碳纖維復(fù)合材料在航空領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展展望

薛昊飛

摘 要 在社會(huì)科技快速發(fā)展的情況之下，我國(guó)的航空領(lǐng)域發(fā)展取得了空前的成就，航天領(lǐng)域也對(duì)材料各方面性能提出了更高的要求?；诖?，相關(guān)的工作人員需要充分地對(duì)全新的碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行深入的研究和分析，然后將其有效地應(yīng)用在航空領(lǐng)域當(dāng)中。這樣能夠全面提升我國(guó)航空領(lǐng)域的制造技術(shù)和科技水平，同時(shí)也為航空領(lǐng)域當(dāng)中新材料的有效應(yīng)用打好基礎(chǔ)。本文首先分析了現(xiàn)階段航空領(lǐng)域碳纖維復(fù)合材料的實(shí)際應(yīng)用情況，然后對(duì)航空領(lǐng)域當(dāng)中碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞 碳纖維復(fù)合材料；航空領(lǐng)域；應(yīng)用；發(fā)展展望

中圖分類號(hào) TB3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）17-0012-01

復(fù)合材料主要是由兩種以上或者兩種不同性質(zhì)的特殊材料，經(jīng)過(guò)化學(xué)處理或者物理處理之后，形成具有全新特性和性能的材料。在材料融合之后，能夠充分地發(fā)揮不同材料的優(yōu)勢(shì)，從而最大限度地提升復(fù)合材料的協(xié)同效應(yīng)。另外，由于復(fù)合材料本身具有優(yōu)于原材料的特性，能夠根據(jù)不同的要求和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行重新組合。在航空領(lǐng)域當(dāng)中可以根據(jù)不同的要求，有效地運(yùn)用不同的復(fù)合材料來(lái)完成制造?，F(xiàn)階段，我國(guó)航空領(lǐng)域的復(fù)合材料應(yīng)用水平不斷提高，其中碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用較為

廣泛。

1 現(xiàn)階段航空領(lǐng)域當(dāng)中碳纖維復(fù)合材料的實(shí)際應(yīng)用情況

在航空領(lǐng)域當(dāng)中有效的應(yīng)用全新碳纖維復(fù)合材料，對(duì)不斷的提升航空領(lǐng)域的整體技術(shù)水平和制造效率是十分必要的。全面的在飛機(jī)制造當(dāng)中有效地應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料，能夠更好的解決飛機(jī)使用壽命、可靠性、重量、性能等各個(gè)方面問(wèn)題。航空領(lǐng)域當(dāng)中碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用可分為3個(gè)階段，分別是復(fù)雜受力構(gòu)件或主承力構(gòu)件階段；例如中央翼盒、機(jī)身的應(yīng)用，承力較大構(gòu)件或者次承力構(gòu)件階段，例如機(jī)翼的應(yīng)用；非承力構(gòu)件或者受力不大構(gòu)件階段，例如口蓋、舵面等的應(yīng)用。

在軍用飛機(jī)制造的過(guò)程當(dāng)中，國(guó)外碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用比例為25%～30%左右，例如，F(xiàn)-22“猛禽”戰(zhàn)斗機(jī)制造的過(guò)程當(dāng)中是以碳纖維復(fù)合材料為主體，復(fù)合材料用量達(dá)到25%；F-35“閃電Ⅱ”聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)制造過(guò)程當(dāng)中的碳纖維復(fù)合材料使用量達(dá)到35%，從而使得戰(zhàn)斗機(jī)的整體重量大幅降低。臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)在制造的過(guò)程當(dāng)中使用了較多先進(jìn)的技術(shù)，并且本身的碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用達(dá)到40%，戰(zhàn)斗機(jī)的方向舵、垂尾、機(jī)翼、機(jī)身基本是由碳纖維復(fù)合材料構(gòu)成。與之相比，我國(guó)碳纖維復(fù)合材料在軍用飛機(jī)制造過(guò)程當(dāng)中的應(yīng)用僅有10%，如殲-11B重型戰(zhàn)機(jī)制造過(guò)程當(dāng)中碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用比例達(dá)到9%，其中水平尾翼、垂直尾翼、機(jī)翼等重要構(gòu)件都采用了大量碳纖維復(fù)合材料。殲-10戰(zhàn)斗機(jī)將碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用在鴨翼、水平尾翼的制造過(guò)程當(dāng)中，從而使得戰(zhàn)斗機(jī)的碳纖維應(yīng)用比例達(dá)到10%。另外，F(xiàn)C-1梟龍戰(zhàn)斗機(jī)、L-15、“獵鷹”教練機(jī)都使用了比例不等的碳纖維復(fù)合材料。

在民用飛機(jī)制造的過(guò)程當(dāng)中，國(guó)外先進(jìn)國(guó)家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了超過(guò)50%的碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用，例如，波音公司的B787飛機(jī)?？湛虯350XWB寬體飛機(jī)系列機(jī)體制造當(dāng)中使用了70%的先進(jìn)材料，其中，碳纖維復(fù)合材料得比例達(dá)到25%左右。A380超大型客機(jī)在在制造的過(guò)程當(dāng)中消耗了35噸的結(jié)構(gòu)材料，其中22%是碳纖維復(fù)合材料。我國(guó)大型客機(jī)ARJ21翔鳳客機(jī)在建造的過(guò)程當(dāng)中采用的碳纖維復(fù)合材料只有2%，大型客機(jī)C919的中央翼部段部分、垂直尾翼、內(nèi)外襟翼在制造的過(guò)程當(dāng)中都使用了碳纖維復(fù)合材料，從而使得客機(jī)的整體材料應(yīng)用比例達(dá)到7%。

2 航空領(lǐng)域當(dāng)中碳纖維復(fù)合材料的發(fā)展展望

現(xiàn)階段，我國(guó)航空領(lǐng)域的碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用水平不斷的提高，但我國(guó)的應(yīng)用技術(shù)和生產(chǎn)水平仍然落后于國(guó)外發(fā)達(dá)地區(qū)和發(fā)達(dá)國(guó)家，碳纖維材料的制造和生產(chǎn)當(dāng)中仍然存在著一定的問(wèn)題。如，碳纖維復(fù)合材料生產(chǎn)技術(shù)較為落后，缺乏高端產(chǎn)品；碳纖維復(fù)合材料等應(yīng)用領(lǐng)域有待拓展；材料的生產(chǎn)成本相對(duì)較高；產(chǎn)品的合格率相對(duì)較低，且質(zhì)量較為不穩(wěn)定；一體化成型技術(shù)水平有待發(fā)展。

在我國(guó)國(guó)防建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過(guò)程當(dāng)中，碳纖維復(fù)合材料是其中重要的戰(zhàn)略性材料，該材料的應(yīng)用具有帶動(dòng)力強(qiáng)、輻射面廣、技術(shù)含量高的特點(diǎn)，因此，能被廣泛地應(yīng)用在不同的領(lǐng)域當(dāng)中。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得知，全球碳纖維材料2014年達(dá)到10萬(wàn)噸，而其中，占據(jù)大部分市場(chǎng)的碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)品主要是由美、日企業(yè)生產(chǎn)的。相關(guān)人員根據(jù)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)得知碳纖維復(fù)合材料的需求量將以每年15%的速度不斷地增長(zhǎng)，市場(chǎng)需求增加到如今的兩倍以上大約只需要五年的時(shí)間。而我國(guó)2030年的碳纖維復(fù)合材料的需求量將提升至30萬(wàn)到50萬(wàn)噸左右。為了更好地滿足航空領(lǐng)域的材料使用要求，未來(lái)的碳纖維復(fù)合材料生產(chǎn)和應(yīng)用將不斷地向系列化、低成本化、多元化、高性能化發(fā)展。

這就意味著我國(guó)碳纖維復(fù)合材料生產(chǎn)領(lǐng)域具有較高的潛能，因此，相關(guān)人員需要全面地對(duì)碳纖維復(fù)合材料發(fā)展過(guò)程當(dāng)中的實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行深入的研究和分析，然后全面地加強(qiáng)對(duì)碳纖維復(fù)合材料的關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)力度。采取一系列有效的方法和手段不斷地提升我國(guó)的碳纖維復(fù)合材料的發(fā)展創(chuàng)新水平、質(zhì)量控制水平、生產(chǎn)效率應(yīng)用水平、工藝技術(shù)水平，最大限度地降低碳纖維復(fù)合材料的生產(chǎn)成本，以確保碳纖維復(fù)合材料能夠在航空領(lǐng)域以及其他領(lǐng)域當(dāng)中獲得全面的應(yīng)用。

3 結(jié)論

碳纖維復(fù)合材料具有優(yōu)于其他復(fù)合材料的力學(xué)性能，因此，能夠被廣泛地應(yīng)用于航空領(lǐng)域的生產(chǎn)和制造過(guò)程當(dāng)中。特別是在飛機(jī)構(gòu)件的生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，全面的應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料能夠最大限度地提升構(gòu)件的耐腐蝕性、耐疲勞性，還能夠在大大減輕飛機(jī)重量的情況之下全面提升飛機(jī)的強(qiáng)度。另外，全面的將碳纖維投入因?yàn)樯a(chǎn)之后，不僅能夠更好地滿足航空領(lǐng)域的材料需求，同時(shí)也能最大限度地降低飛機(jī)建造過(guò)程當(dāng)中的各種

成本。

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