飛機(jī)材料技術(shù)中非金屬材料的應(yīng)用與研究

于躍 趙國(guó)慶

摘要：組成飛機(jī)的零部件的基礎(chǔ)材料成分都有所區(qū)別，在飛機(jī)制造的過程中，應(yīng)用的材料有金屬的、非金屬的，同時(shí)也存在著一些性質(zhì)比較特殊的材料，這些材料所屬的類別和特點(diǎn)意味著在飛機(jī)零部件的構(gòu)造和設(shè)計(jì)上將會(huì)有很大的差異。本文將對(duì)當(dāng)前飛機(jī)材料技術(shù)應(yīng)用中非金屬材料進(jìn)行探究，通過對(duì)非金屬材料的類別、材料的結(jié)構(gòu)以及材料的具體應(yīng)用的深入闡述，來說明非金屬材料在飛機(jī)制造過程中的重要作用。

關(guān)鍵詞：非金屬材料;飛機(jī)材料技術(shù);應(yīng)用研究

引言

我國(guó)飛機(jī)制造材料主要以金屬材料為主，但隨著材料科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，越來越多的非金屬材料被應(yīng)用到了航空領(lǐng)域當(dāng)中，例如陶瓷、復(fù)合材料的應(yīng)用越來越廣泛，這些材料的存在價(jià)值并非是金屬材料的替代品，有些自身具有不可替代的作用，依據(jù)行業(yè)選用、研制的原則，結(jié)合國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)結(jié)合的方式來探討各種材料具體應(yīng)用的特點(diǎn)，以期為相關(guān)行業(yè)發(fā)展提供有效的經(jīng)驗(yàn)的借鑒。

1 非金屬材料中高分子材料的應(yīng)用

高分子材料在飛機(jī)材料技術(shù)應(yīng)用覆蓋面較廣，其又叫做高聚物或者聚合物材料，依據(jù)材料的實(shí)際來源情況又可以劃分為天然高分子材料，主要是從動(dòng)植物當(dāng)中提取而來的，還有合成性的高分子材料。經(jīng)過對(duì)兩者進(jìn)行對(duì)比，合成性高分子材料的耐磨性、抗腐蝕性、絕緣性能更具有優(yōu)勢(shì)，并且材料更輕。根據(jù)合成性高分子材料的機(jī)械性能還有使用時(shí)呈現(xiàn)出來的狀態(tài)，還可以將其劃分為五大類，即橡膠、塑料、合成纖維、涂料和膠黏劑。

1.1塑料

人們普遍比較熟悉的塑料制品更多是在日常生活實(shí)際當(dāng)中接觸到的，但是塑料實(shí)質(zhì)上還可以分出三個(gè)類型，即通用塑料、工程塑料還有特種塑料。其中通用塑料指的就是我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｊ褂玫乃芰希饕蔷垡蚁?、聚苯乙烯、酚醛塑料等類別，這些類型的塑料生產(chǎn)產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到塑料總體產(chǎn)量的四分之三以上了;工程塑料則是以結(jié)構(gòu)材料的形式在工程結(jié)構(gòu)當(dāng)中進(jìn)行應(yīng)用。這類塑料主要涉及到聚酰胺、有機(jī)玻璃、聚甲醛、ABS等，通常這部分類型的工程塑料的機(jī)械性能和加工穩(wěn)定性都比較好，且比通用塑料更具有耐熱性、耐磨性、耐腐蝕性和絕緣性，在航空領(lǐng)域的應(yīng)用也比較廣泛，例如飛機(jī)蓋板、手柄、管接頭、手柄、膠帶、套筒、電線電纜覆蓋等。特種塑料具有特殊的使用性能，主要集中在醫(yī)療行業(yè)等特殊使用場(chǎng)合。

1.2橡膠

橡膠是一種高彈性的線性高分子材料，其保持高彈性的溫度通常梓零下四十?dāng)z氏度到零上八十?dāng)z氏度之間，有些橡膠甚至能夠在零下一百攝氏度到零上二百攝氏度還保持著良好的高彈性。其次，橡膠的彈性模量也處在較低的水平，變形量高達(dá)百分之一百到百分之一千之間。

1.3合成纖維

纖維是長(zhǎng)度能夠延長(zhǎng)和保持在比直徑還要大100倍以上的呈現(xiàn)均勻狀態(tài)的條狀或者絲狀的材料，主要有天然纖維和化學(xué)纖維兩個(gè)類別，而化學(xué)纖維也可按照制造工藝的不同劃分成人造纖維和合成纖維兩種。人造纖維主要是利用自然界自然產(chǎn)生的纖維經(jīng)過人力加工而成的，諸如人造棉、人造絲此類的。合成纖維比較復(fù)雜，通常是用石油、天然氣還有煤等制作而成的，諸如尼龍、腈綸、滌綸等，除了常見作為織物用品外，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)也會(huì)使用到合成纖維。

1.4合成膠黏劑

通俗來將，膠黏劑就是普遍所說的法為膠，其用途是粘結(jié)零部件，操作過程較為簡(jiǎn)便，同時(shí)還能保持接頭處應(yīng)力分布均勻，具有較高的密封性、耐腐蝕性和絕緣性，因此也投入到飛機(jī)制造材料的使用過程當(dāng)中。膠黏劑也分為自然膠黏劑和合成膠黏劑，合成膠黏劑應(yīng)用領(lǐng)域要比自然膠黏劑來的廣泛，并且依據(jù)飛機(jī)制造材料的不同需要應(yīng)用的合成膠黏劑也有區(qū)別，兩種性質(zhì)不同的材料在粘結(jié)的時(shí)候選用的膠黏劑需要符合雙方共性需要。不同的膠黏劑的使用方法也具有差異性，有的需要對(duì)溫度加以控制，有的則需要將其融入到容易揮發(fā)的溶液當(dāng)中。

1.5涂料

作為一種有機(jī)高分子膠體混合而成的溶液，涂膠主要應(yīng)用在零部件的表面，待其成膜之后，可以防止機(jī)身出現(xiàn)氧化、磨損、腐蝕的問題。涂料當(dāng)中含有的物質(zhì)有粘結(jié)劑、溶劑還有顏料以及其他的輔助性材料。粘結(jié)劑主要用來強(qiáng)化膜和被涂物的牢固程度，顏料則是用來上色同時(shí)來提升膜的強(qiáng)度、耐磨性能還有耐腐蝕的性能。

2 非金屬材料中復(fù)合材料的應(yīng)用

飛機(jī)材料技術(shù)當(dāng)中，非金屬材料除了高分子材料之外，復(fù)合材料的應(yīng)用也越加普及。復(fù)合材料，顧名思義，是由兩種或者兩種以上的，具有不同化學(xué)本質(zhì)的材料經(jīng)過人工加工重組后形成的，為多相結(jié)構(gòu)[1]。按照其基體的不同可以劃分為金屬基復(fù)合材料，陶瓷基復(fù)合材料和高分子基復(fù)合材料，其中金屬基和高分子基復(fù)合材料應(yīng)用的較多，按照結(jié)構(gòu)性質(zhì)來分類的話，還能夠分出功能復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，在航空領(lǐng)域，后者應(yīng)用的情況比較普遍，同時(shí)還能劃分出纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料等，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中比較常見的有碳纖維、玻璃纖維、硼纖維等，下文將對(duì)復(fù)合材料特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述：

第一，在航空領(lǐng)域當(dāng)中，其應(yīng)用設(shè)備和飛機(jī)本身的結(jié)構(gòu)對(duì)于材料具有強(qiáng)度和重量上的要求，這就需要用到比強(qiáng)度，即強(qiáng)度/比重，以及比模量，即彈性模量/比重這兩個(gè)比值較高的材料，復(fù)合材料中的碳纖維以及環(huán)氧樹脂組合而成的材料物質(zhì)，其強(qiáng)度要比鋼高上7倍，比模量則要比鋼大上3倍。

第二，復(fù)合材料具有較高的耐疲勞性能，其是從承載力比較弱的纖維初開始產(chǎn)生疲勞破壞，慢慢延伸到基體和纖維相互結(jié)合的層面上，但是基體和增強(qiáng)纖維之間的界面對(duì)裂紋擴(kuò)張具有很好的阻擋作用。

第三，復(fù)合材料耐高溫性能也異常突出，例如增強(qiáng)纖維即使處在高溫的狀態(tài)，也能夠?qū)⑵鋸?qiáng)度保持在一定的范圍內(nèi)，特別是其中由硼纖維或者碳纖維組成的纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，溫度在四百攝氏度，其強(qiáng)度還有彈性模量與在常溫條件下的比值是基本一樣的。

結(jié)束語(yǔ)

飛機(jī)材料技術(shù)當(dāng)中非金屬材料雖然與金屬材料應(yīng)用的普及程度還存在一定的距離，但是其應(yīng)用的比例也在逐漸攀升，例如復(fù)合材料風(fēng)扇葉片、導(dǎo)管、復(fù)合材料機(jī)匣等，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷延伸，也將對(duì)非金屬材料的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)提出更高的標(biāo)準(zhǔn)，需要相關(guān)行業(yè)人員持續(xù)進(jìn)行探索。

參考文獻(xiàn)：

[1]顧軼卓，李敏，李艷霞，王紹凱，張佐光，飛行器結(jié)構(gòu)用復(fù)合材料制造技術(shù)與工藝?yán)碚撨M(jìn)展[J]航空學(xué)報(bào)，2015（08）：2773-2790.

作者簡(jiǎn)介：于躍，1987.3，男，山東臨沂?職務(wù)：飛機(jī)機(jī)械加工與修理教研室， 助理講師，碩士研究生，

趙國(guó)慶，1972.8，男， 江西宜黃人，?職務(wù)：飛機(jī)機(jī)械加工與修理教研室主任，講師，本科。