极端制造 航空航天材料.ppt

航空航天材料 与极端制造 内容 3. 航空航天材料的加工技术及航空航天设备的制造技术 航空航天结构件材料 为了减轻航空器重量，增加其机动性及有效载荷和航程，进行轻量化设计，广泛采用新型轻质材料。 为了提高零件强度和工作可靠性，主要采用整体毛坯件和整体薄壁结构，现在大量采用铝合金、钛合金、耐高温合金、高强度钢、复合材料等。 以整体件为代表的铝合金结构件 这类零件由于大部分是用整体实心铝合金材料制成的薄壁、细筋结构件，70% ～ 95%的材料要在加工中去除掉，而高速切削产生的热量少、切削力小、零件变形小。 以钛基和镍基合金零件为代表的难切削材料零件 航空航天产品的关键零部件如框、梁、接头、起落架、盘环件、机匣、天线罩等大量使用钛合金、高强度及高温合金钢、工程陶瓷等难加工材料 特点 比强度高、热强度好、化学活性大等 加工特点 切削力大、切削温度高、加工硬化和粘刀现象严重、刀具易磨损 2． 3 以碳纤维复合材料零件为代表的复合材料结构件 复合材料现已成为新一代航空航天产品机体结构主要材料之一。 飞机上的大型整体成形的翼面壁板、带纵墙的整体下翼面、导弹尾翼和方向舵、火箭和导弹舱段、尾喷管等部件 在现代材料科学与技术的发展历程中，航空材料一直扮演着先导和基础作用。航空材料反映结构材料发展的前沿，代表了一个国家结构材料技术的最高水平。 复合材料的优越性 比强度高、比模量大、可设计性强、抗疲劳性能好、耐腐蚀性能优越和便于大面积整体成型 复合材料 树脂基复合材料 所用的纤维有碳纤维、芳纶纤维、超高模量聚乙烯纤维等。 所采用的基体主要有环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂等有机材料。 国际上航空先进树脂基复合材料的主要性能要求是较高的耐温度使用性、尽可能高的抗损伤容限和尽可能低的湿热环境效应。 金属基复合材料 金属基复合材料主要是随航空航天工业上高强度、低密度的要求而出现的。 这类材料已成为许多应用领域中最具商业吸引力的材料。 金属基复合材料在国外已实现了商品化，而在我国仅有少量批量生产，以汽车零件、机械零件为主，主要是耐磨复合材料如颗粒增强铝基、锌基复合材料、短纤维增强铝基复合材料等，年产量仅5000t 左右，与国外差距较大。 陶瓷基和碳/碳复合材料 陶瓷基复合材料抗弯强度高，断裂韧性高，比重小，抗氧化，耐高温，热膨胀系数较小，工作温度在1250 ~ 1650C。碳/ 碳复合材料的耐热也很好，能在1650C以上的高温使用。 这两种材料都可用作高温发动机的部件。 陶瓷基复合材料的潜在应用领域广泛，包括宇航、国防、能源、汽车工业、环保、生物、化学工业等，在未来的国际竞争中将起关键的作用。 功能复合材料 正在研究的新型功能复合材料还有柔性薄膜红外热释电复合材料、折射率和反射率可变的复合材料、热湿敏复合材料、磁性复合材料、屏蔽复合材料和导电复合材料。 目前最显著的先进航空材料还包括铝合金-玻璃纤维混杂复合材料（GLARE），玻璃纤维复合材料（GFRP）以及韧性环氧树脂、双马来酚亚胺树脂和聚酚亚胺树脂基复合材料等。 上述复合材料覆盖了航空飞行器机体的主要面积。 航空航天材料制造工艺 RTM成型工艺 树脂传递模塑（RTM）技术是从液体模塑成型技术发展起来的。 其特点是低压操作，铺层设计灵活性大，生产周期短，后加工少，表面质量好，制品孔隙率等与热压罐相似。 主要包括真空辅助传递模塑（VARTM）、热膨胀树脂传递模塑（TERTM）、树脂膜浸渍成型（RFI）、连续树脂传递模塑（CRTM）、共注射传递模塑（RIRTM）、Seeman 复合材料树脂渗透模塑（SCRIMP）和紫外线固化树脂传递模塑（VRTM）等。 预浸料制备和热压罐成型技术 低温固化技术 低温固化技术可大幅度降低由高成本模具、高投资、高能耗设备、高性能工艺辅料等带来的高费用，是先进树脂基复合材料低成本技术的一个重要发展方向。 低温固化技术还能提高构件的尺寸精度，适宜于大型构件的制造。 自动铺放技术 采用自动铺放技术可显著降低具有复杂形状复合材料构件的制造成本 该技术主要包括自动铺丝和自动铺带技术 电子束固化技术 利用高能电子束引发复合材料树脂基体发生交联反应，制造高交联密度的热固性复合材料。 航空航天设备制造技术 ——以焊接技术为例 先进飞机的研制与生产对焊接技术的发展具有强大的推动作用，在解决航空制造技术关键问题时,焊接的优势越来越明显，如减轻结构重量、提高结构性能等，焊接技术已由原来的辅助制造工变成为飞机制造中的关键技术； 另一方面，焊接技术自身的发展和完善，也为新型先进飞机的结设计和制造提供了技术保证。 高性能、多功能、复合化和高环境相容性是未来航空材料的发展趋势。