祝贺!中国航天完成首次海上发射。看我国复合材料与航空航天“不解之缘”!
2019年6月5日
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一箭七星



  今天12时06分,我国在黄海海域使用长征十一号运载火箭(CZ-11 WEY号)成功完成“一箭七星”海上发射技术试验,这是我国首次在海上进行航天发射,填补了我国运载火箭海上发射空白,为我国快速进入太空提供了新的发射方式!



祝贺中国航天!


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航空航天与复合材料之缘!



  根据美国航空航天局(NASA)的划分,航空航天所使用的各种先进复合材料可以分为以下几种:树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料以及碳/碳复合材料等[1]。

1   先进树脂基复合材料

先进树脂基复合材料是以高性能纤维为增强体、高性能树脂为基体的复合材料.与传统的钢、铝合金结构材料相比,它的密度约为钢的1/5,铝合金的1/2,且比强度与比模量远高于后二者.目前用途最广的主要有碳纤维复合材料(CFRP)和芳纶纤维复合材料(AFRP).CFRP具有比强度高、耐高温、减振性好、耐疲劳性能优越等突出优点,是目前民用飞机上用量最大,也是航空航天等尖端科技领域发展较为成熟的先进复合材料[2].AFRP热稳定性好,耐介质性能优良,可作为复合装甲材料,有较强的防护力.国外近年致力于将该种材料用于制作军、民用飞机的"光谱屏蔽"材料,其关键性能指标———抗冲击性能相当出色.

2 金属基复合材料

金属基复合材料主要是指以Al、Mg等轻金属为基体的复合材料.在航空和宇航方面主要用它来代替轻但有毒的铍. 这类材料具有优良的导电性能、导热性能、耐高温性能,横向性能、低消耗和优良的可加工性能。近20年来,镁基、铝基、钛基等轻质金属基复合材料在航空航天高技术领域起到了支撑作用[3],SiC晶须增强的铝基复合材料薄板将用于先进战斗机的蒙皮和机尾的加强筋,钨纤维增强高温合金基复合材料可用于飞机发动机部件,石墨/铝、石墨/镁复合材料具有很高的比刚度和抗热变形性,是卫星和宇宙飞行器用的良好的结构材料。美国航天航空局采用石墨/铝复合材料作为航天飞机中部长20m的货舱架。这类材料具有优良的横向性能、低消耗和优良的可加工性,已成为在许多应用领域最具商业吸引力的材料,并且在国外已实现商品化.而在我国仅有少量批量生产,以汽车及机械零件为主,年产量仅5000吨左右,与国外差距较大[4].

3 陶瓷基复合材料

陶瓷基复合材料和碳/碳复合材料属于耐热结构复合材料,这类材料具有寿命长、强度高、密度低、耐高温、耐腐蚀和抗磨损等特性。陶瓷基复合材料的最高使用温度为1650℃,其密度仅为高温合金的1/3~1/4,工作温度却比高温合金高500℃,它的耐高温能力和减重效果是目前其它材料无法替代的。在1992年,美国投入陶瓷基复合材料应用研究的经费就高达3500万美元[5];法国SEP公司用陶瓷基复合材料制成的SCD-SEP火箭试验发动机已通过点火试车,并使结构减重50%[6].国内从20世纪90年代初开始进行该领域的研究,目前尚未有批量生产的报道。与其它几类相比连续纤维增强陶瓷基复合材料具有更高的断裂韧性及断裂功,且具有完全的非脆性破坏形式,其断裂韧性(K1C)可达30MPa·m1/2以上,比传统陶瓷材料韧性(K1约MPa·m1/2提高200~600%[6]。

4   碳/碳复合材料

碳纤维增强碳复合材料是指用碳纤维来增强各种基质碳的材料,简称碳/碳复合材料[7]。碳/碳复合材料是一种极好的热结构材料,具有升华温度高、力学性能好、抗热振性能好质量轻、抗辐照、辐射系数比较高、对雷达和光的可见度小等优点,主要用于航空航天领域。