復(fù)合材料制作技術(shù)發(fā)展局勢(shì)范文

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本文作者：陳躍鵬武永琴單位：哈爾濱哈飛空客復(fù)合材料制造中心有限公司

1.復(fù)合材料

復(fù)合材料不同于傳統(tǒng)的工藝材料，是將兩種或者兩種以上具有不同性能和形態(tài)的組分材料經(jīng)過(guò)復(fù)合手段的組合而得到的一種新型的多相材料。各種組分材料能夠在性能上取長(zhǎng)補(bǔ)短，獲得良好的協(xié)同效應(yīng)。復(fù)合材料自20世紀(jì)40年展以來(lái)，因其具有的普通傳統(tǒng)材料所不具備的高比強(qiáng)度、高硬度、耐疲勞、破損安全性高和可設(shè)計(jì)性等各項(xiàng)突出的性能，很快獲得了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的不同復(fù)合材料又能分成纖維增強(qiáng)、細(xì)粒等多種復(fù)合材料。

2.復(fù)合材料在航空工業(yè)中的應(yīng)用

由于復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性強(qiáng)，又具有高比強(qiáng)度和高比剛度、可設(shè)計(jì)性等優(yōu)良的性能，成為航空工業(yè)制造中常用的4大材料之一。常用于航空航天這種尖端技術(shù)所用的復(fù)合材料是經(jīng)過(guò)改良的先進(jìn)符合材料，用于航空工業(yè)設(shè)計(jì)的是以各種不同的高性能纖維為增強(qiáng)材料的先進(jìn)復(fù)合材料。根據(jù)聚合基不同得到的材料性能也有所差異。由于樹(shù)脂基復(fù)合材料其突出的高比強(qiáng)度和高比剛度使其成為最早應(yīng)用于航空工業(yè)并且保持最大應(yīng)用量。但該材料工作溫度受限于400℃，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上的大量零部件需要再長(zhǎng)期的高溫環(huán)境中工作，因此常用碳復(fù)合以及陶瓷復(fù)合而成的耐高溫性能優(yōu)越的金屬基材料。使用的復(fù)合材料在航空工業(yè)制造中所占比重大，所應(yīng)用的部位有垂直和水平尾翼、機(jī)身和機(jī)翼蒙皮。復(fù)合材料性能和制造技術(shù)在不斷改進(jìn)以更好的應(yīng)用于未來(lái)的航空工業(yè)中。

3.航空工業(yè)復(fù)合材料制件成型工藝

傳統(tǒng)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的制造過(guò)程大多由人力完成,這種手工操作方式致使制件的精度難以保證，而且耗費(fèi)巨大，生產(chǎn)效率低下。所以降低復(fù)合材料制件工藝的成本致使了自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展。尤其在航空工業(yè)中，制備復(fù)合材料制件過(guò)程需要具有高度的自動(dòng)化以及較好的質(zhì)量控制，降低模具成本并且要縮短生產(chǎn)周期。這些要求都需要先進(jìn)的制件成型工藝來(lái)保證達(dá)到。用于航空工業(yè)的復(fù)合材料制件成型的工藝有：編制技術(shù)；固化工藝；鋪帶技術(shù)；非熱壓罐技術(shù)等。下面就常用的重要工藝的發(fā)展進(jìn)行簡(jiǎn)要的闡述。

3.1常用于復(fù)合材料預(yù)成型的工藝

3.1.1編制工藝

編織工藝中包含有編織、針織、經(jīng)編等工藝。編織工藝一般分為二維和三維兩種不同的工藝。能夠運(yùn)用于精細(xì)復(fù)雜形狀的制件成型，傳統(tǒng)的二維工藝在航空工藝的應(yīng)用主要由飛機(jī)進(jìn)氣道和機(jī)身J型隔框等這種制造較為復(fù)雜的零件。但是該技術(shù)編織的構(gòu)件厚度方面強(qiáng)度低，為了克服該問(wèn)題促使了三維編織工藝的出現(xiàn)和發(fā)展，該技術(shù)在未來(lái)的飛機(jī)制造業(yè)中具有很大的應(yīng)用潛能。針織工藝針織是較為傳統(tǒng)的工藝，該工藝得到的復(fù)合材料抗沖擊力強(qiáng)，方向強(qiáng)度好，并具有較大的伸長(zhǎng)性，能夠用于非承力的復(fù)雜形狀構(gòu)件的制造。借助于該工藝將定向纖維加入材料中能夠增強(qiáng)特定部位的機(jī)械性能。經(jīng)編工藝經(jīng)編工藝其實(shí)真正采用的是針織技術(shù)，之所以稱(chēng)為經(jīng)編是將采用經(jīng)向針織技術(shù)，該工藝獲得的多層編織物中的纖維能夠定向，并且能節(jié)約鋪放的纖維，經(jīng)濟(jì)效益高。該技術(shù)并沒(méi)有廣泛的應(yīng)用于航空工業(yè)制造中，但是正在研究將該技術(shù)運(yùn)用到次承力以及主承力構(gòu)件的制造中。

3.1.2縫合和穿刺工藝

縫合工藝取代了傳統(tǒng)的機(jī)械連接方法，得到的紡織復(fù)合材料是將多層的二維材料織物用高性能纖維以及工業(yè)用的縫合技術(shù)縫合得到，采用的高性能纖維貫穿厚度方向因此材料的抗分層能力、抗剪切力、抗沖擊力等性能提高，從而縫合復(fù)合材料能夠提高材料的整體性能。運(yùn)用在航空工業(yè)中的大型軍用運(yùn)輸機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)件的制造不僅大大減輕了機(jī)體重量并降低了制造成本。穿刺工藝。雖然該技術(shù)無(wú)法用于制造預(yù)成型體但是在很多方面是優(yōu)于縫合技術(shù)的，該技術(shù)避免了高成本縫合機(jī)的使用，一般采用真空袋熱壓或者超聲技術(shù)把薄的削片穿刺進(jìn)為固化的二維碳纖維復(fù)合材料板中，從而組合成三維的加強(qiáng)復(fù)合材料。而且制得的復(fù)合材料不受尺寸的限制，這使得該技術(shù)能夠廣泛的對(duì)飛機(jī)制造中局部的材料進(jìn)行加強(qiáng)。

3.2復(fù)合材料零件成形的工藝

3.2.1纖維纏繞工藝

該工藝是復(fù)合材料自動(dòng)成型的最初工藝形式，該工藝主要用于圓形及橢圓零件，如火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體。該技術(shù)已經(jīng)發(fā)展較為成熟，但是無(wú)法用于非圓柱結(jié)構(gòu)件的制造成型。

3.2.2樹(shù)脂浸漬工藝

該綜合工藝中的關(guān)鍵工藝在于三維編織及縫合等技術(shù)預(yù)成型、編織縫合工藝、樹(shù)脂流動(dòng)模擬及控制等。該技術(shù)在航空領(lǐng)域常應(yīng)用于飛機(jī)雷達(dá)天線罩的制造。該工藝有高溫要求。該技術(shù)采用的材料是樹(shù)脂以及纖維預(yù)制體，在高溫環(huán)境下樹(shù)脂形成樹(shù)脂膜或者稠狀的樹(shù)脂塊填滿(mǎn)三維編織獲縫合成的纖維預(yù)制體，經(jīng)固化得復(fù)合材料制件。

3.2.3自動(dòng)鋪放工藝

自動(dòng)鋪放技術(shù)是數(shù)控機(jī)床、材料工藝技術(shù)和軟件技術(shù)的綜合體，已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代飛機(jī)制造業(yè)中。但是由于受計(jì)算機(jī)技術(shù)的限制，現(xiàn)在的自動(dòng)鋪放技術(shù)雖在速度和精確度上有提高但是鋪放面積仍是瓶頸問(wèn)題。

3.2.4絲束鋪放工藝

絲束鋪放是近些年被高度重視的新技術(shù)。因?yàn)樵摷夹g(shù)集成了自動(dòng)鋪放的數(shù)控性以及纖維纏繞工藝的操作簡(jiǎn)單等一系列的優(yōu)勢(shì)。能夠減少生產(chǎn)成本，并能制造復(fù)雜的無(wú)纖維角度限制的構(gòu)件。必將在未來(lái)的航空工業(yè)中大有可為。

4.總結(jié)

復(fù)合材料在航空工業(yè)領(lǐng)域?qū)⑷找姘l(fā)揮重要的作用，復(fù)合材料制件成型工藝在逐步的發(fā)展和完善的進(jìn)程中，但是工藝中尚存的許多瓶頸技術(shù)如：成本過(guò)高、制件機(jī)械性能差等仍困擾著復(fù)合材料的大量應(yīng)用。仍需要進(jìn)一步的研究來(lái)解決工藝中的問(wèn)題，使復(fù)合材料能更好的應(yīng)用在航空工業(yè)領(lǐng)域