纳米材料在航天

纳米材料在航天（共8篇）

纳米材料在航天 篇1

陈美龄

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纳米材料在航空航天领域的应用

学 院：姓 名：学 号：班 级：

——《纳米材料科学与技术前沿》论文

材料科学与工程学院 陈美龄 41136025 纳米11班 2014.7.30 纳米11

陈美龄

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一、摘要：

随着我国社会经济的快速发展，科技技术更新速度日益加快。纳米材料早已渗透到我们人类生活的方方面面，在我们的日常生活中发挥着不可替代的作用。

目前，纳米材料材料研究领域，已经由原来如何方便人类生活、如何开发新型材料，逐步向减少环境负担、材料可循环利用、低能高效的方向发展。同时，随着航天事业的发展，纳米材料材料同样发挥着不可替代的作用。在未来的研究方面，将会是向低碳环保和科技技术方面发展。

本文主要介绍在航天领域方面的热门两种纳米材料。

二、无机抗菌纳米材料

（1）简介

细菌、霉菌、酵竹苗、凛类等_仃害微牛物小仅对人类生活作业境造成污染，而且时人体健康和生命造成严币损害。即使在远离地球的找人航天E行器舱内环境中同样不能丰免。美国载人航无器E行史中，因细菌感染而导致乘员患感冒、尿路感染、皮炎、I I牌，溃疡的病例就打多起。如阿波罗7、8 q曾发生呼吸道感染，9、1I、12、14发生中耳炎，其他E行任务中也牲牛过皮疹等皮肤感染性疾病，P号宅川站乘员留轨期问也有因细菌感染患疵，从而不得不提返航的病例。纳米11

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（2）机抗菌纳米材料材料简介

无机抗菌纳米材料材料就是含有无机抗菌成分并具有抗菌抑菌功能的纳米材料材料。无机抗菌剂是一种新的、含有银、锌、铜等金属离子成分和无机载体的接触型抗菌制剂，其所含金属离子具有超强抗菌能力。

当细菌、霉菌等微生物接触到载体中游离态金属离子后，带正电荷的金属离子与带负电荷的微生物因库仑引力相互吸附，并在微生物表面聚积，在金属离子之正电荷达一定量时，就会有效击穿细菌细胞壁，接触细胞内部蛋白质和核酸，产生化学反应，使蛋白质变性，从而降低蛋白酶活性。蛋白质失活就会影响细胞的代谢和呼吸功能，使其无法进行分裂繁殖，直到死亡，从而达到灭菌、抑菌目的。

（3）分子材料航天应用现状

目前我国己试制和生产出硅、钙、钾三大系列七大类多种抗菌剂，而且还为各种制剂选配了合适载体，较好的解决了部分抗菌纳米材料制品的生产工艺技术难题。如抗菌尼龙丝、聚乙烯板，药品包装材料、食品包装膜、聚丙编织丝料、无纺布、ABS、PS、聚酯泡沫塑料、涂料、空气清新剂等多种抗菌制品，经过进一步严格筛试，均可应用于载人航天技术领域。

为给乘员创建安全可靠工作条件和舒适方便的生活环境，纳米材 纳米11

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料聚合材料越来越多的运用于载人航天舱内设备。航天服就用到多种经特殊处理的保温耐压纳米材料材料。又如头盔及其面窗材料，通信用麦克和耳机材料，飞行程序控制用计算机壳体、操作键盘，各种连接导线和电缆，多种非金属餐饮、复水器具，食品、饮料及药品包装材料，废物和大小便收集存贮装置，尿液及航天废水再生处理用过滤、透析膜材料,吸水材料，保温材料，各种通用工具及设备的操作把手，各种通风排气复合软管材料，减震保温用发泡材料，有时电热设备的绝缘隔热层也不得不用纳米材料材料制成。纳米材料材料为人类创建生活和工作便利的同时，同样也会遭受有害菌侵蚀，不仅损害材料外观，而且严重损害到材料质量，甚至通过交叉传播殃及人体健康。据调查，105 f-1电话中46％的机子上有大肠杆菌，仅在塑料听筒、话筒上就有480余种细菌和2400种病毒。有害微生物的繁衍速度很快，在适宜条件下，一个大肠杆菌经9个小时可达1亿个之多。

三、聚磷腈在航空航天中的应用

（1）简介

在现代材料科学与技术发展历程中，航空航天材料一直扮演着先导性角色，材料进步不仅推动了航空航天业本身的发展，也带动了地面交通工具进步，航空航天材料反映了材料发展的前沿，代表一个国家材料的最高水平。航空航天材料主要要求是抗疲劳、耐高温、耐腐蚀、长寿命等。纳米11

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（2）聚磷腈材料在航空航天领域中的应用

1、在织物阻燃中

航空航天领域织物包括降落伞和宇航服装，要求材料具有高的阻燃和耐热性能，以满足特殊条件下的使用。

刘霞等人通过热重分析(TGA)、差热分析(DTA)，红外光谱(IR)等详细研究了TAP对织物阻燃性能的影响。当添加质量分数为l7％ 时，成率(燃烧分解后剩余质量占原来质量的分数)为39％，氧指数为47。5，手感好，强度损失小，水平点燃有自熄性。国外有人对TAP(日本曹达公司产品)的水合物和盐酸盐进行研究。经TAP化合物阻燃整理的棉纤维性能见表1。

由表1可知，经TAP化合物整理后，棉缎具有高的耐洗性和耐久性，阻燃效果明显，基于增质量率和不同条件下的极限氧指数(iO0最高达到39。TAP化合物与防火整理剂(丙烷一派罗伐特克斯，cp)进一步经热分析对比，发现CP在受热过程中发生放热分解。TAP化合物在受热过程中，由于放出HCI和NH 而发生吸热，且TAP在纤维素中发生缩聚反应(如图3所示)，在酸催化作用下，脱除NH，而发生缩聚，生成不溶于水的聚合物，从而赋予纤维以持久的阻燃性。用TAP化合物进行阻燃整理有如下优点：赋予棉纤维以持久阻燃性；不会游离出甲醛；经整理的布手感柔软，强度保持率(经向)高达90％；不变色；由于不含卤素，燃烧时不会产生卤素气体和卤化氢气体。此 外，TAP对人造纤维、棉针织物、丝绸有防缩整理效果。纳米11

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2、在阻燃泡沫橡胶中

美联邦航空局的Richard等人对高效阻燃聚磷腈泡沫材料进行了测试。聚磷腈材料与其他材料相Ii试数据见表2.前者的热性能显示了非常大的优势，EYPEL—A热释放能力比航空用Pu橡胶降低了66．4％，膨胀石墨改性聚磷腈橡胶的 更是降低了80．7％。从反应材料阻燃性的成炭率可看出：EYPEL—A比航空用Pu橡胶的成炭率提高9倍，膨胀石墨改性聚磷腈橡胶更是提高了近20倍。另外聚磷腈材料的燃烧性能更为优越(表3)，与Pu相比，燃烧时聚磷腈材料最大热释放速率降低70％，平均有效燃烧热量降低37．5％，显著降低燃烧释放出的热量，减少燃烧造成的损失，石墨改性的聚磷腈性能则更优。6 纳米11

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3、在胶黏剂中

聚磷腈胶黏剂[1 具有突出的耐热性能，300度以上有较好的耐热性和黏结一IIii(对金属粘接剪切强度为200MPa以上)，并且其抗冲击韧性比无机盐胶黏剂好得多。聚磷腈胶黏剂主要用于高温作业下如火箭、导弹、飞机等有关耐高温部件的金属、陶瓷和玻璃钢等工件的粘接。典型的聚磷腈胶黏剂合成见图4。纳米11

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四、结语

纳米材料也叫做聚合物材料，通常是指由千万个小分子有化学键连接而成的大分子聚合物。我们生活中应用的纳米材料材料就是指合成材料、合成橡胶、合成纤维等合成纳米材料材料。然而20世纪60年代，纳米材料工业已基本完善，解决了人们的衣着、日用品、和工业材料等需求。因此，在未来的纳米材料航空航天应用领域，纳米材料材料功能化、纳米纳米材料材料复合技术以及可降解生物纳米材料材料研发将是三个重要的研究领域。

五、参考文献

纳米材料在航天 篇2

在复合材料中, 为了达到良好的应用效果, 通常需要将增强相均匀分散在基体中, 金属基复合材料也是这样。初期多采用熔融铸造的方法制备金属基复合材料, 只能采用金属间化合物作为增强相 (陶瓷相) 。为了能够降低温度对增强材料的影响, 减少增强材料的性能损失, 逐渐开始研究一些低温成型方法, 或者缩短高温处理的时间, 例如气相沉积、粉末冶金等制造工艺。这样的制造方法也有助于降低材料内部的应力水平。早期多数使用颗粒增强的金属基复合材料, 达到均匀增强材料的目的, 但增强效果有限。

与树脂基复合材料一样, 金属基复合材料的塑性降低, 强度增加。这时因为增强材料改变了金属内部的晶界间结构, 位错滑移的能力减弱, 界面间效应趋向于复合材料的界面效应。同时, 成型过程中的残余应力也会改变金属基复合材料的性能。金属基复合材料塑性变形的特点是:内部存在较高的残余应力, 该应力超过基体的屈服强度时, 产生局部的塑性变形, 使得弹塑性变形模糊化, 变形曲线平缓;拉伸与压缩应力应变曲线呈现非对称的特点;拉伸应力应变曲线上, 没有明显的屈服点、屈服平台和颈缩现象;宏观屈服强度随增强体含量及其长径比的增加而升高, 该效果随基体强度的升高受到限制;初始加工硬化率较高。正是因为这些特点, 导致金属基复合材料的二次加工成为难点, 影响了它的应用范围。超塑性的研究对它的应用起到了一些帮助。

2 宏观尺寸上的金属基复合材料

由于宏观尺寸金属基复合材料是层层叠合而来, 它具有生产成本较低的特点, 适合大规模生产, 在飞机、火箭、导弹等产品上得到了大量应用。从20世纪80年代开始, 金属胶接结构得到了长足的发展, 现在已经是成熟的应用。经过近四十年的发展, 金属胶接结果在下述方面取得显著进展: (1) 材料、零件制造方法简单, 适用于大规模生产, 如热压罐成型法、压制成型法等; (2) 二次加工工艺成熟, 满足装配的需要; (3) 无损检测的方法能够与制造匹配, 利于检查制造过程中的缺陷; (4) 疲劳、老化等数据研究完全, 满足航空产品的使用与维修要求。目前, 金属胶接结构大量应用在飞机前缘、扰流板、机身蒙皮、襟副翼、维修口盖、导弹壳体、地板等结构中。在这些结构中, 金属胶接件满足了增加零件刚度、增大压缩强度、绝缘、抗振等功能要求。

3 金属基复合材料在航空航天上的发展方向

大尺寸的金属基复合材料已经在航空领域取得了很多的应用, 但是仍然存在许多问题。表现在下述几个方面:

(1) 很多金属基复合材料的研究保留在实验室研究阶段, 成型工艺方法不适应具备大规模生产的条件, 需要进一步的研究才能转化为生产力;

(2) 大多数金属基复合材料的制造成型温度很高, 与非金属长纤维 (陶瓷纤维除外) 不匹配, 成型过程对长纤维的损伤机理研究很少, 界面研究的成果也很少, 尤其材料应用 (如疲劳老化、耐温、烟释放等) 数据不全, 没有给航空器设计员提供零件设计的基础, 需要工程应用工程师的参与;

(3) 宏观尺寸金属基复合材料的基体和增强材料结合力、耐温性能有待于提高。

针对金属基复合材料应用存在的问题, 还需要进一步研究推广, 才能获得航空航天领域更为广阔的应用。围绕航空器轻量化、高强度、耐疲劳、耐腐蚀的要求, 结合适航条例的需求, 重点解决金属基复合材料成型成本高、成型工艺不适用于大批量生产、材料基础数据不全等问题, 需要继续进行研究、发展, 方向是: (1) 基体的轻量化应用。航空航天产品对材料的要求很高, 轻量化是永远的主题。基体的重量在金属基复合材料中占据大部分比例, 因此减轻基体的重量是未来金属基复合材料的研究方向。当前金属材料中, 镁锂合金是最新式的轻量化材料。基体材料采用镁锂合金的研究亟待开展耐腐蚀、耐高温研究; (2) 金属基复合材料中间层及其界面研究, 提高耐温性能和机械性能。不同的成型加工方法可以得到不同的基体和增强材料界面和中间层。这些界面和中间层直接影响材料的机械力学性能和使用性能。可以开发多种成型加工方法, 比较各种成型加工方法的界面和中间层, 得到符合使用要求的航空器零件。 (3) 新的组合形式形成新的金属基复合材料。航空器零件的要求多样, 可以针对不同的要求开发不同的金属基复合材料组合形式。例如, 在飞机进气道中, 可以使用两层金属板, 中间填充泡沫胶, 形成新的金属基复合材料结构, 可以大大提高进气口零件的刚度, 满足零件复杂外形的要求。简单即是最好的, 金属胶接的蜂窝芯夹层结构也朝着开敞芯子、简单密封的方向发展。

4 结语

金属基复合材料可根据需要设计产品的性能进行设计, 实现结构功能一体化, 在轻量化要求很高的航空航天领域尤其具有优势。与树脂基复合材料一样, 金属基复合材料研究深入之后, 随着制造成本的降低, 会获得越来越多的应用, 这样从整体上提升了航空航天产品的制造水平。

摘要：金属基复合材料分微观和宏观尺寸上金属基复合材料两种。微观尺寸的复合材料指增强材料包含在基体内部, 尺寸很小, 通常不能用肉眼观察出来, 例如金属氧化物增强的金属材料。宏观尺寸的复合材料通过层层叠合而来, 每层都具有特定功能, 叠合之后的组件比单相材料性能更好, 能够满足航空器特定功能的要求。蜂窝芯增强的金属夹层板是典型的金属复合材料, 蜂窝芯可以是非金属蜂窝芯, 也可能是金属蜂窝芯, 通过胶接技术黏接到一起。蜂窝芯夹层板满足了减轻重量、提高刚度, 并且增大了z方向压缩强度的要求。纤维合金层板也是一种宏观尺寸金属基复合材料, 它用胶接的方法将金属基体与连续纤维复合到一起, 起到增强力学性能的作用, 同时满足导电性能、抗腐蚀、自修复等功能性要求。航空领域中的金属基复合材料多数采用轻金属, 如铝、钛、镁、锂等作为基体, 非金属材料 (包括金属氧化物) 作为增强材料。

关键词：金属基复合材料,结构功能一体化,成型工艺

参考文献

[1]涂冰怡, 赵明, 商体松, 陈养惠.航空发动机先进结构与关键制造技术[J].航空制造技术, 2014年第7期:53~56.

纳米技术与航天 篇3

科学家们预计，纳米技术在新世纪中的应用前景非常广阔，已经涵盖了材料学、测量学、机械学、电子学、光学、化学、生物学等众多领域.信息技术与纳米技术的关系已密不可分.纳米技术在航空航天领域的应用前景更为广阔，下面举几个例子说明它在航天领域中的应用.

轻小的航天器

采用纳米技术可以使科学家和工程师设计并生产出用于飞机、火箭、空间站等需要的轻质、高强度、热稳定的材

料，制造出成本只有6万美元、大小如一辆小汽车的航天器，其发射费用可以从目前的每磅1万美元降低到200美元.

纳米器件不仅可以增加航天器的有效载荷，更重要的是可使耗能指标指数大幅度降低.这方面的研究内容还包括：设计和制造重量更轻、强度更高、热稳定性更好的纳米结构材料；为微型航天器研制用纳米集成的测试、控制和电子设备；研制低能耗、抗辐射、高性能的计算机.

布满太空的纳米卫星网

未来的太空，袖珍式的纳米卫星将布满天空.这些卫星的各个部件都是用纳米材料制造的，并用纳米技术将它们装配在一起，总质量仅为0.1~10千克，具备了现在卫星的所有功能.因为体积小、重量轻，一枚小小的火箭就可以发射数百颗甚至上千颗纳米卫星，形成覆盖整个地球的卫星网，对地球上任何点进行不间断的监测、侦察和信息转发，即使少数纳米卫星失灵，也不会使整个系统瘫痪，仅降低一些功能而已，这是现在的卫星达不到的.生产这种卫星不需要大型厂房和设备，科研单位、大学的实验室里就可以将它们造出来.

由于它的生产成本低、周期短（约2年），又具有极强的灵活性、生存能力和军事用途，因此受到各国军事家的青睐.美国、俄罗斯等航天大国和许多中小国家均投入大量人力物力加紧研究.例如，2005年俄罗斯发射了一颗远距离探测地球的纳米卫星，它的体积比家用奶粉桶略大一些，仅重5千克.在这颗卫星上，装有数码相机，其拍摄视野宽度达290千米，照片分辨率可达50米.卫星上的无线电发射器可以将照片传回地面，购买这颗卫星使用权的用户只要用小型接收站就可以自己接收卫星信息.地面控制人员可频繁地与“纳米卫星”联系，甚至像用手机打电话那样快捷.此外，美国、英国等国也发射过纳米卫星.2004年4月，我国清华卫星技术有限公司研制的首颗纳米卫星“THNS-1”也发射升空.

为了发射纳米卫星，美国正在研制一种纳米火箭．它只有半个火柴盒那样大，但它的推力是惊人的，它的推力质量比相当于航天飞机的几百倍，但耗费很低.

乘天梯到月球观光

“敢上九天揽月”，这曾是中国人的一句豪言壮语，但是，将来不仅航天员可以到月球探险，普通人也可以到月球去旅游.这已经不是幻想，纳米技术的产生为人类提供了这种条件.

建造太空天梯最大的问题是天梯的缆绳，它们必须异常轻巧，又要十分坚硬，能够承受超强压力，同时还要能够耐腐蚀.为了这种材料，科学家们苦苦等了几十年.现在，可以制造天梯的材料终于研制出来了.1991年，日本科学家发明了碳纳米管，它是一种由碳原子组成的空心圆柱体，圆柱体直径约为30纳米，仅是人头发粗细的1/5000.它像钻石一样坚硬，但是又很柔韧，足以形成纤维．其强度可达到钢的100倍.如果用它来做天梯缆绳，可以割成宽约1米，厚度比纸还要薄，却能支撑13吨有效载重量的缆绳.

现在，科学家已经着手进行地球天梯的研究.首先需要解决的是碳纳米管的成本问题.目前休斯顿赖斯大学的史密斯等正在研制一种新的碳纳米钢索材料，它将制造碳纳米钢索材料的成本降低到每克1美元以下.之后，需要解决的是天梯的设计，美国和俄罗斯提出不同的设计方案，正在组织实施.地球天梯投入使用后，国际空间站需要的部件，以及想“畅游太空”的人类，都将通过这条缆绳被拉上高空，然后再将其“弹射”进入太空轨道.这样，将物体或人送入太空的成本会大大降低.例如，目前航天飞机运送每千克物质的费用是2万美元，而天梯运送每千克物质的费用只需要10美元.这样，太空探索会变得更简单．就像我们坐电梯一样，太空旅游的费用也会更低.科学家们设想，将来在地球表面2.2万英里外的太空，将建成太空酒店，让太空旅客轻轻松松一睹宇宙奇观.在地球天梯建成后，还将建造月球天梯、火星天梯，到那时在太阳系遨游不再是难事.人类可以踏足月球，以至太阳系其他行星.因此.天梯的建成将把人类太空探索的历史跨越式地向前推进一步.

航天员健康的保护神

纳米技术的发展也推动了纳米医学的产生.纳米医学可以弥补现在医学的不足，在分子水平上，利用一系列微小的工具从事诊断、医疗、预防疾病、防止外伤、止痛、保健和改善健康状态及医学研究等工作.例如，应用纳米技术可研制靶向药物，将基因和药物带到身体指定部位，使药物对病区“指哪儿打哪儿”；采用纳米技术可以做成有生物相容性的器官和血液代用品，人如果哪个器官坏了，像换零件一样，换个纳米器官就可以；装有纳米检测器的生物芯片将直接进入人体并在体内进行微手术，还可侦察病情，及早诊治等.这些作用不仅可以用在地球上，造福于地球上的人，而且对于保证航天员在太空的健康和安全也是十分重要的.

在远离地球的太空，监测航天员的健康，了解航天中的各种恶劣因素对航天员健康的影响并及时采取措施保证航天员的健康，比在地球上更困难、更必要.尤其在脱离地球轨道的星际飞行中，航天员即使患了严重的疾病也无法将他们送回地球医治，如何进行自身保健和治疗成为影响航天任务和航天员健康的关键.纳米技术可以实现这种要求，例如，若太空航天员得了辐射病，他可以将一种纳米药丸注射到体内，纳米药丸在人体的血液中到处巡逻，将辐射引起的癌细胞杀死，正常的细胞仍然在发挥它们的功能，航天员的辐射病就会被治好.

采用纳米技术制成的药物，不仅增加了药物的溶解度和吸收率，提高了疗效，而且将它们敷在皮肤上就可以被皮肤“吃”进去.航天员在太空生了病，不用再打针，贴上一片膏药就可以了.采用纳米技术，还可以生产出识别血液异常的生物芯片，可以将它们注入航天员的血液，在血液中进行巡逻探测，及时发现诸如病毒、细菌这样的外侵者，将其杀死.最近，科学家通过应用生物纳米技术，发现了好几种不同结构的睡眠素，它们在睡眠中起的作用不同：有的能催眠；有的能延长睡眠时间；有的可以使睡眠更加深沉.科学家们正在进行人工合成睡眠素的研究，设想将睡眠素注入到航天员身体内，使航天员在进行远离地球的星际探险时，在太空睡上几个月，甚至更长时间，使人类飞向茫茫宇宙成为现实.

（摘自《百科知识》）

纳米材料在航天 篇4

新材料是航天技术发展的重要物资基础，一代新型航天产品的诞生往往建立在一大批先进新型材料研制成功的基础上，同时也可以带动许多新材料项目的快速启动和应用。新中国成立以来，以两弹一星为代表的航天产品的研制促进了我国许多关键新材料项目的启动和开展。改革开放以来，随着我国国民经济的迅速发展和经济实力的增强，载人航天、探月工程等重点工程的开展需要众多新材料的支撑，也带动了我国许多关键新材料研制取得突破。

??高分子材料是我国航天工业赖以支撑的重要配套材料，主要包括橡胶、工程塑料、胶黏剂及密封剂等，本文概要介绍了先进高分子材料在我国航天产品上的应用现状。

一、橡胶

??橡胶一种作为理想的密封及阻尼材料，得到人们的重视。我国航天工业建立伊始，为了满足当时的迫切需求，我国开展了大量特种橡胶材料的研制攻关工作；随着我国工业的发展，高性能橡胶材料及应用技术也取得了长足进步。

??在国民经济中应用的橡胶制品数量庞大，品种繁多；在航天领域使用的橡胶主要有天然橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、胶、乙丙橡胶作介绍。

??1.羧基亚硝基氟橡胶

??羧基亚硝基氟橡胶（CNR）是从20世纪50年代发展起来的一种氟弹性体，由于其独特的耐强氧化剂和耐低温性能，引起了国内外宇航工业界的广泛关注，美国、英国和前苏联多家公司和大学都开展过相关研究。1963年，美国3M公司合成了具有羧基侧链的亚硝基三元共聚物翌年，随后又发现γ－亚硝基全氟丁酸为硫化点单体的羧基亚硝基氟橡胶，随后羧基亚硝基氟橡胶开始在运载火箭和阿波罗飞船的N2O4贮箱、输送系统、飞行器内壁及高压氧箱上得到应。

??羧基亚硝基氟橡胶，包括2类：

??①二元类——四氟乙烯与三氟亚硝基甲烷共聚弹性体

??②三元类——引进第三单体亚硝基全氟丁酸

??羧基亚硝基氟橡胶分子主链一半为—C—C—键，另一半为—N—O—键，且与碳原子相连的皆为氟原子，因此具有很好的化学稳定性；主链大量的氮氧链节赋予橡胶优异的耐低温性能，玻璃化转变温度为－45℃；CNR氟含量高，又不含C—H键，高温裂解时放出的气体能熄灭火焰，因此即使在纯氧中也不会燃烧；由于CNR主链中N—O键的键能较低，易高

180～200℃。CNR主要用于低温环境下各种有机和无机溶剂特别是强氧化剂系统的密封，还可作为固体推进剂燃料的粘合剂及耐化学介质的不燃涂层等。

??作为火箭发动机的推进剂，N2O4由于其贮存稳定性好、综合性能优良获得了广泛应用，目前仍然应用于我国的运载火箭和卫星等。由于N2O4具有强烈的氧化性，迄今为止国内外研制成功与其相容的橡胶密封材料只有羧基亚硝基氟橡和氟醚橡胶。近年来，为了满足我国运载火箭新的需求，研制了新型羧基亚硝基氟橡胶及其胶料7113，其硫化胶性能见下表。

表：新型羧基亚硝基氟橡胶硫化胶在液态N2O4介质中力学性能及质量

变化

??试验结果表明，研制的新型羧基亚硝基氟橡胶硫化胶具有良好的物理机械性能、耐N2O4介质性能和耐高低温性能。其密封件通过了-40℃、常温、50℃和250℃的密封模拟实验、N2O4介质浸泡6个月密封模拟试验和加速老化试验等一系列考核验证，可作为耐N2O4介质的密封材料使用。

??2.硅橡胶

??硅橡胶是指主链以Si-O单元为主，以甲基及少量乙烯基等有机基团为侧基的一类线性聚合物，兼具无机材料和有机材料的性能。根据硅原

基苯基乙烯基硅橡胶、乙基硅橡胶及亚苯基硅橡胶等。

??航天材料及工艺研究所研制的硅橡胶密封材料具有突出的耐热和耐寒性能，长期使用温度为-60℃～250℃，短期使用可以超过300℃，可以耐瞬间超过3000K的高温烧蚀，耐臭氧、耐日照、耐霉菌、耐海水等性能优异。按照密封介质和密封材料的基本性能，航天工业用硅橡胶密封材料可分为4类，如下表所示。

表：航天工业用硅橡胶密封材料主要牌号及用途

乙丙橡胶

??乙丙橡胶是橡胶制品工业中一种极为重要的原材料。

??乙丙橡胶又可分为二元乙丙、三元乙丙。

??乙丙橡胶系以单烯烃乙烯、丙烯共聚成二元乙丙橡胶；以乙烯、丙烯及少量非共轭双烯为单体共聚而制得三元乙丙橡胶。

??乙丙橡胶分子主链上，乙烯和丙烯单体呈无规则排列，失去了聚乙烯或聚丙烯结构规整性，从而成为弹性体。由于三元乙丙橡胶二烯烃位于侧链上，因此三元乙丙橡胶不但可以用硫磺硫化，同时还保持了二元乙丙橡胶的各种特性。由于二元乙丙橡胶分子不含双键，不能用硫黄硫化，因而限制了它的应用。

??在乙丙橡胶商品牌号中，二元乙丙橡胶只占总数的10％左右，而三元乙丙橡胶占90%。

??乙丙橡胶由于具有耐热、耐化学介质、耐水、耐臭氧及电绝缘等性能优异，并且密度小，可在-60℃～120℃下长期工作，在航天工业材料中，适于制造在空气、磷酸酯液压油、火箭发动机肼类燃料系统使用的密封制品、胶管、胶板和胶囊等，以及固体火箭发动机衬层材料、电线电缆等。

二、工程塑料

??特种工程塑料是相对于尼龙(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、聚酯(PET、PBT)以及改性聚苯醚(PPO)等常见工程塑料而言，综合性能更好且具有特殊用途的一大类工程塑料。自上个世纪60年代聚酰亚胺(PI)发展应用以来，高性能特种高分子的研究、开发及应用就获得了快速发展，先后发展出聚芳醚砜(PAES)，聚苯硫醚(PPS)，聚醚酮

本文主要选择聚醚酮酮、聚苯硫醚作介绍。

??1.聚醚酮酮

??聚醚酮酮(PEKK)是特种工程塑料聚芳醚酮(PEAK)系列之一，PEAK是一类亚苯基环通过醚键和羰基连接而成的聚合物，按分子链中醚键、酮基与苯环连接次序和比例的不同，可形成许多不同的聚合物聚醚酮酮是继聚醚醚酮之后开发的又一特殊结构型热塑性树脂，具有优异的机械性能、耐溶剂抗化学腐蚀性能、耐热性、抗辐射和阻燃性等，特别适用作高性能复合材料的基体树脂和超级工程塑料。

??世界各大宇航公司和飞机制造商都在寻找性能可靠、适应性强、加工简便、对破坏性事故有强大抵御能力的复合材料。而聚芳醚酮作为最早在航空航天领域获得应用的热塑性材料，现在已成为航空航天材料中不可缺少的一部分。

??PEKK具有较强的抗辐射能力，可以用作飞机、卫星等特使材料的包覆材料；其优异的机械性能可制成飞机耐热的各种连接器、耐候抗蠕变的天线罩；用PEKK为基体的碳纤维和玻璃纤维增强复合材料可以用于飞机和飞船的机舱、门把手、操纵杆以及直升飞机尾翼等。其优异的阻燃性能，燃烧时的发烟量和有毒气体的释放量少，常被用来制造飞机的内部零件；还可用来制造火箭的电池槽、螺栓、螺母和火箭发动机的内部零件。

??2.聚苯硫醚（PPS）

??PPS是20世纪60年代末美国首先开发出来的一种综合性能良好的耐高温热塑性工程塑料，其产需量位居尼龙(PA)、聚碳酸酯(PC)等五大通用工程塑料之后，故有第六大工程塑料之称。

??PPS具有许多优良的乃至独特的性能：

??①突出的耐热性，热变形温度高达260℃，可在200~240℃长期连续使用；

??②优异的耐化学腐蚀性，在200℃以下几乎不溶于所有溶剂、几乎不受一般酸碱腐蚀；

??③固有的阻燃性，即便不添加阻燃剂也呈现相当于UL94V-0级的高阻燃性；

??④优良的力学性能，在高温下也很少下降，且耐疲劳、抗蠕变性能极佳；

??⑤出色的尺寸稳定性，即使在高温、高湿环境下，尺寸也几乎不变；

??⑥优良的电性能，在高温、高湿和高频条件下也变化不大；

⑦良好的成型加工性能，流动性好，易于注塑薄壁和精密的部件，还可挤出、吹塑成型及纺丝成纤维。

??在我国，航天材料及工艺研究所使用短切碳纤维增强PPS制造的惯性导航系统壳体代替了原铝合金壳体，减重效果明显，同时提高了减振性能，且刚性仍能够满足使用要求；使用纳米磁粉改性PPS制作了具有抗辐射、电磁屏蔽、吸波、隐身、抗静电等特种功能的结构件。目前，我国已经实现了PPS的大批量稳定生产，需加强其改性和应用研究。

??3.胶黏剂及密封剂

??航天产品广泛采用轻合金、蜂窝结构和复合材料，因此，胶黏剂及胶接技术应用普遍，但航天产品使用环境苛刻，要承受高温、烧蚀、温度交变、高真空、超低温、热循环、紫外线、带电粒子、微陨石、原子氧等环境考验。航天材料及工艺研究所研制了百余种特种胶黏剂及密封剂，主要包括聚氨酯类、酚醛树脂类、环氧树脂类、有机硅类、丙烯酸酯类、有机硼类胶黏剂等，其中绝大多数已应用于我国运载火箭、卫星及飞船等航天产品。

??耐高温胶黏剂

??耐高温胶黏剂通常是指可在150℃以上温度条件下使用的胶黏剂。这类胶粘剂主要有改性多官能度环氧树脂（EP）、酚醛树脂、含硅（或硼）聚合物、含芳杂环耐高温聚合物及无机胶黏剂等。

??PI胶黏剂是开发最早、应用最广和综合性能最优的耐高温结构胶黏剂，经300℃固化后，在300℃～400℃条件下具有良好的耐热性和剪切强度，可在230℃下长期使用、短时间能耐550℃的高温，具有较好的耐低温性、耐溶剂性、耐磨性、阻燃性和极低的热膨胀系数等优点。吉林大学研制的聚醚醚酮酰亚胺胶黏剂在室温及150℃下的剪切强度超过13MPa。

??双马来酰亚胺（BMI）是一类性能优异的交联型PI，兼具PI优良的耐高温性和耐潮湿性能。当在环氧树脂中引入BMI后，由于两者聚合机理不同和相容性等原因，在聚合过程中可能形成互穿网络结构或两相体系，从而达到了增韧和提高耐热性的目的。

??氰酸酯改性BMI胶黏剂可在230℃下长期工作，剪切强度13MPa以上。耐高温天线罩用胶黏剂J-223可在100℃固化，500℃时剪切强度大0.5MPa。

??EP胶黏剂也是耐热胶黏剂的1个重要品种，具有较好的粘接强度、综合性能且使用工艺简便，其突出的优点是固化过程中挥发快、收缩率低；但其固化物较脆，而且耐高温性能较差。用作耐高温的EP胶黏剂多为改性后的产品。如通过四官能度EP和PI预聚体混合，添加氟橡胶增韧剂，得到的耐热胶黏剂在250℃下的剪切强度超过4MPa。

??耐低温胶黏剂

??耐低温胶黏剂是指能在超低温环境中使用并具有足够强度的胶黏剂，通常由PU、EP改性PU和PU及PA改性的EP等主体材料配制而成。

??目前国内用于航天产品的可在-253℃下使用的低温胶黏剂主要有航天材料及工艺研究所研制的用于运载火箭液氢液氧贮箱共底和绝热层粘接的NHJ-44胶、聚氨酯改性环氧胶、与聚酰亚胺和铝贮箱膨胀系数相匹配的DWJ-46胶等，其中NHJ-44胶与美国联邦规范MMMA-132Al型结构胶的性能指标完全一致。用于氢氧发动机表面温度传感器粘接的低温导热绝缘胶，热导率0.63－0.7W/m·K。上海市合成树脂研究所的DW-1聚醚聚氨酯胶、DW-3四氢呋喃聚醚环氧胶也有应用。

??特种密封剂

??密封剂往往不能事先按形状和尺寸预制，因此其使用工艺性尤为重要。有机硅密封剂在航天工业领域应用广泛。

??许多航天产品需要长期耐300℃密封、短期耐400℃以上密封或瞬间耐1000℃以上的密封等。国内通用型有机硅密封剂牌号众多，生产厂家也很多。航天材料及工艺研究所拥有多种牌号的可用于航天型号的耐高温耐烧蚀有机硅密封剂。

??目前我国已有高档的单组分和双组分PU密封剂，主要用于航天产品防水的电器连接件、电缆端部和插头、线路板和其它电器组件的灌封等。

复合材料与航空航天 篇5

摘要

先进复合材料(advanced composite materials ,ACM)成功地用于航空航天领域仅有20多年的历史.它具有比强度比模量高、可设计性强、抗疲劳性能好、耐腐蚀性能优越以及便于大面积整体成型等显著优点,在飞机上已获得大量应用。作为21世纪的主导材料,先进复合材料的用量已成为飞机先进性,乃至航空航天领域先进性的一个重要标志,是世界强国竞相发展的核心技术,也是我国的重点发展领域。本文介绍了复合材料在航空航天上的发展状况，其后讨论了目前复合材料使用上存在的问题，如碳纤维质量差，成本高，针对这些问题，本文最后着重叙述了先进的碳化硅陶瓷纤维的制备方法，特点，以及NL-200陶瓷级纤维在航空航天上的使用。

关键词：复合材料 碳化硅陶瓷纤维 航空航天

1先进复合材料现状

复合材料是指由两种或两种以上具有不同物理、化学性质的材料，以微观、介观或宏观等不同的结构尺度与层次，经过复杂的空间组合而形成的一种多相固体材料。先进复合材料(Advanced Composite Materials)指的是在性能和功能上远远超出其单质组分性能与功能的类新材料。它是国防军工和国民经济发展最重要的一类工程材料，也是应用于飞机、火箭、卫星、飞船等航空航天飞行器的理想材料。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]。

1.1.1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.1.1.2 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].1.1.3 陶瓷基复合材料和碳/碳复合材料

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]。2.4 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。

3先进复合材料可持续研发与应用中需解决的问题

我国先进复合材料是在国防、航空航天领域的需求牵引下逐步发展起来的,经历了对前苏联、美国、日本、西欧以及俄罗斯等国的仿制和跟踪到形成自己的复合材料体系的不同阶段,同时由于受到体制分割和各自领域独立发展的制约和影响,在某种程度上已经形成了材料品种及牌号多、材料成熟度参差不齐、低水平或同水平重复以及较低的性能，质量、规格、价格以及供货能力等方面还远远不能满足国防、航空航天以及民用领域的需求。尤其在中国加入WTO之后,在自主知识产权、创新和提高竞争力等方面受到严峻的挑战。3.1国产碳纤维

碳纤维是最重要的增强材料,我国碳纤维研发与生产中存在的几个问题:原丝质量差、生产规模小、质量低、价格高、应用基础研究薄弱等。面对国外的技术封锁,我国的迫切需求,以及碳纤维的基础性、先导性以及战略性特点,解决碳纤维技术问题迫在眉睫。如解决PAN原丝PAN碳纤维的关键技术问题,T300级PAN碳纤维实现大批量生产,满足国内对碳纤维材料的需求;T700级PAN碳纤维可进行小批量生产;争取在模量大于700GPa和强度大于5.5GPa的高模高强碳纤维关键技术方面获得突破,并同时开展大丝束、低成本碳纤维技术研究。3.2低成本复合材料技术

我国在低成本复合材料技术方面面临着很大的挑战,尤其是在低成本制造技术方面。以某机翼研制为例,碳纤维树脂基复合材料每千克成本为9600元,其中碳纤维约为1000元,树脂约为300元,纤维和基体的成本在总成本中占有份额小于15%,设计成本小于5%,而制造成本却高达80%[8].首先,要继续发展低成本工艺技术,如树脂传递模塑(RTM)及其衍生工艺、电子束固化和低温固化工艺等。同时,发展制造过程优化以及工艺控制技术,提高复合材料的性能稳定性,也是降低成本的重要手段。大幅降低成本,提高制造效率的重要技术是自动化制造,如自动纤维铺放技术等,而我国先进的工艺装备还十分缺乏。3.3 先进复合材料及结构的设计理论与方法

通过对复合材料几十年的研究和成功应用,人们对其有了更深刻的认识。自2000年以来,欧美等发达国家的先进复合材料在航空上用量有很大的飞跃,这其中的原因是多方面的,而科学合理的设计理论与方法也是其中的重要因素。我国首先要解决的是设计理念上的问题。主承力结构件上大量用复合材料,需要设计师接受和信赖复合材料。其次是设计理论问题。复合材料的性能分散性和环境依赖性使其设计问题相当复杂,设计准则和结构设计值的确定还很保守。现有的方法需要大量试验,造成复合材料的制备成本高、周期长,性能测试难度大、费用昂贵。设计、制备、评价和使用过程中获得的每一个材料性能数据都弥足珍贵。因此,建立长期的开放式的数据库系统十分必要。3.4 先进复合材料结构的安全与可靠性评价

复合材料结构形式、服役载荷及使用环境都相当复杂及初始缺陷影响和损伤最终导致材料破坏与结构失效的机制复杂。因此,建立复合材料有效性能试验表征与评价体系,发展高精度的预报理论与方法,有效预测复合材料结构长时服役环境下的性能蜕变规律,给出科学合理的复合材料结构失效判据,定量化评价复合材料结构的可靠性和安全性,是复合材料工作者面临的重要课题。3.5 重视发展规划

国外航空航天结构中先进复合材料用量不断增加,急剧上升。随着新一代飞行器的发展,特别是新一代卫星、大运载火箭、近空间飞行器和大飞机的发展,先进复合材料与应用将越来越重要。国家应从需求及复合材料科学与技术本身规划复合材料可持续发展问题,可以从复合材料与金属、高分子、无机材料同等重要,并且是航空航天四大材料(复合材料、铝、钛、钢)的角度,制定相关计划并动员社会力量推进复合材料可持续发展。重点解决先进复合材料研制中的共性和关键问题,发展我国的优势和精品系列材料,通过国家与企业协同支持,自主创新,使我国成为复合材料的强国。

4碳化硅陶瓷纤维

碳纤维是一种高强度、高模量材料,理论上大多数有机纤维都可被制成碳纤维,实际用作碳纤维原料的有机纤维主要有三种，但其原丝质量差、生产规模小、质量低、价格高、应用基础研究薄弱等问题仍很严峻。陶瓷纤维是由天然或人造无机物采用不同工艺制成的纤维状物质, 也可由有机纤维经高温热处理转化而成, 除具有优异的力学性能外, 还具有抗氧化、高温稳定性好等优点。碳化硅纤维(SiCf)是用于金属基、陶瓷基复合材料的一种重要的高性能增强陶瓷纤维。与碳纤维相比, SiCf在抗拉强度、抗蠕变性能、抗氧化性以及与陶瓷基体相容性方面表现出一系列的优异性能。4.1 SiCf的制备

4.1.1 化学气相沉积法

化学气相沉积法(CVD),即在连续的钨丝或碳丝芯材上沉积碳化硅。通常在管式反应器中用水银电极直接采用直流电或射频加热, 把基体芯材(钨丝或碳丝)加热到 1 200℃以上, 通入氯硅烷和氢气的混合气体 , 经反应裂解为碳化硅 , 并沉积在钨丝或碳丝表面。目前有美国达信系统公司、法国国营火药炸药公司、英国石油公司和我国中科院金属所等在开展此项工作。4.1.2 先驱体转化法

先驱体转化法(PIP)是以有机聚合物(一般为有机金属聚物)为先驱体, 利用其可溶可熔等特性成型后, 经高温热分解处理,使之从有机化合物转变为无机陶瓷材料的方法。1975年日本的矢岛教授等[9]首次使用聚碳硅烷作为先驱体制造 SiCf。之后, 日本碳公司又开发了月产 100 kg的连续 SiCf工业生产线, 以“Nicalon”商品名销售。同时国内也研制出了高性能连续SiCf技术 , 填补了中国陶瓷纤维品种的空白, 使中国成为国际上少数能用此方法制得连续 SiCf的国家之一。表 1反映了各国采用先驱体法制备 SiCf的性能。目前 , SiCf的单丝抗拉强度达到了 2.42 GPa, 丝束强度得到了成倍的提高(178 GPa), 已经可以在编织机上进行编织 , 实用性大为提高。尽管如此 , 先驱体法也有一些缺点:如原料及保护气体的价格昂贵、制造工艺繁杂 , 纤维质量不容易控制等。4.1.3 活性炭纤维转化法

近年来, 出现了一种新的SiCf制备方法———活性炭纤维转化法。它的原理比较简单:利用气态的 SiO与多孔活性炭反应便转化生成了 SiC。该法使得制备SiCf成本降低, 过程简单。活性炭纤维转化法制备 SiCf包括三大工序:1.活性炭纤维制备;2.在一定真空度的条件下，在1 200 ℃ ～ 1 300 ℃的温度下 ,ACF与 SiO2发生反应而转化为SiCf;3.在氮气气氛下进行热处理(1 600 ℃)。4.1.4 超微粉体挤压纺丝法

超微粉体掺混纺丝法[10]是制备连续 SiCf的经典方法, 是将超微 SiC粉、粘结剂和烧结助剂等混合后挤压纺丝, 高温烧结而成。英国 ICI公司用 0.1 μm～2.0 μm微粉 , PVAc作粘结剂 , B和 Al2O3作烧结助剂, 混合纺丝后高温烧结制得 SiCf, 其强度为1.6 GPa。Si也可用作烧结助剂 ,并能降低烧结温度到 1 800 ℃。4.2碳化硅的性能

可以看出, 活性炭纤维转化法制备 的 SiCf的性 能与CVD法、先驱体转化法制得 SiC相比尚有一定的差距 , 虽然大大降低了 SiCf的生产成本 , 使得SiCf大批量、工业化生产以及大范围地被应用成为可能 , 但其性能还需进一步的提高。提高活性炭纤维转化法 SiCf性能的关键在于降低活性炭纤维微孔的孔径, 并尽可能提高活性炭纤维的性能。4.3 NL-200陶瓷级纤维

NL-200陶瓷级纤维, 有很高的抗张强度(3 GPa)和高的抗张模量(220 GPa), 用作树脂基、金属基、陶瓷基复合材料的增强纤维。NL-400和 NL-500分别是高体积电阻率纤维和低体积电阻率纤维，两者主要用作树脂基复合材料的增强纤维。NL-607是由NL-200经过碳涂层而得的纤维。用 NL-607增强的陶瓷复合材料具有优秀的界面性能。这种纤维同时具有细、弯曲和连续的特性, 可生产多种机织物, 如布、带、绳、编织和三维机织物，Nicalon纤维同时具有耐热和高温下耐氧化的优秀性能。

4.3.1基于耐高温性能的应用

SiCf增强陶瓷(CMC)比超耐热合金的质量轻, 具有高温耐热性, 并显著地改善了陶瓷固有的脆性 , 所以 CMC可用作宇宙火箭、航空喷气式发动机等耐热部件以及高温耐腐蚀化学反应材料等。根据美国 NASA的评价 , Hi-Nicalon碳化硅复合材料在 1 200℃下 , 可用作超高温耐热结构材料 , 第二代超高速运输飞机发动机部件及核聚变炉防护层材料等。英国航天工业局(AEA)将40vol%的连续 SiCf增强陶瓷基复合材料用于新型航天飞行器获得成功。该材料用热压或热等静压成型 , 轻且坚固, 在承受强大的空气动压力的同时, 还能经受航天器重返大气层时的极高温度。满足了航天器的苛刻要求, 且成本低廉, 使用方便 , 是钛合金和镍基耐热合金的理想替代物。美国德克斯特朗特种材料公司生产的连续 SiCf/Si3N4陶瓷在1 370 ℃ 时 抗 拉 强 度 超 过276 MPa, 用于火箭发动机航天飞机等的隔热瓦等。洛克公司以SiCf开发出来的耐热瓦 , 已有 3万余块用于美国哥伦比亚号宇宙飞船上。用 CVD技术制作的碳化硅镀覆瓦, 反复承受 1 260 ℃热辐射后 , 其表面的硬度特性和金刚石一样。目前已制造出用于1 630 ℃高温的此类耐热绝热产品。法国 幻影 2000 战斗 机的M53发动机鱼鳞板内侧也采用了SiCf/SiC陶瓷基复合材料。日本以 SiCf/SiC材料作为空间飞机 HOPE-X的平面翼板及前沿 曲 面 翼 板 等 热 保 护 系 统(TPS), 经试验其力学性能和热保护性能都得到理 想结果[11]。在航空发动机方面 SiCf/SiC材料是更大幅度提高推重比的希望所在, 日本先进材料航空发动机(AMG)燃烧室的衬里、喷嘴挡、叶盘等均采用 CVI-PIP联用工艺生产的 SiCf/SiC材料[12]。

4.3.2 基于结构吸波性能的应用

作为结构吸波材料的吸收剂和增强剂,轻质、高强高模、耐高温且同时具备良好吸波性能的吸波纤维是当前吸波材料的重要研究方向之一。SiCf密硼纤维相当, 既具有与碳纤维相当的强度与模量, 碳纤维、芳纶等无法比拟的耐高温氧性，又具有与玻璃纤维相近的介电常数和电阻率, 是高性能复合材料的理想增强剂,是国外研究发展最快的耐高温陶瓷纤维。SiCf可以抗 γ射线辐射以及高速粒子流和电子流的冲击。SiCf经过适当处理, 电阻率调整到10 Ψ· cm～ 103 Ψ·cm会达到最好的吸收效果。美国已研制出了 SiCf增强的玻璃陶瓷基复合材料,即使温度较高该材料也具有吸波性能,已广泛用作吸波材料和吸波结构[13]。

5.结束语

新型航空航天器的先进性标志之一是结构的先进性,而先进复合材料是实现结构先进性的重要物质基础和先导技术。我国将成为世界上先进复合材料的最大用户,却面临着国外的技术封锁及我国技术贮备的严重不足。因此,实现我国先进复合材料研发和应用的可持续发展,必须坚持自主创新,解决原材料问题,设计应用中的理论问题,低成本技术问题,耐热性、耐腐蚀性好的碳化硅纤维卓越的研究成果无疑为我们带来了新的希望。从 SiCf的制备来看 , 先驱体转化法是比较成熟的方法 , 是SiCf制备研究的主流方向, 目前已实现工业化。在应用方面, 用作耐热材料及复合材料增强纤维及吸波材料, 在航空航天领域取得了令人振奋的研究结果。随着研究的深入, SiCf/SiC材料将在更多的尖端技术领域得到广泛应用。可以预见 , 凭借其优秀的性能, SiCf将会是 21世纪最引人注目的高科技材料之一。

参考文献

[1]刘代军,陈亚莉.先进树脂基复合材料在航空工业中的应用[J].材料工程,2008(增刊).[2]黄发荣,周燕等.先进树脂基复合材料[M].化学工业出版社,2007.[3]侯印鸣,李德成,孔宪正,陈素菊.综合电子战[M].北京:国防工业出版社，2000.[4]吴良义，航空航天先进复合材料现状，天津市合成材料工业研究所 [5]Dawn C.Jegley* and K.Chauncey Wu，Structual Efficiency of Composite Struts for Aerospace Applications [6]沈军,谢怀勤,先进复合材料在航空航天领域的研发与应用,2008 [7]刘莹，孙璐，先进复合材料在航空航天的现状与应用（北京卫星制造厂宇航材料与制造技术试验检测中心，北京，100190）

[8]杜善义，先进复合材料与航空航天，复合材料学报，2007 [9]林智群，雷永鹏，碳化硅陶瓷纤维的性能及其在航空航天领域的应用，2008 [10]刁玉强, 何巨龙,长春光学精密机械学院学报 , 2000 [11]沈军, 谢怀勤，航空用复合材料的研究与应用进展，2006 [12]Saeed Safi, Asghar Kazemzadeh，MCMB–SiC composites;new class high-temperature structuralmaterials for aerospace applications，2013 [13]王恩青，张斌，复合材料在航空航天中的发展现状和未来展望，2013

航天透波材料研究进展 篇6

航天透波材料最新研究进展

介绍了介质中电磁波传输的基本理论,综述了航天透波材料在国内外的研究现状及应用需求,分析了在不同使用温度、飞行马赫数、高温飞行时间等特殊环境下材料的性能,在此基础上提出了透波材料的发展方向.

作 者：艾涛 王汝敏 作者单位：西北工业大学应用化学系,西安,710072刊 名：材料导报 ISTIC PKU英文刊名：MATERIALS REVIEW年，卷(期)：18(11)分类号：关键词：天线罩 透波材料

纳米材料在航天 篇7

材料科学与工程专业英语是一门语言应用与材料专业知识紧密结合的课程。它不但涉及英语科技文体的语法特征和材料专业技术文献的语言特点,而且涉及一定的专业技术内容及科技信息交流。课程目标是培养学生具有较强的专业文献的阅读能力,进一步提高学生的听、说、写、译能力,使学生能够熟练应用英语交流、获取知识。同时促进学生掌握良好的语言学习方法,提高文化素养,以适应社会发展和航空航天技术进步的需要。课程的教学目标是:掌握一定量的与材料科学与工程专业有关的常用单词和常用词组,并掌握一定的构词法知识,具有识别生词的能力,能顺利阅读专业相关的英文原版教科书、参考书及专业论文。但现行的教学模式在教学管理与培养方式中存在许多问题亟待解决,目前也没有针对航空航天方向的材料科学与工程专业英语教材。因此,迫切需要完善教学内容,优化教学方式,改编教材,以全面提高材料科学与工程专业英语的教学质量。

一、改编现有专业教材,扩展学生专业视野

浏览现有大部分的《材料科学与工程专业英语》教材可发现,内容基本是《材料科学概论》或《材料科学基础》的英文版本的改编,实际是英文版的专业教材,不具专业英语教材特点。而且教材内容的更新速度慢,与国际上材料科学的快速发展不相适应,学生阅读起来单调、枯燥。因此,在现有教材的基础上,急需编写新版实用性教材。新版教材需兼顾英语的语法特点和材料专业技术知识,既强调专业基础理论知识又涵盖国际研究前沿趋势。

从提高学生的听、说、读、写及翻译的综合能力着手,按照从难到易的教材内容顺序,突出航空航天行业背景及新技术特点,完成《材料科学与工程专业外语》教材的设计与撰写。从教材章节编排上,按照先介绍语言知识后介绍材料专业的顺序布局。可以在开始的章节介绍科技英语的构词、语法的特点以及专业学术文章的撰写规则。随后的几个章节,简单介绍材料的基础理论知识,学生可以结合以前学习的材料专业知识进行这部分的学习。目的是给学生介绍英文专业词汇,让学生逐渐熟悉专业英语的阅读。随后,在材料学的专业知识内容上,结合专业基础课程,着重介绍和航空航天技术紧密相关的材料研究内容,例如飞机结构复合材料、高温材料、隐身材料、非晶材料、太阳能材料等。同时,为了进一步提高学生阅读和理解专业文献资料的能力,提高学生从专业文献中获取重要信息和跟踪学术研究前沿的能力,教材还可以向学生介绍利用互联网站和相关的学术期刊网站获取最新专业文献的方法。并且,从材料专业高质量的国际期刊上精心选取一些难度适中的综述性和研究型的论文作为课堂教学内容。由于这些论文内容新颖且紧密跟踪本领域的研究前沿,学生也易于接受。这样,既提高了教学效果,也使学生对专业英语的重要性有了更深地认识和理解。

二、丰富课堂教学内容,夯实学生基本功

调研各高校材料专业的本科生教学计划,发现专业英语课程设置在第七至第八学期,大四学生对英语学习逐渐变得陌生,如果直接面对专业英语的学习,势必会造成学生学习的困难。因此,教师除了教授教材的内容外,可以适当拓展相关内容的英语学习,提高学生的学习兴趣。

从知识结构设置上,可以根据学生毕业后学习、就业及工作的实际需要,突出对学生专业英语实际应用能力的培养和训练。为了突出实际应用能力培养及常用交流,可按照先读后写,先听后说的思路,来对学生进行专业英语实际应用能力的训练。通过由学习模仿到实际应用的教学模式,重点培养撰写英文摘要、写推荐信、求职信、会议常用发言以及模拟求职对话等能力。除此而外,还可以就学生即将面临的毕业设计论文撰写,展开介绍和讲评。“学以致用”,而实际应用是学生学习的动力。学生一旦体会到能从专业外语的学习中获益,便会提高学习的积极性,促进专业英语的教学。

为了增加教学内容的趣味性,在实际教学过程中增加一些与课文内容相关的最新外文视频。材料科学与工程是一个大专业,其中又有金属材料、高分子材料及陶瓷材料等二级专业,因此除了完成教材的教学内容外,还应针对不同专业分门别类地介绍材料的最新的实际应用。介绍时,可以从互联网上搜索最新的文字资料,也可以搜索最新的视频资料,其中视频资料更生动,因此受到学生们的欢迎。比如在讲解金属材料和复合材料时,可以给学生播放波音、空客等制造飞机发动机及机身结构的最新技术视频。还可以通过播放如太阳能电池、风力发电技术及3D打印技术等视频,加深学生对陶瓷材料、功能材料及复合材料在新能源及新技术领域的应用认识。因此,通过利用多媒体技术的视频资料,不但可以提高学生的英语听力,扩充学生的词汇量,还可以使学生在轻松的学习氛围中了解相关技术的应用前沿,深化在学生对航空航天材料科学与工程的认识。

三、改革课堂教学方法,提高课堂教学质量

材料专业英语是一种正规的书面体,专业词汇多词形复杂、句子长,且与专业知识结合紧密,相对于基础英语来说,缺少文学作品中的韵律、节奏感,读起来抽象、枯燥,造成教师讲授、学生学习的兴趣不高。如果采用传统的专业课程的讲课为主的教学方法,势必不能有良好的教学效果。因此,应该结合英语课堂教学和专业课的教学特点,采取多元化的教学方法,对学生进行课堂教学。

可以采取英语课堂的教学,让学生随堂朗读教材内容,学生在读的过程中,既熟悉了教材内容,又对英语的“说”有提高。随后,对学生进行分组,讨论分析教材内容,或者也可以提出一个小话题,学生可进行问题的分析并提出解决方案。这样,既提高了学生的英语口语技能,也加强了学生分析专业问题的能力。课后布置适量的课后翻译作业,可以是对教材内容的翻译也可以是对课堂增补内容的翻译,通过英汉互译的环节,巩固课堂教学内容。在课程结束前,还可以穿插学生就自己的毕业设计方向,做一个简短的英文讲座,既可以对课堂教学效果进行测试,也可以提高同学们的口头表达能力,增加同学们英语交流的信心。

在进行课堂教学的时候,如前所述,可以围绕课堂教学时的内容,充分利用互联网技术,为学生补充国际上航空航天材料的最新研究成果和先进的应用实例,可以是文字资料也可以是视频文件的学习。进行文字资料的学习时,可以采用先朗读后分析、翻译的方法,逐步分解。进行视频资料的学习时,教师应提前将语音资料转换成文本资料,课堂上可以进行边视听边进行讲解,让学生在愉快的氛围中进行学习,进而达到良好的课堂效果。

四、结语

我国航空航天技术的发展对航空航天材料的研究提出更高要求。航空航天材料的研究人员必须及时关注国际发展,密切和国外学术交流,才能保障材料领域的不断进步,这就对科技人员的专业英语要求也不断提高。因此,通过对航空航天材料专业英语教材、课堂教学内容与方法的改革与优化,来全面培养学生的读、听、说、写、译的综合能力,增强学生的国际竞争力,为航空航天材料技术领域输送优秀人才。

摘要：通过对航空航天材料专业英语教材、课堂教学内容与方法的改革与优化,培养学生具有较强的专业文献的阅读能力,进一步提高学生的听、说、写、译能力,使学生能够熟练应用英语交流、获取知识。同时促进学生掌握良好的语言学习方法,提高文化素养,以适应社会发展和航空航天技术进步的需要。

关键词：航空航天材料,专业英语,教学,改革

参考文献

[1]李成功.航空航天材料[M].国防工业出版社,2002.

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航天恒星:飞在天地间 篇8

在海淀北部地区环保科技园，通讯设备领域赫赫有名的华为公司的进驻无疑是一大新闻。在这个鸟语花香的花园式园区里，华为的远见打破了这里的沉静。和华为一样具有远见的还有航天恒星科技有限公司，早在几年前，这家国有企业就将厂区扩展目标锁定在环保园。

说起航天恒星，大众可能没有太多印象。的确，在过去很多年时间里，航天恒星都只是在军用领域默默耕耘，像我们国家许多卫星的地面系统的建设工作，大多有航天恒星的身影。而最近几年，细心的消费者可能会发现，在民用领域，航天恒星也开始崭露头角，比如北斗导航用户机、VSAT通信系统等。如果这可以算作航天恒星转型的话，那最近几年其年均保持40%的发展速度，则可以堪称华丽。2010年，航天恒星的营业额达到了7个亿。

之所以取得这样的成绩，用公司原党委书记李渤的话来说，首先得益于国家政策的支持，使得卫星应用产品越来越具产业化价值。而了解航天恒星的人都清楚，公司在“以集成带终端，关键保总体，系统促运营”的发展理念下，人才队伍结构有了很大的提升，公司员工中具有硕士和博士学位的占了53%。这有利于凝聚公司的竞争力，从而创造出更多的价值。

新兴产业大市场

早在2003年，“北斗一号”卫星导航系统开辟了我国卫星导航应用的新篇章。“北斗一号”系统打破了美国、俄罗斯在卫星导航领域的垄断地位，使我国成为世界上第三个拥有独立自主卫星导航系统的国家。

时隔8年，2011年4月10日，我国第8颗北斗导航卫星成功发射。而随着今明两年多颗组网导航卫星的陆续发射，到2012年，我国将建成覆盖亚太地区的北斗区域卫星导航系统，从而完成北斗区域卫星导航系统建设，满足测绘、渔业、交通运输、气象、电信、水利等行业，以及大众用户的应用需求；到2020年左右，将建成由30余颗卫星组成，覆盖全球的北斗全球卫星导航系统，系统性能达到同期国际先进水平。

一个新兴产业已蓄势待发。众所周知，航天科技对国民经济发展具有很大的牵引作用。根据美国航天局专家的统计，向航天科技领域每投入１美元，就能从整个经济领域得到８美元的回报。正因如此，在金融危机爆发的时候，世界各经济大国纷纷把发展航天科技作为推动经济发展的一项重要措施。这对于航天恒星来说，无疑是一个绝好的发展机遇。但是在机会面前，并非所有公司都能抓得住。航天恒星胜人一筹的是它的专业水准。航天恒星脱身于业内著名的北京卫星信息工程研究所（503所），2004年改为中国空间技术研究院卫星应用系统部，现在改制为航天恒星科技有限公司，隶属于中国航天科技集团公司。航天恒星主要从事卫星应用系统集成、终端设备制造和卫星运营服务，业务范围涵盖卫星遥感与综合应用领域、卫星通信、卫星导航、信息传输与处理，以及卫星运营服务等领域。

多年的继承、发展和创新，使得航天恒星具有丰富的卫星地面站建设、系统集成和项目管理工程经验，具有较强的VSAT卫星通信系统、高动态抗干扰数字图像传输系统、星船载卫星导航接收机、北斗用户机等系统级和终端级产品研制及产业化能力，部分产品已批量生产，并广泛应用于军民用户。

2011年1月13日又传来好消息，经国家科技部、国家遥感中心、相关专家组研究决定，航天恒星正式获批成为科技部国家遥感中心业务部——遥感卫星数据接收系统部。航天恒星获准以成员单位的身份加入了其中的三个产业联盟：遥感数据处理与分析应用联盟、小卫星遥感系统联盟和导航定位芯片与终端联盟。

地震灾区大救星

除了遥感卫星，在各种救灾抢险一线，也有航天恒星的身影。2008年，航天恒星在汶川大地震后的抗震救灾中提供的动中通、静中通卫星通信指挥车，“北斗一号”用户终端和数字图像传输设备，已在抗震救灾前线发挥出重要作用。

汶川大地震发生后，灾区通信中断，给抗震救灾工作造成极大困难。航天恒星提供给国家电网公司和四川移动的两台静中通卫星通信指挥车和给河南省公安厅提供的动中通卫星通信指挥车迅速开赴地震灾区，使通信中断的灾区现场及时建立起卫星通信线路并传回了灾区的图像、网络信息和语音信息。

航天恒星研制的北斗一号用户机，已配备给一线救援部队。北斗一号用户机不仅可提供救援小分队的位置动向信息，还可以在无其他任何通信手段的情况下，通过自主建立的北斗一号系统实现短报文通信，及时向指挥中心报告一线情况，指挥中心也通过短报文通信对各救援小分队进行指挥调度。

航天恒星还向部队提供了多台数字无线图像传输系统。该系统可将卫星通信指挥车无法到达的方圆几公里范围内的灾区现场图像，通过卫星通信指挥车传送到各级指挥中心，从而在抗震救灾前线发挥了重要作用。

舟曲灾后通信、电力等设施一度瘫痪。恒星公司立即派出4名工程师，随该公司为用户研发的动中通应急指挥车奔赴救灾现场。动中通应急指挥系统在救灾过程中及时有效地建立了指挥中心与救援现场的信息传输系统，在灾区架起了“生命之桥”。救援队伍以此为基础，迅速展开现场救援指挥工作，保证了救援工作的科学性与及时性。

由于在灾区的出色表现，近日，民政部灾害评估与风险防范重点实验室和民政部减灾与应急工程重点实验室正式举行了揭牌仪式，航天恒星作为减灾与应急工程重点实验室共建单位参加了仪式。

航天恒星在减灾与应急工程重点实验室的共建工作中，主要负责应急装备和空间技术系统集成与示范研究方向。航天恒星将抓住机遇，充分发挥公司的技术和产品优势，带动卫星技术和产品在减灾领域的应用和推广，同时树立品牌形象，带动相关产品在民用市场的推广。

转型民用大战略

在“十二五”规划纲要中，国家首次将军民融合发展纳入规划纲要中，并且是以独立篇章的形式体现。在日前发布的2010年《中国的国防》白皮书中，军民融合式发展被正式写入。“十二五”规划纲要，为我国今后进一步搞好军民融合提供了很好的条件。

而对于航天恒星来说，早已做好了这方面的准备。事实上，除了军用，航天恒星民用领域的业务已占公司50%左右的业务份额，业务涵盖了气象、海洋、环境、地震和测绘多个行业。

此外，航天恒星还发力卫星定位导航市场。在这一领域，商业化模式已经很成熟，不过多年来，国内使用的GPS都是美国的产品。而航天恒星与合众思壮公司联合成立的星地恒通公司，专门致力于这一领域的业务开拓，现已在给部队生产手持型、车载型的导航装备。

为提高我国卫星通信系统应用能力，提升系统性能和安全性，并降低卫星系统应用成本，由航天恒星自主研发的国内独家的DVB-RCS卫星通信系统，目前已经进入了系统应用的成熟期。该系统拥有完全自主知识产权，可支持大规模组网，应用广泛，性能可以与国外先进系统媲美；现在系统主站广播给各小站的带宽，峰值可达80Mbps，已与国外先进系统的技术水平无异，小站回传的带宽在2Mbps左右，系统完全可以满足目前国内各行业对多种业务卫星通信的需求，包括数据传输、视频监控、视频会议和电话等等。

技术研发大投入

从航天恒星的业务来看，国内外同行业竞争者的实力仍然不可小觑，虽然身为国企，但很多项目仍需要参与竞标才能获取。所以，公司下大力气，注重研发实力的提升。用温家宝总理的话说，GDP不能作为惟一参照标准，教育以及国内企业在研发上的投入是衡量一个国家进步的重要因素。

航天恒星在前期研发投入上，从员工培训、高精尖仪器设备采购，到为客户搭建产品应用系统，研发投入占到总投入的1/3，可以说在研发上下足了功夫。航天恒星的人员构成非常年轻化，35岁以下的员工占总人数的85%。

“原来公司效益差时，我们强调老带新，边做边学。而现在，所有新员工报到后，都要先去封闭式培训一个月，专门熟悉公司在各项产品研制过程中的规章制度和研制流程。随着公司业务向国外特别是向委内瑞拉、玻利维亚、几内亚、泰国等一些发展中国家拓展，员工还有大量的出国交流机会。”李渤告诉记者，现在，航天恒星拥有教育部设定的通信与信息工程专业一级学科硕士学位授予权，公司现有18名硕士生导师，4名博士生导师，每年毕业十几名自培的研究生。

随着业务的拓展，航天恒星的大本营也将搬迁。航天恒星原来的知春路厂址只有1.2万平方米的面积。搬至环保园以后，将有4.5万平方米的科研办公面积。