所謂復(fù)合材料，即由有機高分子、無機非金屬或金屬等幾種不同物理、化學(xué)性 質(zhì)的材料，通過復(fù)合工藝，以微觀、細觀或宏觀等不同的結(jié)構(gòu)尺度與層次，經(jīng)過復(fù)雜的空間  組合而形成的新的材料系統(tǒng)。復(fù)合材料不是不同材料的簡單混 合，而是借由材料設(shè)計技術(shù)使得原來多種材料的組分性能實現(xiàn)關(guān)聯(lián)與互補，從 而獲取到更優(yōu)越的性能。新的復(fù)合材料既保留原組成材料的重要特色，又通過 復(fù)合效應(yīng)獲得原組分所不具備的性能。

 

 

    a） 比強度和比模量高這是復(fù)合材料最突出的優(yōu)點。如高模量碳纖維復(fù)合材料的比強度為鋼的5倍，鋁合金的4倍，鈦合金的3.5倍以上，其比模量為鋼、鋁、鈦的4倍甚至更高。

 

    b）耐疲勞性能好常用的碳纖維增強復(fù)合材料的疲勞極限是其抗拉強度的70%-80%，而大多數(shù)金屬材料僅為30%-50%。復(fù)合材料中纖維與基體界面能阻止裂紋的擴展，其疲勞破壞總是從纖維的薄弱環(huán)節(jié)開始，逐漸擴展到界面上，破壞前有明顯的征兆。

 

    c）減震性能好復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的自振頻率高，同時復(fù)合材料中高韌性的樹脂和橡膠基體具有顯著的振動阻尼特性，因而復(fù)合材料有很強的吸振能力。

 

    d）各向異性及性能可設(shè)計性纖維復(fù)合材料的性能與纖維的排列方向、鋪層次序和層數(shù)，以及成型方式有關(guān)，因此可根據(jù)結(jié)構(gòu)件的載荷分布及使用條件的不同，選取相應(yīng)的鋪層設(shè)計和成型方式來滿足預(yù)定的要求，實現(xiàn)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計。

 

    e）減磨、耐磨、自潤滑性好 可用于制作耐磨構(gòu)件。

 

    f）熱膨脹系數(shù)小 冷熱交變時尺寸穩(wěn)定性好。

 

    g）材料與結(jié)構(gòu)的同一性復(fù)合材料可實現(xiàn)制品的一次成型，適合于大面積、結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜構(gòu)件的精確整體成型，具有良好的工藝性。

 

    因此，復(fù)合材料是飛行器的理想用材，飛行器是對重量十分敏感的結(jié)構(gòu)：

 

 

    而復(fù)合材料與普通材料相比，比強度、比剛度和密度都有明顯的優(yōu)勢：

 

 

    航天航空領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品的穩(wěn)定性、重量、工作溫度、阻燃性和強度有極高的要求。思瑞安復(fù)合材料AIREX?, BALTEK?系列產(chǎn)品有著顯著減重、總營運成本低、卓越的機械強度、卓越的保溫隔熱性能、易于加工、雷達透波性等優(yōu)點，在太空領(lǐng)域具有極大的優(yōu)勢。

 

 

    在航空航天領(lǐng)域中，目前較為常見的復(fù)合材料包括樹脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料和碳復(fù)合材料等幾個大類，并且仍然在不斷的擴充之中。

 

    其中樹脂基復(fù)合材料以樹脂作為基體，以連續(xù)纖維作為增強材料復(fù)合而成，其密度約為鋼的20%，為鋁合金的一半，并且比強度和比模量要遠超二者。常見的樹脂基復(fù)合材料主要指碳纖維復(fù)合材料，其中環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料為典型代表。環(huán)氧樹脂基碳纖維在實際應(yīng)用環(huán)境中表現(xiàn)出良好的綜合性能，并且在經(jīng)濟層面上同樣狀態(tài)良好。為了提升樹脂基復(fù)合材料的使用性能，在環(huán)氧的基礎(chǔ)之上，進一步研發(fā)除了雙馬來亞胺基和耐高溫聚酰亞胺基等符合材料，推動了該材料系列的整體發(fā)展，并且在多個領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用，其中既包括規(guī)模較大的整體厚壁板、加筋壁板、雙曲度加筋壁板、骨架和蒙皮的整體結(jié)構(gòu)等，也包括各種復(fù)合材料管材和旋轉(zhuǎn)體構(gòu)件，如火箭發(fā)動機殼體、雷達罩等，并且在機械化程度要求高的小型制件等方面同樣有所應(yīng)用。

 

    在金屬基復(fù)合材料方面，在航空航天領(lǐng)域涉及到的主要是指以Al、Mg、Ti等輕金屬作為基體，以高強度的第二相為增強體的復(fù)合材料制成。這一類的材料在導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐高溫方面表現(xiàn)良好，并且具有橫向性能、低消耗并且易于加工的特點。尤其是纖維增強鈦基復(fù)合材料，是先進航空承力部件的候選材料，并且碳化硅纖維增強的鈦基復(fù)合材料也因為其良好的比剛度和比強度，在壓氣機的多個組件上得到了廣泛應(yīng)用。

 

    對于陶瓷基復(fù)合材料而言，復(fù)合技術(shù)使得陶瓷材料的韌性得到改善，同時在強度和模量等方面也有顯著提升。當前連續(xù)纖維增強陶瓷基復(fù)合材料以其良好的密度表現(xiàn)，以及較高的比模量和比強度，成為未來航天科技發(fā)展的重要支撐材料。此種材料在熱機械性能和抗熱振沖擊方面同樣有著良好表現(xiàn)，也因此具有更高的斷裂韌性及斷裂功、完全的非脆性破壞形式、優(yōu)異的耐燒蝕性能或者絕熱性能。

 

    最后，在碳復(fù)合材料則是以碳作為基體，由碳纖維或者相關(guān)制品增強的材料，其具有碳本身的惰性和碳纖維的高強度特征，并且在熱膨脹系數(shù)方面表現(xiàn)良好，熱導(dǎo)率較低且抗熱沖擊性能好，耐腐蝕、耐含固體微粒的燃氣侵蝕等性能特征，密度小并且在比強度和比彈性模量方面就有優(yōu)勢。這些特征都決定了其在航空航天領(lǐng)域中必然會有更為廣泛的應(yīng)用。

 

    復(fù)合材料在航空航天中應(yīng)用市場全球預(yù)測

 

    根據(jù)《2022年前航空航天材料市場的全球預(yù)測》市場研究報告顯示：全球航空航天材料市場預(yù)計到2022年將達到258億美元，其種復(fù)合材料是最周歡迎的航空航天材料。

 

    商用航空旅客運輸在未來幾年持續(xù)的高需求，將促進航空制造業(yè)發(fā)展，這也將進一步推動航空航天制造領(lǐng)域?qū)Σ牧系男枨蟪掷m(xù)增長。由于對全球的飛行器零部件制造商對航空航天材料的高需求，亞太、歐洲和北美地區(qū)的對航空航天材料的需求正在持續(xù)走高。

 

 

    復(fù)合材料是最受歡迎航空航天材料類型

 

    復(fù)合材料是繼鋁合金材料后，使用最廣泛的航空航天材料。復(fù)合材料是由兩種或多種不同的材料結(jié)合在一起，融合每種組分材料優(yōu)異性能而形成的。其中一種組分是基體材料，通常為樹脂或陶瓷，另一種組分是增強材料，通常為纖維。航空航天領(lǐng)域中廣泛使用的復(fù)合材料與傳統(tǒng)材料相比具有多項優(yōu)勢，如重量輕、生產(chǎn)效率高、揮發(fā)性有機化合物排放量較低、耐腐蝕性更好等等。

 

    隨著新一代航空航天飛行器，特別是如波音787、空客A350等民用客機的需求日益增多以及環(huán)保問題的日益突出，復(fù)合材料成為解決上述問題較好的解決方案，這也為制造業(yè)提供了巨大的發(fā)展機遇。

 

 

    商用和通用航空領(lǐng)域預(yù)計會在2017年至2022年引領(lǐng)航空航天材料市場的增長。這一領(lǐng)域主要涉及高資產(chǎn)凈值個人使用的私人飛機或商旅過程中使用的包機，它也是繼軍民用航空領(lǐng)域之后的第二大航空航天材料消費領(lǐng)域。該領(lǐng)域呈現(xiàn)增長的主要原因是新興地區(qū)高資產(chǎn)凈值個人數(shù)量的增加，以及亞太和中東地區(qū)公務(wù)機的需求增長。根據(jù)霍尼韋爾公司和龐巴迪公司的市場預(yù)測，到2024年，全球范圍內(nèi)預(yù)計將會增加約9300架公務(wù)機，總價值近2700億美元。因此，飛機交付數(shù)量的增加也將進一步推動航空航天材料這一細分市場的增長。

 

 

 

    按照總價值計算，亞太地區(qū)預(yù)計將是航空航天材料市場增長最快的區(qū)域，預(yù)計在未來幾年內(nèi)，其增速將引領(lǐng)航空航天材料市場。中國、日本和印度等位于亞太地區(qū)的國家，將會在航空航天領(lǐng)域持續(xù)布局，航空航天材料市場也將隨之見證顯著增長。這一增長可歸因于在該地區(qū)不斷發(fā)展的航空航天工業(yè)，這增加了整個亞太地區(qū)對航空航天材料的需求。日本和印度正分別以原材料獲取的便利性和低廉的勞動力成本，大力吸引投資者建設(shè)生產(chǎn)設(shè)施。

 

 

    此外，隨著空運量的增加，以及廉價航空公司數(shù)量的增長，未來幾年，亞太地區(qū)對新飛機的需求也將不斷增長，很多航空航天材料供應(yīng)商都將積極采用各種策略來提供更好的服務(wù)，如新產(chǎn)品研發(fā)、企業(yè)并購、企業(yè)合資和戰(zhàn)略合作等，以增加其市場份額。

 

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責(zé)任編輯：韓鑫

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