航空材料学-绪论.ppt

绪 论 空中“泰坦尼克”A380，铝合金61%，复合材料用量22%，钛合金用量10%。 空中客车 A350 A380选用纤维增强树脂基复合材料的部位 3.航空材料的发展方向 (1) 高性能。要求质轻、高强、高模、高韧、抗疲劳、抗振动、耐高温、耐低温、抗氧化、耐腐蚀。 (2) 高功能、多功能。用于雷达火控和隐身结构的材料要求有高功能的光、电、热、磁特性;承载和功能一体化以及多功能化。 (3) 复合化。采用树脂基、金属基（以铝、钛及金属间化合物）、陶瓷基(SiC 或C 纤维增强的SiC 和Si3N4 基)、C/ C 复合材料。 3.航空材料的发展方向 (4) 智能化。采用智能材料和结构,能实现自诊断、自适应、自修复和寿命预测。 (5) 低成本。包括原材料、制备和加工、检验、评价以及维修方面的低成本。 (6) 环境相容性。要求低/无污染,有良好的可回收性。 (7) 材料的通用化、标准化势在必行。 在现代材料科学与技术的发展历程中，航空材料一直扮演着先导和基础作用，机体材料的进步不仅推动飞行器本身的发展，而且带动了地面交通工具及空间飞行器的进步，发动机材料的发展则推动着动力产业和能源行业的推陈出新。 “一代材料，一代飞行器”是航空工业发展的生动写照，也是航空材料带动相关领域发展的真实描述。可以说，航空材料反映结构材料发展的前沿，航空材料代表了一个国家结构材料技术的最高水平 。 何为材料的使用性能、工艺性能、力学性能、物理性能、化学性能？ * * 美国国家航空航天局 外文名National Aeronautics and Space Administration（NASA） * 1. 强度 （1）弹性极限和弹性模量 （2）屈服强度 （3）抗拉强度 2. 塑性 （1）延伸率 （2）断面收缩率 3.硬度 （1）布氏硬度：适用于较软材料 （2）洛氏硬度：适用于较硬材料 * * * * 钝化，有时也称“酸洗”。金属由于介质的作用生成的腐蚀产物如果具有致密的结构，形成了一层薄膜（往往是看不见的），紧密覆盖在金属的表面，则改变了金属的表面状态，使金属的电极电位大大向正方向跃变，而成为耐蚀的钝态。如Fe→Fe++时标准电位为－0.44V，钝化后跃变到+0.5～1V，而显示出耐腐蚀的贵金属性能，这层薄膜就叫钝化膜。 金属的钝化也可能是自发过程(如在金属的表面生成一层难溶解的化合物，即氧化物膜)。在工业上是用钝化剂(主要是氧化剂)对金属进行钝化处理，形成一层保护膜。 常见例子：冷浓硫酸、冷浓硝酸与铁、铝均可发生钝化。 * 空气中的音速在1个标准大气压和15℃的条件下约为340米／秒。 当飞行器在稠密大气中作超音速飞行时受激波与机体间高温压缩气体的加热和机体表面与空气强烈摩擦的影响飞行器蒙皮的温度会随M数的提高而急剧上升。飞行M数为2.0时机头处的温度略超过100℃。而当M数等于3.0时飞行器表面的温度则升至350℃左右已超过了铝合金的极限温度使其强度大大削弱。航空界把飞行器作高速飞行时所遭遇到的这种高温情况称之为“热障”。 马赫是速度与音速的比值，因为音速在不同的介质中不同，所以马赫无法表示真正的速度。 * * * 材料的性能都是化学成分和组织结构在一定外界因素作用下的综合反映，所以研究材料的成分、内部结构和性能之间的关系至关重要。 * * * 以使用磨制石器为标志的人类物质文化发展阶段。 天地往返运输系统的运载工具：载人飞船、航天飞机 第一代航天飞机：垂直起飞，水平降落，部分多次重复使用，飞行次数100次。 采用防热-结构分开设计的思想：冷结构+热防护系统 第二代航天飞机：水平起飞，二级入轨，部分重复使用。 部分热结构设计为主与冷结构+热防护系统相结合 创新处： 二级入轨：用超高音速飞机把二级飞行器用火箭发动机送入空间轨道，飞机返回地面。 热结构设计：把承力结构设计和热防护的隔热防热设计结合在一起。 空天飞机：水平起飞，一级入轨，完全重复使用 全机采用热结构设计 2.航空航天材料简史：航天 应用部位 材料 适用范围 备注 头锥帽，机翼前缘 抗氧化碳/碳 1260 oC 已实用 机身，机翼下表面 刚性陶瓷瓦 650-1260 oC 已实用 机身，机翼上表面 柔性陶瓷隔热毡 370-650 oC 已实用 美国航天飞机热防护系统所用材料情况 2.航空航天材料简史：航天 美研制X-37高速飞行(2005年6月21日搭乘“白骑士”首次飞行 ) 无人驾驶，全机身复合材料，二级入轨，水平降落。若成功可在两小时内对地球任何地点进行打击 2.航空航天材料简史：航天 X-33飞行器TPS 美研制X-33