航天领域应用实例——碳化硅增强铝基复合材料

2017-02-15 15:11:45 作者：本网整理来源：网络分享至：

    在冷战结束后的20世纪90年代，由于各国对国防工业投资力度的减小，即使是航空航天等高技术领域，也越来越难以接受成本居高不下的纤维增强铝基复合材料。而随着现代化航空航天领域的火热，碳化硅颗粒增强铝基复合材料近年来重新得到关注。

    最近几年来，碳化硅颗粒增强铝基复合材料作为关键性承载构件终于在先进飞机上找到了出路，且应用前景日趋看好，接下来盘点碳化硅颗粒增强铝基复合材料在航空航天领域所获得的一系列成功应用。

    战斗机的腹鳍应用

    在美国国防部“TitleE”项目支持下，DWA复合材料公司与洛克希德·马丁公司及空军合作，将粉末冶金法制备的碳化硅颗粒增强铝基（6092Al）复合材料用于F16战斗机的腹鳍，代替了原有的2214铝合金蒙皮，刚度提高50%，使寿命由原来的数百小时提高到设计的全寿命8000h，寿命提高幅度达17倍。

    美国空军早前已将这种铝基复合材料腹鳍作为F16战斗机的备用件，正在逐步更换。O gden空军后勤中心评估结果表明：这种铝基复合材料腹鳍的采用，可以大幅度降低检修次数，全寿命节约检修费用达2600万美元，并使飞机的机动性得到提高。

    直升机上的应用

    在直升机上的应用方面，欧盟率先取得突破性进光学研究中心合作，采用碳化硅颗粒增强铝基复合材展，英国航天金属基复合材料公司（AMC）采用高能球磨粉末冶金法研制出了高刚度、耐疲劳的碳化硅颗粒增强铝基（2009Al）复合材料，用该种材料制造的直升机旋翼系统连接用模锻件（浆毂夹板及袖套），已成功地用于Eurocopter公司生产的N4及EC120新型直升机。其应用效果为：与铝合金相比，构件的刚度提高约30%，寿命提高约5%；与钛合金相比，构件重量下降约25%。

    航天光学仪表材料的应用

    与低体分的结构级碳化硅颗粒增强铝基复合材料相比，光学仪表级的中等体分（35%～45%）碳化硅颗粒增强铝基复合材料的功能化特性比较突出，即不仅具有比铝合金和钛合金高出一倍的比刚度，还有着与铍材及钢材接近的低热胀系数和优于铍材的尺寸稳定性。

    因此，该种复合材料可替代铍材用作惯性并被誉为“第三代航空航天惯性器件材料”。已被正式用于美国某型号惯性环形激光陀螺制导系统，并已形成美国的国军标（MILM 46196）。此外，还替代铍材被成功地用于三叉戟导弹的惯性导向球及其惯性测量单元（IMU）的检查口盖，并取得比铍材的成本低三分之二的效果。

    电子封装及热控元件应用

    采用无压浸渗法制备的碳化硅颗粒铝电子封装复合材料工程应用的实例最多、影响也最大。例如，在F22“猛禽”战斗机的遥控自动驾驶仪、发电单元、飞行员头部上方显示器、电子计数测量阵列等关键电子系统上，替代包铜的钼及包铜的殷钢作为印刷电路板板芯，取得了减重70%的显著效果。由于此种材料的导热率可高达180W（m·K），从而降低了电子模块的工作温度，减少了冷却的需要。除印刷电路板板芯外，这种材料被用于F22战斗机的电子元器件基座及外壳等热控结构。

    另外，已正式采用无压浸渗法制备的碳化硅颗粒铝电子封装复合材料的航空航天工程还包括：F18“大黄蜂”战斗机、欧洲“台风”战斗机、EA 6B“徘徊者”预警机、ALE2型诱饵吊舱等航空器，以及摩托罗拉铱星、火星“探路者”和“卡西尼”深空探测器等著名探测器。

    除了列举的几点之外，碳化硅颗粒增强铝基复合材料在航天领域空间上应用发展的潜力巨大，可以预见的是，在未来航天航空领域的紧俏势必会带动相关合金材料的技术发展。