現代航空航天的迅速發展導致了飛機材料的改進。降低成本、輕量化和延長飛機結構部件的使用壽命是主要的驅動因素。

復合材料是通過混合兩種或兩種以上不同的材料，通常具有不同的性質，以產生具有有用屬性的物質而制成的材料。本文重點介紹了新型復合材料在航空航天工業中的優勢和應用。

復合材料在航空航天領域的應用優勢

由于多種因素，復合材料在航空航天工程中越來越受歡迎。它們比金屬等傳統材料輕得多。減輕重量在航空航天工程中至關重要，因為它可以提高發動機性能并減少排放。輕質復合材料在減少航空航天部門的財務支出和生態影響方面都很有用。

復合材料是高度通用的，因為它們能夠被塑造成復雜的配置。不受傳統材料的限制，工程師可以根據特定飛機的要求定制零件。

復合材料還具有極強的抗風化和抗疲勞性能，是飛機制造的理想材料。它們承受異常高溫的能力是主要優勢，特別是在航天器和再入飛行器中的應用。由于這些原因，復合材料被用于建造飛機和航天器的主要承重結構，如機翼、機身、起落架、發動機艙等。

航空航天用增強碳纖維復合材料

在過去的幾年中，碳纖維增強聚合物(CFRP)復合材料由于其緊湊的尺寸、優異的耐久性和耐腐蝕性，已成為航空航天和風能設備的重要材料。由于其低密度，碳纖維增強碳基復合材料，也稱為碳/碳(C/C)復合材料，是輕量化復合材料的杰出組成部分。

兩種非常受歡迎的遠程飛機——空客A350和波音787——超過50%的機身都是由cfrp組成的。A380是第一架采用CFRP復合材料核心翼盒的飛機，與最先進的鋁合金相比，可節省1.5噸的重量。

在最近發表在復合材料文章中，有作者報道了碳化鉿納米線(HfCNWs)增強的致密碳纖維復合材料。將HfCNWs加入到C/C復合材料中導致了輕量化HfCNWs-C/C復合材料的發展。并對兩種復合材料在1800℃、2100℃和2450℃退火后的拉伸強度進行了評價。

HfCNWs-C/C的機械強度保持率(MSR)大于C/C。含HfCNWs的C/C復合材料的質量燒蝕率降低。這是因為HfCNWs的分解導致消融期間體重增加。

因此，它被證明是一種輕質的超高溫復合材料，具有出色的高溫效率，顯示出在航空航天領域作為熱結構部件的巨大潛力。

航空航天工業中的鎂和陶瓷復合材料

鎂基復合材料被應用于各種功能，包括航空航天飛行器的發動機組件、制動元件和運動軸。在F16飛機上，鋁制入口已被用SiC顆粒增強的鎂基復合材料取代，從而提高了疲勞壽命。

燃氣輪機葉片尤其需要能夠承受高溫的材料。極輕的復合材料渦輪葉片在大約1050°C的渦輪排氣溫度下保持其強度。

在汽車和航空航天領域，制動技術是目前研究的一個關鍵領域。在飛機上，剎車機構根據流經圓盤(轉子和定子)的液壓進行調整，產生摩擦，將陶瓷復合材料部件的外部溫度提高到1500°C到3000°C之間。在商用客機制動系統中采用這種材料可以減少經濟重量。

波音公司正在為商用飛機開發復合材料Nextel 610/鋁硅酸鹽排放噴嘴和聲學結構。GE航空在陶瓷復合材料方面投入了大量資金，F414發動機的分流排氣密封最初就采用了陶瓷Ox/Ox復合材料。

航空航天工業中的自修復復合材料

根據發表在《聚合物》雜志上的最新文章，自修復復合材料在航空航天領域越來越受歡迎。復合材料的劣化是由沖擊載荷引起的。沖擊損傷從微小的空洞開始，發展為嚴重的微觀開裂和結構破壞。由于其增強的細胞遷移性，聚合物及其復合材料已成為普遍存在的自修復材料。

利用共靜電紡絲技術制備了一種具有自修復核-殼納米纖維界面的多尺度聚碳酸酯復合材料。在層狀復合材料中，當發生分層等界面損傷時，芯殼被設計成自愈。在航空航天領域，碳纖維增強塑料(CFRP)復合材料中加入了含有修復劑的微膠囊，以避免分層斷裂。

自修復復合材料通常用作機身、機翼、內燃機、葉柵等航空結構中的保護層或障礙物。碳基體中的硅和硼基晶體成分也被用作自修復材料。

納米復合材料在航空航天工業中的應用

《納米技術評論》雜志發表了一篇關于納米復合材料在航空航天工業中的應用的文章。一種由納米二氧化硅和乙丙橡膠(EPDM)組成的納米復合材料正被用作一種熱阻物質，以保障發射過程中航天器的結構部件。并進行了用納米復合材料代替傳統聚合物基復合材料在固體火箭發動機(SRM)中的應用。為了提高SRM材料的隔熱性能，采用熱塑性聚氨酯彈性體納米復合材料(TPUNs)取代傳統的凱夫拉增強三元乙丙橡膠(EPDM)。

制造基于納米復合材料的可拉伸傳感器，用于變形飛機的SHM，以跟蹤航空航天變形系統中的斷裂發展，是另一個重要的應用。

利用碳納米管增強聚丙烯納米復合材料，構建了受自然影響的微型飛行器的撲翼概念。實驗分析表明，人工構造翅膀的原始頻率與蜻蜓翅膀的共振頻率非常相似。

根據發表在《聚合物》雜志上的研究，磁性聚合物納米復合材料也已經進入了航空航天領域。作為電磁干擾（EMI）屏蔽材料，采用了經磁化金屬納米顆粒處理的聚合物基體復合材料。基于聚合物基質納米復合材料并輔以無機物質的涂料和顏料已經被開發出來。

這種方法有幾個好處，包括經濟的成本，制造的簡單性，以及生產堅固和輕質材料。結構健康監測(SHM)是確定航空航天部件結構完整性的重要方法。作為航空航天傳感測量儀的可行元素，無機/有機復合壓電材料得到了應用。

航空航天復合材料市場概述

根據Marketsandmarkets發布的報告，2022年全球航空航天復合材料市場估計為297億美元，預計到2027年將達到516億美元，從2022年到2027年的復合年增長率為11.7%。由于航空復合材料具有卓越的性能特點，可以承受惡劣的條件，因此市場正在擴大。此外，全球對節油型飛機的需求不斷增長，預計將在短期內推動市場擴張。

簡而言之，復合材料是航空航天結構領域的支柱，世界各地的研究人員都在研究制造新型復合材料，以確保優越的強度和性能。

此文由中國復合材料工業協會綜編，文章不用于商業目的，僅供行業人士交流，引用請注明出處。