第一篇：復(fù)合材料與航空航天

復(fù)合材料與航空航天

1.復(fù)合材料的定義與分類方法

1.1復(fù)合材料的定義

復(fù)合材料是由金屬材料、陶瓷材料或高分子材料等兩種或兩種以上的材料經(jīng)過復(fù)合工藝而制備的多相材料，各種材料在性能上互相取長補短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。復(fù)合材料由連續(xù)相的基體和被基體包容的相增強體組成。基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體主要有合成樹脂、石墨、橡膠、陶瓷、碳等。增強材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、石棉纖維、碳化硅纖維、晶須、金屬絲和硬質(zhì)細粒等。復(fù)合材料已經(jīng)發(fā)展成為與金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料并列的四大材料體系之一,復(fù)合材料是指由有機高分子、無機非金屬或金屬等幾類不同材料通過復(fù)合工藝組合而成的新型材料,它既能保留原有組分材料的主要特色,又通過材料設(shè)計使各組分的性能互相補充并彼此關(guān)聯(lián)與協(xié)同,從而獲得原組分材料無法比擬的優(yōu)越性能,與一般材料的簡單混合有本質(zhì)的區(qū)別[1]。

復(fù)合材料的廣義定義：復(fù)合材料是由兩種或兩種以上異質(zhì)、異形、異性的材料復(fù)合形成的新型材料。一般由基體組元與增強體或功能組元所組成。復(fù)合材料（CompositeMaterials)。

復(fù)合材料的狹義定義：（通常研究的內(nèi)容）用纖維增強樹脂、金屬、無機非金屬材料所得的多相固體材料。基體相是一種連續(xù)相材料，它把改善性能的增強相材料固結(jié)成一體，并起傳遞應(yīng)力的作用；增強相起承受應(yīng)力（結(jié)構(gòu)復(fù)合材料）和顯示功能（功能復(fù)合材料）的作用。復(fù)合材料既能保持原組成材料的重要特色，又通過復(fù)合效應(yīng)使各組分的性能互相補充，獲得原組分不具備的許多優(yōu)良性能。1.2復(fù)合材料的分類方法

1.按增強體的幾何形態(tài)分類

(1)連續(xù)纖維增強復(fù)合材料:包括單向纖維(一維)、無緯布疊層、二維織物層合、多向編織復(fù)合材料和混雜復(fù)合材料。

(2)短纖維復(fù)合材料:晶須、短切纖維無規(guī)則地分散在基體材料中制成的復(fù)合材料。

(3)薄片增強復(fù)合材料:增強體是長與寬尺寸相近的薄片，以平面二維為增強材料與基體復(fù)合而成的復(fù)合材料。

2.按增強纖維種類分類

(1)玻璃纖維復(fù)合材料;

(2)碳纖維復(fù)合材料;

(3)有機纖維(芳香族聚酰胺纖維、芳香族聚酯纖維、高強度聚烯烴纖維等)復(fù)合材料;

(4)金屬纖維(如鎢纖維、不銹鋼絲等)復(fù)合材料;

(5)陶瓷纖維(如氧化鋁纖維、碳化硅纖維、硼纖維等)復(fù)合材料。

3.按基體材料分類

(1)聚合物基復(fù)合材料:以有機聚合物(主要為熱固性樹脂、熱塑性樹脂及橡膠)為基體制成的復(fù)合材料。

(2)金屬基復(fù)合材料:以金屬為基體制成的復(fù)合材料。如鋁基復(fù)合材料、欽基復(fù)合材料、和銅基復(fù)合材料等。

(3)無機非金屬基復(fù)合材料:以陶瓷材料(包括玻璃、水泥和碳）為基體制成的復(fù)合材料。

4.按材料使用功能分類

(1)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料:主要是作為支撐力結(jié)構(gòu)使用的復(fù)合材料，它基本上是由能承受載荷的增強體組元與能連接增強體成為整體承載，同時又起分配與傳遞載荷作用的基體組元構(gòu)成。

(2)功能復(fù)合材料:具有某種特殊的物理或化學特性，如聲、光、電、熱、磁、耐腐蝕、零膨脹、阻尼、摩擦或換能等。

此外，還有同質(zhì)復(fù)合材料和異質(zhì)復(fù)合材料。增強材料和基體材料屬于同種物質(zhì)的復(fù)合材料為同質(zhì)復(fù)合材料，如碳/碳復(fù)合材料。異質(zhì)復(fù)合材料如前面和以后提及的復(fù)合材料多屬此類。

2.復(fù)合材料在航空領(lǐng)域的重要作用與意義

先進復(fù)合材料的應(yīng)用已經(jīng)成為評價航空航天器水平的重要標準，同時也是提高航空航天器結(jié)構(gòu)先進性的重要物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)技術(shù)。[4]山于我國先進復(fù)合材料的應(yīng)用水平和國外發(fā)達國家還存在一定的差距，但是我國已經(jīng)進行大量投入來強化先進復(fù)合材料方面的研究，其發(fā)展前景良好。先進復(fù)合材料的優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下四個方面: 1智能化

智能型先進復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)的研究，能夠創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，智能型先進復(fù)合材料在航空航天器外表的應(yīng)用:在未來航空器表面增加各種傳感器，能夠?qū)χ車h(huán)境進行實時、全面、智能的檢測，同時為通訊系統(tǒng)、電子戰(zhàn)以及雷達系統(tǒng)提供瞬時模態(tài)，以此保證航空器能夠安全、穩(wěn)定地飛行。

2多功能化

在減小航空航天器體積的基礎(chǔ)上，為了提高航空航天器的突防能力，許多結(jié)構(gòu)部件需要具備多種功能，多功能先進復(fù)合材料的應(yīng)用能夠賦予航空航天器新的功能，現(xiàn)階段，多功能先進復(fù)合材料的研究已經(jīng)從雙功能型向三功能型方向轉(zhuǎn)變。

3質(zhì)量輕、性能高

目前，我國先進復(fù)合材料能夠減輕航空航天器的質(zhì)量占總重的20%左右，和國外25%以上的減重效率還存在一定的差距。導(dǎo)致該種現(xiàn)狀的原因是我國先進復(fù)合材料的整體性能較低，并且結(jié)構(gòu)的整體性相對較差。因此，在未來的發(fā)展過程中，應(yīng)該加強對復(fù)合材料強度、韌性以及整體性等方面的研究，研發(fā)整體性好、強度高和韌性高的先進復(fù)合材料，同時使復(fù)合材料的減重率超過25%0 4低成本

成本較高是限制先進復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用和發(fā)展的主要原因之一，為了解決該問題，應(yīng)該對先進復(fù)合材料的制造工藝進行研究，采用科學的制造工藝進行先進復(fù)合材料結(jié)構(gòu)、尺寸以及形狀的加工和制造，同時采用先進的質(zhì)量控制技術(shù)、自動化技術(shù)、機械化技術(shù)等，提高先進復(fù)合材料的生產(chǎn)效率，提高其成品率，以此降低先進復(fù)合材料的成本。[2] 自從先進復(fù)合材料投入應(yīng)用以來，有三件值得一提的成果。第一件是美國全部用碳纖維復(fù)合材料制成一架八座商用飛機——里爾芳2100號，并試飛成功，這架飛機僅重567kg，它以結(jié)構(gòu)小巧重量輕而稱奇于世。第二件是采用大量先進復(fù)合材料制成的哥倫比亞號航天飛機，這架航天飛機用碳纖維/環(huán)氧樹脂制作長18.2m、寬4.6m的主貨艙門，用凱芙拉纖維/環(huán)氧樹脂制造各種壓力容器，用硼/鋁復(fù)合材料制造主機身隔框和翼梁，用碳/碳復(fù)合材料制造發(fā)動機的噴管和喉襯，發(fā)動機組的傳力架全用硼纖維增強鈦合金復(fù)合材料制成，被覆在整個機身上的防熱瓦片是耐高溫的陶瓷基復(fù)合材料。第三件是在波音-767大型客機上使用了先進復(fù)合材料作為主承力結(jié)構(gòu)，這架可載80人的客運飛機使用碳纖維、有機纖維、玻璃纖維增強樹脂以及各種混雜纖維的復(fù)合材料制造了機翼前緣、壓力容器、引擎罩等構(gòu)件，不僅使飛機結(jié)構(gòu)重量減輕，還提高了飛機的各種飛行性能。

新型航空航天器的先進性標志之一是結(jié)構(gòu)的先進性,而先進復(fù)合材料是實現(xiàn)結(jié)構(gòu)先進性的重要物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)技術(shù)。我國將成為世界上先進復(fù)合材料的最大用戶,卻面臨著國外的技術(shù)封鎖及我國技術(shù)貯備的嚴重不足。因此,實現(xiàn)我國先進復(fù)合材料研發(fā)和應(yīng)用的可持續(xù)發(fā)展,必須堅持自主創(chuàng)新,解決原材料問題,設(shè)計應(yīng)用中的理論問題,低成本技術(shù)問題,政策支持問題。

參考文獻

[1] 師昌緒.材料大詞典[M].北京:化學工業(yè)出版社, 1994: 2 8.[2] 先進復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用，中國高新技術(shù)企業(yè)，2016年第13期 [3] 先進復(fù)合材料與航空航天，復(fù)合材料學報，2007年2月第1期

[4] 杜善義,冷勁松,王殿富.智能材料系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)[ M].北京:科學出版社, 2001.

第二篇：復(fù)合材料與航空航天

復(fù)合材料與航空航天

摘要

先進復(fù)合材料(advanced composite materials ,ACM)成功地用于航空航天領(lǐng)域僅有20多年的歷史.它具有比強度比模量高、可設(shè)計性強、抗疲勞性能好、耐腐蝕性能優(yōu)越以及便于大面積整體成型等顯著優(yōu)點,在飛機上已獲得大量應(yīng)用。作為21世紀的主導(dǎo)材料,先進復(fù)合材料的用量已成為飛機先進性,乃至航空航天領(lǐng)域先進性的一個重要標志,是世界強國競相發(fā)展的核心技術(shù),也是我國的重點發(fā)展領(lǐng)域。本文介紹了復(fù)合材料在航空航天上的發(fā)展狀況，其后討論了目前復(fù)合材料使用上存在的問題，如碳纖維質(zhì)量差，成本高，針對這些問題，本文最后著重敘述了先進的碳化硅陶瓷纖維的制備方法，特點，以及NL-200陶瓷級纖維在航空航天上的使用。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料 碳化硅陶瓷纖維 航空航天

1先進復(fù)合材料現(xiàn)狀

復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上具有不同物理、化學性質(zhì)的材料，以微觀、介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一種多相固體材料。先進復(fù)合材料(Advanced Composite Materials)指的是在性能和功能上遠遠超出其單質(zhì)組分性能與功能的類新材料。它是國防軍工和國民經(jīng)濟發(fā)展最重要的一類工程材料，也是應(yīng)用于飛機、火箭、衛(wèi)星、飛船等航空航天飛行器的理想材料。根據(jù)美國航空航天局(NASA)的劃分，航空航天所使用的各種先進復(fù)合材料可以分為以下幾種：樹脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料以及碳/碳復(fù)合材料等[1]。

1.1.1先進樹脂基復(fù)合材料

先進樹脂基復(fù)合材料是以高性能纖維為增強體、高性能樹脂為基體的復(fù)合材料.與傳統(tǒng)的鋼、鋁合金結(jié)構(gòu)材料相比,它的密度約為鋼的1/5,鋁合金的1/2,且比強度與比模量遠高于后二者.目前用途最廣的主要有碳纖維復(fù)合材料(ＣＦＲＰ)和芳綸纖維復(fù)合材料(ＡＦＲＰ).ＣＦＲＰ具有比強度高、耐高溫、減振性好、耐疲勞性能優(yōu)越等突出優(yōu)點,是目前民用飛機上用量最大,也是航空航天等尖端科技領(lǐng)域發(fā)展較為成熟的先進復(fù)合材料[2].ＡＦＲＰ熱穩(wěn)定性好,耐介質(zhì)性能優(yōu)良,可作為復(fù)合裝甲材料,有較強的防護力.國外近年致力于將該種材料用于制作軍、民用飛機的“光譜屏蔽”材料,其關(guān)鍵性能指標———抗沖擊性能相當出色.1.1.2 金屬基復(fù)合材料

金屬基復(fù)合材料主要是指以Ａｌ、Ｍｇ等輕金屬為基體的復(fù)合材料.在航空和宇航方面主要用它來代替輕但有毒的鈹.這類材料具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能、導(dǎo)熱性能、耐高溫性能，橫向性能、低消耗和優(yōu)良的可加工性能。近20年來，鎂基、鋁基、鈦基等輕質(zhì)金屬基復(fù)合材料在航空航天高技術(shù)領(lǐng)域起到了支撐作用［3］，SiC晶須增強的鋁基復(fù)合材料薄板將用于先進戰(zhàn)斗機的蒙皮和機尾的加強筋，鎢纖維增強高溫合金基復(fù)合材料可用于飛機發(fā)動機部件，石墨/鋁、石墨/鎂復(fù)合材料具有很高的比剛度和抗熱變形性，是衛(wèi)星和宇宙飛行器用的良好的結(jié)構(gòu)材料。美國航天航空局采用石墨/鋁復(fù)合材料作為航天飛機中部長20m的貨艙架。這類材料具有優(yōu)良的橫向性能、低消耗和優(yōu)良的可加工性,已成為在許多應(yīng)用領(lǐng)域最具商業(yè)吸引力的材料,并且在國外已實現(xiàn)商品化.而在我國僅有少量批量生產(chǎn),以汽車及機械零件為主,年產(chǎn)量僅5000噸左右,與國外差距較大[4].1.1.3 陶瓷基復(fù)合材料和碳/碳復(fù)合材料

陶瓷基復(fù)合材料和碳/碳復(fù)合材料屬于耐熱結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，這類材料具有壽命長、強度高、密度低、耐高溫、耐腐蝕和抗磨損等特性。陶瓷基復(fù)合材料的最高使用溫度為1650℃，其密度僅為高溫合金的1/3～1/4，工作溫度卻比高溫合金高500℃，它的耐高溫能力和減重效果是目前其它材料無法替代的。在1992年，美國投入陶瓷基復(fù)合材料應(yīng)用研究的經(jīng)費就高達3500萬美元[5];法國ＳＥＰ公司用陶瓷基復(fù)合材料制成的ＳＣＤ-ＳＥＰ火箭試驗發(fā)動機已通過點火試車,并使結(jié)構(gòu)減重50%[6].國內(nèi)從20世紀90年代初開始進行該領(lǐng)域的研究,目前尚未有批量生產(chǎn)的報道。與其它幾類相比連續(xù)纖維增強陶瓷基復(fù)合材料具有更高的斷裂韌性及斷裂功，且具有完全的非脆性破壞形式，其斷裂韌性(K1C)可達30MPa·m1/2以上，比傳統(tǒng)陶瓷材料韌性(K1約MPa·m1/2提高200～600%[6]。2.4 碳/碳復(fù)合材料

碳纖維增強碳復(fù)合材料是指用碳纖維來增強各種基質(zhì)碳的材料，簡稱碳/碳復(fù)合材料[7]。碳/碳復(fù)合材料是一種極好的熱結(jié)構(gòu)材料，具有升華溫度高、力學性能好、抗熱振性能好質(zhì)量輕、抗輻照、輻射系數(shù)比較高、對雷達和光的可見度小等優(yōu)點，主要用于航空航天領(lǐng)域。

3先進復(fù)合材料可持續(xù)研發(fā)與應(yīng)用中需解決的問題

我國先進復(fù)合材料是在國防、航空航天領(lǐng)域的需求牽引下逐步發(fā)展起來的,經(jīng)歷了對前蘇聯(lián)、美國、日本、西歐以及俄羅斯等國的仿制和跟蹤到形成自己的復(fù)合材料體系的不同階段,同時由于受到體制分割和各自領(lǐng)域獨立發(fā)展的制約和影響,在某種程度上已經(jīng)形成了材料品種及牌號多、材料成熟度參差不齊、低水平或同水平重復(fù)以及較低的性能，質(zhì)量、規(guī)格、價格以及供貨能力等方面還遠遠不能滿足國防、航空航天以及民用領(lǐng)域的需求。尤其在中國加入WTO之后,在自主知識產(chǎn)權(quán)、創(chuàng)新和提高競爭力等方面受到嚴峻的挑戰(zhàn)。3.1國產(chǎn)碳纖維

碳纖維是最重要的增強材料,我國碳纖維研發(fā)與生產(chǎn)中存在的幾個問題:原絲質(zhì)量差、生產(chǎn)規(guī)模小、質(zhì)量低、價格高、應(yīng)用基礎(chǔ)研究薄弱等。面對國外的技術(shù)封鎖,我國的迫切需求,以及碳纖維的基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性以及戰(zhàn)略性特點,解決碳纖維技術(shù)問題迫在眉睫。如解決PAN原絲PAN碳纖維的關(guān)鍵技術(shù)問題,T300級PAN碳纖維實現(xiàn)大批量生產(chǎn),滿足國內(nèi)對碳纖維材料的需求;T700級PAN碳纖維可進行小批量生產(chǎn);爭取在模量大于700GPa和強度大于5.5GPa的高模高強碳纖維關(guān)鍵技術(shù)方面獲得突破,并同時開展大絲束、低成本碳纖維技術(shù)研究。3.2低成本復(fù)合材料技術(shù)

我國在低成本復(fù)合材料技術(shù)方面面臨著很大的挑戰(zhàn),尤其是在低成本制造技術(shù)方面。以某機翼研制為例,碳纖維樹脂基復(fù)合材料每千克成本為9600元,其中碳纖維約為1000元,樹脂約為300元,纖維和基體的成本在總成本中占有份額小于15%,設(shè)計成本小于5%,而制造成本卻高達80%[8].首先,要繼續(xù)發(fā)展低成本工藝技術(shù),如樹脂傳遞模塑(RTM)及其衍生工藝、電子束固化和低溫固化工藝等。同時,發(fā)展制造過程優(yōu)化以及工藝控制技術(shù),提高復(fù)合材料的性能穩(wěn)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術(shù)是自動化制造,如自動纖維鋪放技術(shù)等,而我國先進的工藝裝備還十分缺乏。3.3 先進復(fù)合材料及結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論與方法

通過對復(fù)合材料幾十年的研究和成功應(yīng)用,人們對其有了更深刻的認識。自2000年以來,歐美等發(fā)達國家的先進復(fù)合材料在航空上用量有很大的飛躍,這其中的原因是多方面的,而科學合理的設(shè)計理論與方法也是其中的重要因素。我國首先要解決的是設(shè)計理念上的問題。主承力結(jié)構(gòu)件上大量用復(fù)合材料,需要設(shè)計師接受和信賴復(fù)合材料。其次是設(shè)計理論問題。復(fù)合材料的性能分散性和環(huán)境依賴性使其設(shè)計問題相當復(fù)雜,設(shè)計準則和結(jié)構(gòu)設(shè)計值的確定還很保守。現(xiàn)有的方法需要大量試驗,造成復(fù)合材料的制備成本高、周期長,性能測試難度大、費用昂貴。設(shè)計、制備、評價和使用過程中獲得的每一個材料性能數(shù)據(jù)都彌足珍貴。因此,建立長期的開放式的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)十分必要。3.4 先進復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的安全與可靠性評價

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)形式、服役載荷及使用環(huán)境都相當復(fù)雜及初始缺陷影響和損傷最終導(dǎo)致材料破壞與結(jié)構(gòu)失效的機制復(fù)雜。因此,建立復(fù)合材料有效性能試驗表征與評價體系,發(fā)展高精度的預(yù)報理論與方法,有效預(yù)測復(fù)合材料結(jié)構(gòu)長時服役環(huán)境下的性能蛻變規(guī)律,給出科學合理的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)失效判據(jù),定量化評價復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的可靠性和安全性,是復(fù)合材料工作者面臨的重要課題。3.5 重視發(fā)展規(guī)劃

國外航空航天結(jié)構(gòu)中先進復(fù)合材料用量不斷增加,急劇上升。隨著新一代飛行器的發(fā)展,特別是新一代衛(wèi)星、大運載火箭、近空間飛行器和大飛機的發(fā)展,先進復(fù)合材料與應(yīng)用將越來越重要。國家應(yīng)從需求及復(fù)合材料科學與技術(shù)本身規(guī)劃復(fù)合材料可持續(xù)發(fā)展問題,可以從復(fù)合材料與金屬、高分子、無機材料同等重要,并且是航空航天四大材料(復(fù)合材料、鋁、鈦、鋼)的角度,制定相關(guān)計劃并動員社會力量推進復(fù)合材料可持續(xù)發(fā)展。重點解決先進復(fù)合材料研制中的共性和關(guān)鍵問題,發(fā)展我國的優(yōu)勢和精品系列材料,通過國家與企業(yè)協(xié)同支持,自主創(chuàng)新,使我國成為復(fù)合材料的強國。

4碳化硅陶瓷纖維

碳纖維是一種高強度、高模量材料,理論上大多數(shù)有機纖維都可被制成碳纖維,實際用作碳纖維原料的有機纖維主要有三種，但其原絲質(zhì)量差、生產(chǎn)規(guī)模小、質(zhì)量低、價格高、應(yīng)用基礎(chǔ)研究薄弱等問題仍很嚴峻。陶瓷纖維是由天然或人造無機物采用不同工藝制成的纖維狀物質(zhì), 也可由有機纖維經(jīng)高溫熱處理轉(zhuǎn)化而成, 除具有優(yōu)異的力學性能外, 還具有抗氧化、高溫穩(wěn)定性好等優(yōu)點。碳化硅纖維(SiCf)是用于金屬基、陶瓷基復(fù)合材料的一種重要的高性能增強陶瓷纖維。與碳纖維相比, SiCf在抗拉強度、抗蠕變性能、抗氧化性以及與陶瓷基體相容性方面表現(xiàn)出一系列的優(yōu)異性能。4.1 SiCf的制備

4.1.1 化學氣相沉積法

化學氣相沉積法(CVD),即在連續(xù)的鎢絲或碳絲芯材上沉積碳化硅。通常在管式反應(yīng)器中用水銀電極直接采用直流電或射頻加熱, 把基體芯材(鎢絲或碳絲)加熱到 1 200℃以上, 通入氯硅烷和氫氣的混合氣體 , 經(jīng)反應(yīng)裂解為碳化硅 , 并沉積在鎢絲或碳絲表面。目前有美國達信系統(tǒng)公司、法國國營火藥炸藥公司、英國石油公司和我國中科院金屬所等在開展此項工作。4.1.2 先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法

先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法(PIP)是以有機聚合物(一般為有機金屬聚物)為先驅(qū)體, 利用其可溶可熔等特性成型后, 經(jīng)高溫熱分解處理,使之從有機化合物轉(zhuǎn)變?yōu)闊o機陶瓷材料的方法。1975年日本的矢島教授等[9]首次使用聚碳硅烷作為先驅(qū)體制造 SiCf。之后, 日本碳公司又開發(fā)了月產(chǎn) 100 kg的連續(xù) SiCf工業(yè)生產(chǎn)線, 以“Nicalon”商品名銷售。同時國內(nèi)也研制出了高性能連續(xù)SiCf技術(shù) , 填補了中國陶瓷纖維品種的空白, 使中國成為國際上少數(shù)能用此方法制得連續(xù) SiCf的國家之一。表 1反映了各國采用先驅(qū)體法制備 SiCf的性能。目前 , SiCf的單絲抗拉強度達到了 2.42 GPa, 絲束強度得到了成倍的提高(178 GPa), 已經(jīng)可以在編織機上進行編織 , 實用性大為提高。盡管如此 , 先驅(qū)體法也有一些缺點:如原料及保護氣體的價格昂貴、制造工藝繁雜 , 纖維質(zhì)量不容易控制等。4.1.3 活性炭纖維轉(zhuǎn)化法

近年來, 出現(xiàn)了一種新的SiCf制備方法———活性炭纖維轉(zhuǎn)化法。它的原理比較簡單:利用氣態(tài)的 SiO與多孔活性炭反應(yīng)便轉(zhuǎn)化生成了 SiC。該法使得制備SiCf成本降低, 過程簡單。活性炭纖維轉(zhuǎn)化法制備 SiCf包括三大工序:1.活性炭纖維制備;2.在一定真空度的條件下，在1 200 ℃ ～ 1 300 ℃的溫度下 ,ACF與 SiO2發(fā)生反應(yīng)而轉(zhuǎn)化為SiCf;3.在氮氣氣氛下進行熱處理(1 600 ℃)。4.1.4 超微粉體擠壓紡絲法

超微粉體摻混紡絲法[10]是制備連續(xù) SiCf的經(jīng)典方法, 是將超微 SiC粉、粘結(jié)劑和燒結(jié)助劑等混合后擠壓紡絲, 高溫燒結(jié)而成。英國 ICI公司用 0.1 μm～2.0 μm微粉 , PVAc作粘結(jié)劑 , B和 Al2O3作燒結(jié)助劑, 混合紡絲后高溫燒結(jié)制得 SiCf, 其強度為1.6 GPa。Si也可用作燒結(jié)助劑 ,并能降低燒結(jié)溫度到 1 800 ℃。4.2碳化硅的性能

可以看出, 活性炭纖維轉(zhuǎn)化法制備 的 SiCf的性 能與CVD法、先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制得 SiC相比尚有一定的差距 , 雖然大大降低了 SiCf的生產(chǎn)成本 , 使得SiCf大批量、工業(yè)化生產(chǎn)以及大范圍地被應(yīng)用成為可能 , 但其性能還需進一步的提高。提高活性炭纖維轉(zhuǎn)化法 SiCf性能的關(guān)鍵在于降低活性炭纖維微孔的孔徑, 并盡可能提高活性炭纖維的性能。4.3 NL-200陶瓷級纖維

NL-200陶瓷級纖維, 有很高的抗張強度(3 GPa)和高的抗張模量(220 GPa), 用作樹脂基、金屬基、陶瓷基復(fù)合材料的增強纖維。NL-400和 NL-500分別是高體積電阻率纖維和低體積電阻率纖維，兩者主要用作樹脂基復(fù)合材料的增強纖維。NL-607是由NL-200經(jīng)過碳涂層而得的纖維。用 NL-607增強的陶瓷復(fù)合材料具有優(yōu)秀的界面性能。這種纖維同時具有細、彎曲和連續(xù)的特性, 可生產(chǎn)多種機織物, 如布、帶、繩、編織和三維機織物，Nicalon纖維同時具有耐熱和高溫下耐氧化的優(yōu)秀性能。

4.3.1基于耐高溫性能的應(yīng)用

SiCf增強陶瓷(CMC)比超耐熱合金的質(zhì)量輕, 具有高溫耐熱性, 并顯著地改善了陶瓷固有的脆性 , 所以 CMC可用作宇宙火箭、航空噴氣式發(fā)動機等耐熱部件以及高溫耐腐蝕化學反應(yīng)材料等。根據(jù)美國 NASA的評價 , Hi-Nicalon碳化硅復(fù)合材料在 1 200℃下 , 可用作超高溫耐熱結(jié)構(gòu)材料 , 第二代超高速運輸飛機發(fā)動機部件及核聚變爐防護層材料等。英國航天工業(yè)局(AEA)將40vol%的連續(xù) SiCf增強陶瓷基復(fù)合材料用于新型航天飛行器獲得成功。該材料用熱壓或熱等靜壓成型 , 輕且堅固, 在承受強大的空氣動壓力的同時, 還能經(jīng)受航天器重返大氣層時的極高溫度。滿足了航天器的苛刻要求, 且成本低廉, 使用方便 , 是鈦合金和鎳基耐熱合金的理想替代物。美國德克斯特朗特種材料公司生產(chǎn)的連續(xù) SiCf/Si3N4陶瓷在1 370 ℃ 時 抗 拉 強 度 超 過276 MPa, 用于火箭發(fā)動機航天飛機等的隔熱瓦等。洛克公司以SiCf開發(fā)出來的耐熱瓦 , 已有 3萬余塊用于美國哥倫比亞號宇宙飛船上。用 CVD技術(shù)制作的碳化硅鍍覆瓦, 反復(fù)承受 1 260 ℃熱輻射后 , 其表面的硬度特性和金剛石一樣。目前已制造出用于1 630 ℃高溫的此類耐熱絕熱產(chǎn)品。法國 幻影 2000 戰(zhàn)斗 機的M53發(fā)動機魚鱗板內(nèi)側(cè)也采用了SiCf/SiC陶瓷基復(fù)合材料。日本以 SiCf/SiC材料作為空間飛機 HOPE-X的平面翼板及前沿 曲 面 翼 板 等 熱 保 護 系 統(tǒng)(TPS), 經(jīng)試驗其力學性能和熱保護性能都得到理 想結(jié)果[11]。在航空發(fā)動機方面 SiCf/SiC材料是更大幅度提高推重比的希望所在, 日本先進材料航空發(fā)動機(AMG)燃燒室的襯里、噴嘴擋、葉盤等均采用 CVI-PIP聯(lián)用工藝生產(chǎn)的 SiCf/SiC材料[12]。

4.3.2 基于結(jié)構(gòu)吸波性能的應(yīng)用

作為結(jié)構(gòu)吸波材料的吸收劑和增強劑,輕質(zhì)、高強高模、耐高溫且同時具備良好吸波性能的吸波纖維是當前吸波材料的重要研究方向之一。SiCf密硼纖維相當, 既具有與碳纖維相當?shù)膹姸扰c模量, 碳纖維、芳綸等無法比擬的耐高溫氧性，又具有與玻璃纖維相近的介電常數(shù)和電阻率, 是高性能復(fù)合材料的理想增強劑,是國外研究發(fā)展最快的耐高溫陶瓷纖維。SiCf可以抗 γ射線輻射以及高速粒子流和電子流的沖擊。SiCf經(jīng)過適當處理, 電阻率調(diào)整到10 Ψ· cm～ 103 Ψ·cm會達到最好的吸收效果。美國已研制出了 SiCf增強的玻璃陶瓷基復(fù)合材料,即使溫度較高該材料也具有吸波性能,已廣泛用作吸波材料和吸波結(jié)構(gòu)[13]。

5.結(jié)束語

新型航空航天器的先進性標志之一是結(jié)構(gòu)的先進性,而先進復(fù)合材料是實現(xiàn)結(jié)構(gòu)先進性的重要物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)技術(shù)。我國將成為世界上先進復(fù)合材料的最大用戶,卻面臨著國外的技術(shù)封鎖及我國技術(shù)貯備的嚴重不足。因此,實現(xiàn)我國先進復(fù)合材料研發(fā)和應(yīng)用的可持續(xù)發(fā)展,必須堅持自主創(chuàng)新,解決原材料問題,設(shè)計應(yīng)用中的理論問題,低成本技術(shù)問題,耐熱性、耐腐蝕性好的碳化硅纖維卓越的研究成果無疑為我們帶來了新的希望。從 SiCf的制備來看 , 先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法是比較成熟的方法 , 是SiCf制備研究的主流方向, 目前已實現(xiàn)工業(yè)化。在應(yīng)用方面, 用作耐熱材料及復(fù)合材料增強纖維及吸波材料, 在航空航天領(lǐng)域取得了令人振奮的研究結(jié)果。隨著研究的深入, SiCf/SiC材料將在更多的尖端技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。可以預(yù)見 , 憑借其優(yōu)秀的性能, SiCf將會是 21世紀最引人注目的高科技材料之一。

參考文獻

[1]劉代軍,陳亞莉.先進樹脂基復(fù)合材料在航空工業(yè)中的應(yīng)用[J].材料工程,2008(增刊).[2]黃發(fā)榮,周燕等.先進樹脂基復(fù)合材料[M].化學工業(yè)出版社,2007.[3]侯印鳴,李德成,孔憲正,陳素菊.綜合電子戰(zhàn)[M].北京:國防工業(yè)出版社，2000.[4]吳良義，航空航天先進復(fù)合材料現(xiàn)狀，天津市合成材料工業(yè)研究所 [5]Dawn C.Jegley* and K.Chauncey Wu，Structual Efficiency of Composite Struts for Aerospace Applications [6]沈軍,謝懷勤,先進復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的研發(fā)與應(yīng)用,2008 [7]劉瑩，孫璐，先進復(fù)合材料在航空航天的現(xiàn)狀與應(yīng)用（北京衛(wèi)星制造廠宇航材料與制造技術(shù)試驗檢測中心，北京，100190）

[8]杜善義，先進復(fù)合材料與航空航天，復(fù)合材料學報，2007 [9]林智群，雷永鵬，碳化硅陶瓷纖維的性能及其在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用，2008 [10]刁玉強, 何巨龍,長春光學精密機械學院學報 , 2000 [11]沈軍, 謝懷勤，航空用復(fù)合材料的研究與應(yīng)用進展，2006 [12]Saeed Safi, Asghar Kazemzadeh，MCMB–SiC composites;new class high-temperature structuralmaterials for aerospace applications，2013 [13]王恩青，張斌，復(fù)合材料在航空航天中的發(fā)展現(xiàn)狀和未來展望，2013

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第三篇：“十三五”重點項目-航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合

“十三五”重點項目-航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目可行性研究報告

編制單位：北京智博睿投資咨詢有限公司

0 本報告是針對行業(yè)投資可行性研究咨詢服務(wù)的專項研究報告，此報告為個性化定制服務(wù)報告，我們將根據(jù)不同類型及不同行業(yè)的項目提出的具體要求，修訂報告目錄，并在此目錄的基礎(chǔ)上重新完善行業(yè)數(shù)據(jù)及分析內(nèi)容，為企業(yè)項目立項、申請資金、融資提供全程指引服務(wù)。

可行性研究報告 是在招商引資、投資合作、政府立項、銀行貸款等領(lǐng)域常用的專業(yè)文檔，主要對項目實施的可能性、有效性、如何實施、相關(guān)技術(shù)方案及財務(wù)效果進行具體、深入、細致的技術(shù)論證和經(jīng)濟評價，以求確定一個在技術(shù)上合理、經(jīng)濟上合算的最優(yōu)方案和最佳時機而寫的書面報告。

可行性研究是確定建設(shè)項目前具有決定性意義的工作，是在投資決策之前，對擬建項目進行全面技術(shù)經(jīng)濟分析論證的科學方法，在投 資管理中，可行性研究是指對擬建項目有關(guān)的自然、社會、經(jīng)濟、技術(shù)等進行調(diào)研、分析比較以及預(yù)測建成后的社會經(jīng)濟效益。在此基礎(chǔ)上，綜合論證項目建設(shè)的必要性，財務(wù)的盈利性，經(jīng)濟上的合理性，技術(shù)上的先進性和適應(yīng)性以及建設(shè)條件的可能性和可行性，從而為投資決策提供科學依據(jù)。

投資可行性報告咨詢服務(wù)分為政府審批核準用可行性研究報告和融資用可行性研究報告。審批核準用的可行性研究報告?zhèn)戎仃P(guān)注項目的社會經(jīng)濟效益和影響；融資用報告?zhèn)戎仃P(guān)注項目在經(jīng)濟上是否可行。具體概括為：政府立項審批，產(chǎn)業(yè)扶持，銀行貸款，融資投資、投資建設(shè)、境外投資、上市融資、中外合作，股份合作、組建公司、征用土地、申請高新技術(shù)企業(yè)等各類可行性報告。

報告通過對項目的市場需求、資源供應(yīng)、建設(shè)規(guī)模、工藝路線、設(shè)備選型、環(huán)境影響、資金籌措、盈利能力等方面的研究調(diào)查，在行業(yè)專家研究經(jīng)驗的基礎(chǔ)上對項目經(jīng)濟效益及社會效益進行科學預(yù)測，從而為客戶提供全面的、客觀的、可靠的項目投資價值評估及項目建設(shè)進程等咨詢意見。

報告用途：發(fā)改委立項、政府申請資金、申請土地、銀行貸款、境內(nèi)外融資等

關(guān)聯(lián)報告：

航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目建議書 航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目申請報告 航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料資金申請報告

航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料節(jié)能評估報告

航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料市場研究報告

航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料商業(yè)計劃書 航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料投資價值分析報告

航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料投資風險分析報告

航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料行業(yè)發(fā)展預(yù)測分析報告

可行性研究報告大綱（具體可根據(jù)客戶要求進行調(diào)整）第一章 航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目總論

第一節(jié) 航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目概況

1.1.1航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目名稱

1.1.2航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目建設(shè)單位

1.1.3航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目擬建設(shè)地點

1.1.4航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目建設(shè)內(nèi)容與規(guī)模

1.1.5航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目性質(zhì)

1.1.6航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目總投資及資金籌措

1.1.7航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目建設(shè)期

第二節(jié) 航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目編制依據(jù)和原則

1.2.1航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目編輯依據(jù)

1.2.2航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目編制原則

1.3航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目主要技術(shù)經(jīng)濟指標

1.4航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目可行性研究結(jié)論 第二章 航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目背景及必要性分析

第一節(jié) 航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目背景

2.1.1航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目產(chǎn)品背景

2.1.2航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目提出理由

第二節(jié) 航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目必要性

2.2.1航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目是國家戰(zhàn)略意義的需要

2.2.2航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目是企業(yè)獲得可持續(xù)發(fā)展、增強市場競爭力的需要

2.2.3航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目是當?shù)厝嗣衩撠氈赂缓驮黾泳蜆I(yè)的需要 第三章 航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目市場分析與預(yù)測

第一節(jié) 產(chǎn)品市場現(xiàn)狀

第二節(jié) 市場形勢分析預(yù)測

第三節(jié) 行業(yè)未來發(fā)展前景分析

第四章 航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目建設(shè)規(guī)模與產(chǎn)品方案 第一節(jié) 航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目建設(shè)規(guī)模

第二節(jié) 航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目產(chǎn)品方案

第三節(jié) 航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目設(shè)計產(chǎn)能及產(chǎn)值預(yù)測

第五章 航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目選址及建設(shè)條件

第一節(jié) 航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目選址

5.1.1航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目建設(shè)地點

5.1.2航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目用地性質(zhì)及權(quán)屬

5.1.3土地現(xiàn)狀

5.1.4航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目選址意見

第二節(jié) 航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目建設(shè)條件分析

5.2.1交通、能源供應(yīng)條件 5.2.2政策及用工條件

5.2.3施工條件 5.2.4公用設(shè)施條件

第三節(jié) 原材料及燃動力供應(yīng)

5.3.1原材料 5.3.2燃動力供應(yīng)

第六章 技術(shù)方案、設(shè)備方案與工程方案 第一節(jié) 項目技術(shù)方案

6.1.1項目工藝設(shè)計原則

6.1.2生產(chǎn)工藝

第二節(jié) 設(shè)備方案

6.2.1主要設(shè)備選型的原則 6.2.2主要生產(chǎn)設(shè)備 6.2.3設(shè)備配置方案 6.2.4設(shè)備采購方式 第三節(jié) 工程方案

6.3.1工程設(shè)計原則

6.3.2航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目主要建、構(gòu)筑物工程方案

6.3.3建筑功能布局 6.3.4建筑結(jié)構(gòu)

第七章 總圖運輸與公用輔助工程 第一節(jié) 總圖布置

7.1.1總平面布置原則

7.1.2總平面布置

7.1.3豎向布置

7.1.4規(guī)劃用地規(guī)模與建設(shè)指標

第二節(jié) 給排水系統(tǒng) 7.2.1給水情況

7.2.2排水情況

第三節(jié) 供電系統(tǒng)

第四節(jié) 空調(diào)采暖

第五節(jié) 通風采光系統(tǒng)

第六節(jié) 總圖運輸

第八章 資源利用與節(jié)能措施

第一節(jié) 資源利用分析

8.1.1土地資源利用分析

8.1.2水資源利用分析

8.1.3電能源利用分析

第二節(jié) 能耗指標及分析

第三節(jié) 節(jié)能措施分析

8.3.1土地資源節(jié)約措施

8.3.2水資源節(jié)約措施

8.3.3電能源節(jié)約措施

第九章 生態(tài)與環(huán)境影響分析

第一節(jié) 項目自然環(huán)境

9.1.1基本概況

9.1.2氣候特點

9.1.3礦產(chǎn)資源

第二節(jié) 社會環(huán)境現(xiàn)狀

9.2.1行政劃區(qū)及人口構(gòu)成 9.2.2經(jīng)濟建設(shè)

第三節(jié) 項目主要污染物及污染源分析

9.3.1施工期 9.3.2使用期

第四節(jié) 擬采取的環(huán)境保護標準

9.4.1國家環(huán)保法律法規(guī)

9.4.2地方環(huán)保法律法規(guī)

9.4.3技術(shù)規(guī)范

第五節(jié) 環(huán)境保護措施

9.5.1施工期污染減緩措施 9.5.2使用期污染減緩措施

9.5.3其它污染控制和環(huán)境管理措施

第六節(jié) 環(huán)境影響結(jié)論

第十章 航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目勞動安全衛(wèi)生及消防

第一節(jié) 勞動保護與安全衛(wèi)生

10.1.1安全防護 10.1.2勞動保護 10.1.3安全衛(wèi)生 第二節(jié) 消防

10.2.1建筑防火設(shè)計依據(jù)

10.2.2總面積布置與建筑消防設(shè)計

10.2.3消防給水及滅火設(shè)備

10.2.4消防電氣

第三節(jié) 地震安全

第十一章 組織機構(gòu)與人力資源配置

第一節(jié) 組織機構(gòu)

11.1.1組織機構(gòu)設(shè)置因素分析 11.1.2項目組織管理模式

11.1.3組織機構(gòu)圖

第二節(jié) 人員配置

11.2.1人力資源配置因素分析 11.2.2生產(chǎn)班制 11.2.3勞動定員

表11-1勞動定員一覽表

11.2.4職工工資及福利成本分析

表11-2工資及福利估算表 第三節(jié) 人員來源與培訓(xùn)

第十二章 航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目招投標方式及內(nèi)容

第十三章 航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目實施進度方案

第一節(jié) 航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目工程總進度

第二節(jié) 航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目實施進度表

第十四章 投資估算與資金籌措

第一節(jié) 投資估算依據(jù)

第二節(jié) 航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目總投資估算

表14-1航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目總投資估算表單位：萬元

第三節(jié) 建設(shè)投資估算

表14-2建設(shè)投資估算表單位：萬元

第四節(jié) 基礎(chǔ)建設(shè)投資估算

表14-3基建總投資估算表單位：萬元

第五節(jié) 設(shè)備投資估算

表14-4設(shè)備總投資估算單位：萬元

第六節(jié) 流動資金估算

表14-5計算期內(nèi)流動資金估算表單位：萬元 第七節(jié) 資金籌措

第八節(jié) 資產(chǎn)形成第十五章 財務(wù)分析

第一節(jié) 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與參數(shù)選取

第二節(jié) 營業(yè)收入、經(jīng)營稅金及附加估算

表15-1營業(yè)收入、營業(yè)稅金及附加估算表單位：萬元 第三節(jié) 總成本費用估算

表15-2總成本費用估算表單位：萬元

第四節(jié) 利潤、利潤分配及納稅總額預(yù)測

表15-3利潤、利潤分配及納稅總額估算表單位：萬元 第五節(jié) 現(xiàn)金流量預(yù)測

表15-4現(xiàn)金流量表單位:萬元 第六節(jié) 贏利能力分析

15.6.1動態(tài)盈利能力分析

16.6.2靜態(tài)盈利能力分析

第七節(jié) 盈虧平衡分析

第八節(jié) 財務(wù)評價

表15-5財務(wù)指標匯總表

第十六章 航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目風險分析

第一節(jié) 風險影響因素

16.1.1可能面臨的風險因素 16.1.2主要風險因素識別

第二節(jié) 風險影響程度及規(guī)避措施 16.2.1風險影響程度評價

16.2.2風險規(guī)避措施

第十七章 結(jié)論與建議

第一節(jié) 航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目結(jié)論

第二節(jié) 航空航天用輕量化及結(jié)構(gòu)增強高性能纖維復(fù)合材料項目建議

第四篇：新制度經(jīng)濟學與航空航天

新制度經(jīng)濟學與航空航天

新制度經(jīng)濟學從交易費用、產(chǎn)權(quán)制度、企業(yè)的契約性質(zhì)和制度變遷等方面，開辟了經(jīng)濟學研究的新視角。作為北航的學生，學習這門課程，我希望把所學到的新制度經(jīng)濟學運用到航空航天中去。

新制度經(jīng)濟學的產(chǎn)生

20世紀60年代以來，經(jīng)濟學最為引人矚目的發(fā)展之一就是新制度經(jīng)濟學的出現(xiàn)和發(fā)展。新制度經(jīng)濟學的創(chuàng)始人科斯和主要代表人物諾思先后于1991年和1993年被授予諾貝爾經(jīng)濟學獎，充分說明新制度經(jīng)濟學越來越受到人們的重視。在西方，有人把新制度經(jīng)濟學與微觀經(jīng)濟學和宏觀經(jīng)濟學相提并論，認為它們共同構(gòu)成了當代經(jīng)濟學的完整體系。

新制度經(jīng)濟學與航空航天

航空航天工程往往工程浩大，在當今世界中，航空航天不僅僅是國家依靠國家權(quán)力來推進的一項事業(yè)，也成為了新經(jīng)濟中的新興產(chǎn)業(yè)。所以只有用好經(jīng)濟這把利器才能最大限度的發(fā)揮力量，使航空航天事業(yè)更上一層樓。在這里，制度的改革很重要。我們應(yīng)該在航空航天的民用領(lǐng)域內(nèi)實行制度的變革。更加適應(yīng)新世紀的國際形勢的需求。最近，也就是4月1號，美國將宣布是否將中國列入?yún)R率操控國，但不管列入與否，人民幣匯率上浮是一定的。這將對我國出口業(yè)造成很大的影響。但同時也以為這機會，我國航空航天事業(yè)應(yīng)該實行走出去的策略，引進外國各方面的技術(shù)。

借鑒新制度經(jīng)濟學的理論和研究方法，有助于我們根據(jù)中國改革開放進程中出現(xiàn)的新現(xiàn)象，進行理論創(chuàng)新和制度創(chuàng)新，以推動中國改革和發(fā)展的順利進行。

第五篇：航空航天材料

航空航天材料

簡要。本文介紹7經(jīng)過增強的工程熱望性材料以璉熱固性材料在航空航無方面 的應(yīng)用。遠號應(yīng)用有； 雷達天線罩、飛行器結(jié)構(gòu)、陀螺外萬向架、電路板，導(dǎo)彈彈 體構(gòu)架等。

主題詞： 熱塑性塑料，航天材料，航空材料，復(fù)合材料

引 言

航空航天工業(yè)總是期待著性能優(yōu)良、重量輕，價格便宜的材料。

“塑料 己存在相當長的時間了，但是常用塑料本身，盡管重量輕，價格便宜，但在航 空航天領(lǐng)域里應(yīng)用并不多。

復(fù)合材料使用了特性增強荊來彌補其基體塑料性能之不足。復(fù)合材料用途較多，目前，為了某些領(lǐng)域的應(yīng)用，己制成熱固性樹脂為基體的復(fù)合材料。

熱固性材料，當固化時，其分子交聯(lián)，一旦成型，其形狀不能改變，這些材料中典型的 是在一些船殼制造中使用的玻璃增強塑料(GRP)。另一方面，熱塑性材料，一經(jīng)加熱，即可成 型并冷卻，還可再次加熱并再次成型，典型的有，聚乙烯薄鍍反射罩和聚氯乙烯(PVC)雙釉。不幸的是，熱塑性材料己不是一種優(yōu)良的材料了。它受到因?qū)υ摬牧闲阅芰私獠欢嘣斐?設(shè)計不良的嚴重損害。

許多年來，改變熱塑性材料不利狀態(tài)依賴于對工程熱塑料更完善的認識。這些塑料有聚

酰胺(尼龍)，二乙醇共聚物，聚酯。這期間，注意力集中在上述塑料與如象聚乙烯，聚氯乙 烯，聚苯乙烯這種 商品 塑料之簡的差別。這些工程塑料已在市場上取得成功，在某些情 況下其壽命更長些。

這項成功的基礎(chǔ)是主供應(yīng)廠商們的宣傳教育，他們認為，對任何組件來說，熱塑性材料 都需有正確的設(shè)計、合格的材料以及適合的工藝方法。在低等級塑料設(shè)計中，不能取代熱塑性材料

但是，當工程熱塑性材料市場范圍擴大時，塑料市場在方向變化上變得成熟，特別是在 普通材料在全部應(yīng)用中不能滿足設(shè)計者的總要求時。

在這些要求中，最主要的是能承受的結(jié)構(gòu)溫度較低，因此，降低了潛在的應(yīng)用價值。當 繼續(xù)研究時，雖然在價值上依據(jù)未加工材料價格和生產(chǎn)價格，但市場仍準備接受提高了性能 的材料。主供應(yīng)廠商努力對付這種挑戰(zhàn)，并且在70年代，第一代新型熱塑性材料進入市場，特別是在過去的幾年里，取得了明顯的增長。

所有這些新生產(chǎn)的高性能工程熱塑性材料是以其特性為其特征的，除它們所具有一些有 用的性能外，．耐高溫性能是最突出的性能之一。

為了確定能否滿足挑戰(zhàn)的要求，建議給出各種類型材料，及其特性的簡單比較，在這之 前，給出熱塑性材料及其復(fù)合材料所具有的潛在的以及在某些情況下，所具有的更多的先進 性能的簡單應(yīng)用情況。材 料

熱國性材料

大部分已投入使用的熱固性材料為大家所熟知的G．R．P．(玻璃纖維增強塑料)材料。

這些材料一般具有彈性性質(zhì)，并已用象增強纖維這樣的材料提高其性能，以便提供應(yīng)用泛圍 更為廣泛的材料，應(yīng)用泛圍有公共汽車的候車亭、飛機和衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)。

熱固性材料特性可以用其化學性質(zhì)來表征。由于用這種材料制成的組件在生產(chǎn)時要固

化，分子間要進行交鏈反應(yīng)，所以這些材料具有像玻璃一樣的光滑，易碎、并且工藝性能差 等特性。這種類型的典型材料從商業(yè)聚酯化物到作為主流材料的環(huán)氧類，它們都很少具有高 溫性能。然而，也有一些其它的熱固性樹脂，它們之中的每一種均具有獨特的性質(zhì)，而是主 流材料所不具有的。例如，乙烯樹脂／酯在化學腐蝕的環(huán)境中非常適用，丙烯酸鹽／氨基甲酸

乙酯是一種新型的樹脂系列，它具有快速固化的潛在優(yōu)勢、固化周期是以分計，而不是小時 或者天，對于生產(chǎn)速度高的樹脂噴注工藝來說是理想的

熱固性材料的生產(chǎn)技術(shù)主要受到手工鋪置(這種技術(shù)在熱固性材料生產(chǎn)工藝中起主要作 用，并且在這種工藝中，對自動化在生產(chǎn)成本可行的部件起關(guān)鍵作用)和新型噴射成型工藝 的限制。熱塑性材料

這是一種可進行多次成型的材料。進行初始成型的工藝技術(shù)范圍非常廣泛，包括噴注，壓縮吹制、擠壓以及澆注等各種方法。

這種材料有兩種化學結(jié)構(gòu)，它們的熱塑性就是在這種結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成的。一種化學結(jié) 構(gòu)是任意分子結(jié)構(gòu)的無定形聚合物，另一種是甚有序分子結(jié)構(gòu)的結(jié)晶聚合物。高性能工程熱塑料材料分為兩種，并具有不同的特性，但均具有相同的高溫性能。無定形熱塑性材料通常是透明的、具有轉(zhuǎn)移溫度(Tg)(~200X])高，熔化范臣大，抗蠕 變性好以及耐化學腐蝕性的材料。

此類高性能工程熱望性材料屬于多芳基化合物，如； 聚醚砜 P．E．S 聚砜 P．S．F以及 玫型聚酰亞胺

聚醚酰亞胺P．E．I 結(jié)晶熱望性材料通常是半透明或不透明的，轉(zhuǎn)移溫度較低(Tg s≈150℃)，到達熔點迅 速，耐磨、抗疲勞、化學性能好。這些聚合物有。

聚醚醚酮 P．E．E．K 聚醚酮 P．E．K 聚酮 P．K 對聚苯硫 P．P．S 這是一些典型的多芳基化合物聚合物，而聚酰胺亞胺P．A．I是一種改良型聚酰亞胺。這兩種聚合物之間的主要差別在于其性靛隨溫度的變化而不同，如圖1所示。

圖lA表示，彈性模量在溫度達到Tg之前隨溫度變化的情況，其性靛曲線以一種梯度形 式下降，而這種材料緩慢地熔化。

結(jié)晶型材料的彈性模量隨溫度的變化(圖1B)有兩個特殊階段，彈性模量在Tg處下降，當該種材料的溫度達到其熔點(Tin)時，又一次快速下降。

目前，芳基化物和改良酰亞胺是兩種主要的聚合物材料，它們占據(jù)著高性靛熱塑型材料

市場。但是，新型材料的研制一直在進行，例如液晶或自身增強聚合物X州ar和Vectra以愛 D．s．M．Netherland s研制的4．6尼龍型材料。

利用在上述材料中加入增強劑的辦法，使得熱塑性復(fù)臺材料在高性能元器件的應(yīng)用上具 有明顯的潛力。

熱塑性材料的遠景應(yīng)用

雷選天線罩 ’ ●

雷達天線罩材料的選擇受到應(yīng)用的限制，由于天線罩具有穿透雷達頻率的靛力，所以只 能用非金屬材料。

雷達天線罩基本上是個具有氣動力外形的殼體，它可以保護雷達天線不受環(huán)境的影響，對信號不太會或根本不會造成衰減和失真。目前，已經(jīng)用由連續(xù)玻璃纖維或aramid纖維增強 的熱固性材料制成，并且還必須用臺成橡膠涂料涂敷，以保護天線罩不受高速的雨滴、冰雹 和雪的影響。這種熱固性材料還不受飛行器的各種流體和燃料的影響，在本應(yīng)用范圍內(nèi)，飛 行器各種流體和燃料與材料是極為相窖的。

目前，在該極特定范圍內(nèi)的新型熱塑性材料可能超過熱同性材料，如這些材辯具有固有 的耐蝕性，這是由于這些材料的天然剛性，并且在結(jié)晶狀態(tài)下還具有固有的耐化學腐蝕性

更重要的是，它在廣泛的溫度泛圍內(nèi)有可控絕緣性能，以及存在著消除用于環(huán)境防護的橡膠 涂層的潛力，解決了信號衰減的設(shè)計問題。但是，當需要高溫加工設(shè)備時，由于對成本產(chǎn)生 很大的影響，熱塑性材料的制造可能限制了產(chǎn)品的尺寸。當試圖連續(xù)生產(chǎn)塑強熱塑性材料的 天線罩時，生產(chǎn)制造即成為重大問題了。飛行器結(jié)構(gòu) 飛行器組臺件是用輕金屬合金制造的，但是，提高含有高強度連續(xù)碳纖維的環(huán)氧／碳復(fù) 臺材料的使用已減輕了組件的重量，并且其某些性能超出了一般的金屬。

熱固性基體復(fù)臺材料，其本身要求成型周期長，以便使熱固性復(fù)臺材料的組件較好地達 到預(yù)計性能。交聯(lián)鍵基體材料呈玻璃態(tài)，而熱塑性材料成型后仍保留可塑性，特別是在涉及 到的故障容限上具有臺乎要求的特性，因此，熱塑性材料是有希望的。．

連續(xù)碳纖維增強熱塑性材料，像P．E．E．K-A．P．C，也表明共生產(chǎn)周期縮短，無貯存壽 命或固化周期，優(yōu)越的耐熱、耐濕性以及較好的故障容限性，但是不易制造，并且由于最一 般的熱固性熱壓處理成型技術(shù)之故而還未投入使用，因此，在高性能應(yīng)用上才剛剛開始。另外一些沒有什么結(jié)構(gòu)要求的飛行器應(yīng)用是人孔蓋。由常用的鋁材改為熱固性復(fù)臺材

料，其重量減輕25。就熱塑性材料而言，這種重量的減輕隨生產(chǎn)成本的降低而提高，典型 情況下，是常用復(fù)臺材料的三分之一。

用于制造這些組件的典型生產(chǎn)技術(shù)采用了改進的沖壓技術(shù)，這種沖壓技術(shù)特別適用于以 熱塑性P．P．S和P．E．E．K作為基體材料的連續(xù)纖維復(fù)臺材料。陀螺外萬向架

現(xiàn)代陀螺組件主要用鋁材制造，這可以達到減輕重量和提高剛度的要求，同時還滿足極 高的尺寸允差要求。

當前的工作是評價在本項范圍內(nèi)應(yīng)用復(fù)臺材料時降低成本的主要原因，特別是在組件產(chǎn) 量達到數(shù)萬件時。

已經(jīng)對使用可塑性復(fù)臺材料的兩種技術(shù)進行了評價。一種是環(huán)氧／碳單向鋪層、粘結(jié)和 機械固接到復(fù)合鋁臺金上的技術(shù)。它具有較好的尺寸穩(wěn)定性，尤其是在熱膨脹時。

第二種為注模工藝技術(shù)，這種技術(shù)使用了在幾種如像P．E．E．K，P．E．S，P．E．I和P．P．S 這些工程熱塑性塑料中加入短碳纖維而制成的復(fù)臺材料。這種方法的優(yōu)點是在極高的彈性模 量的條件下減輕重量，并能對軸承和軸瓦進行整體模壓制造，因此進一步降低了生產(chǎn)成本。表1列出了這種應(yīng)用方法的典型性能的比較。電路援

三十年來，印刷電路板使用了以聚酯樹脂，環(huán)氧樹脂以及聚醢亞胺作為熱固性基體材料 和以璃玻纖維編織物或紙作增強材料而構(gòu)成的復(fù)臺材料。

新型和先進的 電子封裝 技術(shù)需要有具有不同特性的電路板，很多普通材料不能滿足 要求，特別在介電常數(shù)上

由于普通工程熱塑性翅料的限制而使得先進技術(shù)的希望有所減小，在P．E．S和P．E．I選 種塑料出現(xiàn)之前，不會滿足如下一些設(shè)計準則的要求，這些準則是 ·經(jīng)受住焊接溫度和時間，·使用標準技術(shù)進行生產(chǎn)I ·提供良好的導(dǎo)體／基體的粘接。

當前趨向于使用無定形材料，這些材料在溫度達到轉(zhuǎn)移溫度(T g)之前，尺寸穩(wěn)定性較 好，不發(fā)生相變。像P．S．F，P．E．I和P．E．S這些材料，其T 和熱失穩(wěn)溫度(HDTS)均 高，且不易燃，就國際規(guī)格(美NUuderwriter s試驗室)來說，比大多數(shù)常用基礎(chǔ)材料要 高。

對許多改進的電系統(tǒng)，這些材料具有潛在的優(yōu)勢，但是，前一些傳統(tǒng)的材料仍適用于 許多設(shè)計上 典型材料的比較見表2。導(dǎo)彈彈體構(gòu)架

制造導(dǎo)彈的典型方法是用鋁材經(jīng)鍛造或鑄造制成單獨的圓筒形段，然后焊接而成整個彈 體。

為了降低成本，特別是對生產(chǎn)上千發(fā)導(dǎo)彈來說，需采用成本很低的導(dǎo)彈設(shè)計工程方法。

這就是半殼式設(shè)計方法，這種方法除具有高生產(chǎn)率外，其主要的優(yōu)點是整個導(dǎo)彈彈體的焊接 工作量明顯降低(見圈2)

對各種成塑方法進行了評價，戚塑使用的材料是高性能工程熱塑性材料，成塑方法包括

從連續(xù)纖維熱固性樹脂噴注法到熱固性壓膜和注膜法。

上述每種生產(chǎn)技術(shù)都可能滿足所需大量的導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。對任何塑性材料來說，熱 塑性材料具有最高的潛在生產(chǎn)速度。

直到目前為止，許多常用的熱塑性材料尚不能滿足導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)應(yīng)用要求。但是，像P．P．S、P．E．E．K和P．E．S聚臺物的出現(xiàn)產(chǎn)生了成本一效果設(shè)計結(jié)果，尤其是將增強釬維加入到天 然高性能基體材料時。在本應(yīng)用中使用的幾種復(fù)合材料的典型性能列于表3。

對各種成塑方法進行了評價，戚塑使用的材料是高性能工程熱塑性材料，成塑方法包括

從連續(xù)纖維熱固性樹脂噴注法到熱固性壓膜和注膜法。

上述每種生產(chǎn)技術(shù)都可能滿足所需大量的導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。對任何塑性材料來說，熱 塑性材料具有最高的潛在生產(chǎn)速度。

直到目前為止，許多常用的熱塑性材料尚不能滿足導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)應(yīng)用要求。但是，像P．P．S、P．E．E．K和P．E．S聚臺物的出現(xiàn)產(chǎn)生了成本一效果設(shè)計結(jié)果，尤其是將增強釬維加入到天 然高性能基體材料時。在本應(yīng)用中使用的幾種復(fù)合材料的典型性能列于表3。時，預(yù)定纖維取向是重要的。

～～ 自鼐五烯出現(xiàn)以來，現(xiàn)有的工程熱塑料已經(jīng)發(fā)展了相當長的一段時間，但是在熱性能方

面，溫度性能產(chǎn)生了自己的問題 生產(chǎn)這些材料需要很高的溫度，并且生產(chǎn)連續(xù)纖維復(fù)合材

肆組臺件優(yōu)之生產(chǎn)與其相似的熱固性材料組件要困難得多。

這種情況的發(fā)展，使之適臺于重要的應(yīng)用上。在這些應(yīng)用中，熱塑性材料可作為基體材 料而取代許多常用的熱固性材料。一

熱塑性材料的一個突出優(yōu)點就是它可以作為一種純樹脂束生產(chǎn)工程組合件而不需加入增

強材料。熱同性枋料僅作為樹脂來使用是不實際的，要保證使用，則需要特性增強劑。

結(jié) 論

本文說明了熱塑性材料及其復(fù)合材料在航空艟天應(yīng)用中的范圍，其潛力是否完全滿足要 求將取決于所選用的材料能按成本—— 效果要求進行組件設(shè)計和生產(chǎn)。

從用于增強劑的纖維到用于降低密度以及介電特性的空心微球顆粒的這些特性增強劑表

明，所有。塑性一材料都具有滿足大部分應(yīng)用的通用性，麗在這些應(yīng)用中，均使用了熱塑性 材料。

疑后指出，熱塑性材料不能取代熱固性材料，它們僅彌補塑料作為一個整體以及滿足取 決于其能力的挑戰(zhàn)要求的塑料的成就項目。