断研制和采用以高熔点金属为基的合金外，还广泛采用先进的热力l一}工工艺来提高材料的强度和使用温度。如采用粉末冶金等静压成型工艺来制造涡轮盘和双合金涡轮盘，采用定向单晶、定向共晶制造涡轮叶片和导向叶片，以及用难熔金属(如钨)丝、氧化物或碳化物丝增强高温合金基体获得纤维增强高温合金材料等，以适应更先进航空发动机的需要。