關(guān)鍵詞：復(fù)合材料加工技術(shù)；航空航天；案例分析

引言

隨著航空航天技術(shù)的迅速發(fā)展，對飛行器結(jié)構(gòu)材料的性能要求越來越高。復(fù)合材料因其重量輕、強(qiáng)度高和耐高溫等優(yōu)異特性，已成為航空航天領(lǐng)域的關(guān)鍵材料。然而，復(fù)合材料的加工技術(shù)復(fù)雜，涉及多種工藝和技術(shù)要求，直接影響其在航空航天結(jié)構(gòu)件中的應(yīng)用效果。因此，研究復(fù)合材料加工技術(shù)及其在航空航天中的具體應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1．復(fù)合材料加工技術(shù)概述

復(fù)合材料的主要類型及特性

借助復(fù)合材料獨(dú)特的性能優(yōu)勢，航空航天領(lǐng)域展現(xiàn)了廣泛應(yīng)用。包括碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料、玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料以及芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在內(nèi)的共同組成部分都處于日常之中。而對這些常見物體分別進(jìn)行詳解，則可以發(fā)現(xiàn)其各有千秋。高強(qiáng)度、低密度和優(yōu)異耐疲勞性讓碳纖維復(fù)合材料在航空航天結(jié)構(gòu)件中使用最為頻繁。良好的耐腐蝕性與相對低廉價(jià)格使得玻璃纖維復(fù)合材料更適于次要結(jié)構(gòu)件和非承載部件。抗沖擊性能出色、抵御穿透力恰到好處的芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料則常用來制造防護(hù)型結(jié)構(gòu)板塊。同時(shí)值得一提的是，設(shè)計(jì)靈活且功能集成缺一不可正是由具備這樣特色的眾多種類給予贈(zèng)與。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)完善需求，依稀滿足諸多航空航天設(shè)備使用條件。因此，力學(xué)性能卓越、熱學(xué)性能優(yōu)異的復(fù)合材料目前在現(xiàn)代航空航天領(lǐng)域已經(jīng)變得愈來愈重要，無法替代。

航空航天領(lǐng)域常用的復(fù)合材料加工工藝

航空航天領(lǐng)域?qū)?fù)合材料的加工工藝要求尤為嚴(yán)格，直接關(guān)聯(lián)至最終結(jié)構(gòu)件性能和質(zhì)量。復(fù)合材料優(yōu)秀的加工方法，手糊成型、自動(dòng)鋪絲、自動(dòng)鋪帶、模壓成型以及樹脂傳遞模塑（RTM）等備受青睞。小批量生產(chǎn)或需制作復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)件時(shí)，較高靈活性使得手糊成型技術(shù)極具吸引力，但其效率偏低。想要快速提升生產(chǎn)進(jìn)度和制品質(zhì)量，則需要借助近年迅速發(fā)展的先進(jìn)技術(shù)：計(jì)算機(jī)控制下的自動(dòng)鋪絲和自動(dòng)鋪帶，精準(zhǔn)鋪設(shè)纖維尤其適用于大尺寸、復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)件制造。而模壓成型則依靠高溫高壓環(huán)境下來實(shí)現(xiàn)具有難度較大和物理性能強(qiáng)硬度部分者，結(jié)果通常十分滿意。通過將樹脂注入預(yù)先布置好的纖維預(yù)制品中，并經(jīng)由模具之困于折服后呈現(xiàn)出穩(wěn)定固態(tài)，這就是被稱為“RTM"的工藝技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料高精度制品的有效方法。

加工工藝的技術(shù)要求與挑戰(zhàn)

復(fù)合材料加工工藝對技術(shù)的要求十分嚴(yán)格，尤其在航空航天領(lǐng)域，對制件的質(zhì)量控制、加工精度以及生產(chǎn)效率都有著高標(biāo)準(zhǔn)。在自動(dòng)鋪絲工藝中，纖維鋪設(shè)的精度和一致性直接影響結(jié)構(gòu)件的力學(xué)性能。研究表明，鋪絲角度誤差超過±2°時(shí)，復(fù)合材料的強(qiáng)度將顯著降低，因此在實(shí)際加工中必須對鋪絲角度進(jìn)行精確控制。模壓成型工藝中的溫度和壓力控制也是影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。通常，模壓成型溫度需控制在150℃至180℃之間，壓力控制在4兆帕至8兆帕之間，以確保復(fù)合材料的致密度和機(jī)械性能符合要求。對于樹脂傳遞模塑工藝，樹脂的黏度和注入速度對成型質(zhì)量有顯著影響。若樹脂黏度過高或注入速度過快，容易產(chǎn)生氣泡和空隙，從而影響復(fù)合材料的整體強(qiáng)度。不同加工工藝的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)和其影響因素，如表1所示。

2．應(yīng)用案例分析：復(fù)材加工技術(shù)在航空航天結(jié)構(gòu)件中的應(yīng)用

飛機(jī)機(jī)翼的復(fù)合材料加工技術(shù)

飛機(jī)機(jī)翼作為飛行器對材料的要求極為嚴(yán)格。復(fù)合材料的高強(qiáng)度和低密度特性使其成為現(xiàn)代飛機(jī)機(jī)翼制造的理想材料。飛機(jī)機(jī)翼的復(fù)合材料加工技術(shù)主要包括自動(dòng)鋪絲和自動(dòng)鋪帶工藝，這些工藝能夠精確控制纖維的鋪設(shè)方向和層數(shù)，以確保機(jī)翼具有良好的抗疲勞性能和結(jié)構(gòu)剛度。在實(shí)際加工過程中，鋪絲工藝通過計(jì)算機(jī)控制的鋪絲機(jī)，按照設(shè)計(jì)要求逐層鋪設(shè)碳纖維，確保每一層的鋪設(shè)角度和厚度達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。

航天器耐高溫結(jié)構(gòu)件的復(fù)材加工

航天器在太空環(huán)境中需承受極端的溫度變化，因此耐高溫結(jié)構(gòu)件的材料選擇至關(guān)重要。復(fù)合材料因其卓越的耐高溫性能和較輕的質(zhì)量，廣泛應(yīng)用于航天器的耐高溫部件制造中。這些結(jié)構(gòu)件的復(fù)合材料加工技術(shù)通常采用樹脂傳遞模塑（RTM）工藝，利用該工藝能夠在復(fù)雜形狀和大尺寸結(jié)構(gòu)件的制造中實(shí)現(xiàn)高精度成型。RTM工藝中，纖維預(yù)制件在模具中經(jīng)過加壓和樹脂滲透固化形成最終的結(jié)構(gòu)件，這一過程需要嚴(yán)格控制樹脂的黏度和注入速度，以避免在高溫環(huán)境下產(chǎn)生裂紋或其他缺陷。

3．復(fù)材加工技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的未來發(fā)展趨勢

新型復(fù)合材料的研發(fā)與應(yīng)用前景

航空航天技術(shù)的不斷進(jìn)步．對材料的性能需求日益苛刻，新型復(fù)合材料的研發(fā)成為推動(dòng)行業(yè)發(fā)展的重中之重。在材料科學(xué)領(lǐng)域，納米復(fù)合材料、智能復(fù)合材料以及功能化復(fù)合材料的研發(fā)已經(jīng)成為熱點(diǎn)。納米復(fù)合材料通過在基體中添加納米顆?；蚶w維，顯著提升了材料的機(jī)械性能和耐熱性能，特別是在極端環(huán)境下表現(xiàn)出卓越的穩(wěn)定性和耐久性。智能復(fù)合材料則能夠在特定條件下發(fā)生形狀記憶、自動(dòng)修復(fù)或響應(yīng)外界刺激，適用于航空航天器的自適應(yīng)結(jié)構(gòu)和健康監(jiān)測系統(tǒng)。功能化復(fù)合材料則通過在基體中摻入功能性成分，實(shí)現(xiàn)材料的多功能集成，如導(dǎo)電、導(dǎo)熱、抗輻射等特性，滿足不同任務(wù)需求。

行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量評估方法的發(fā)展

隨著復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，行業(yè)對技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量評估方法的需求日益增長。為了確保復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量和性能，國際航空航天行業(yè)逐步建立了一系列嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。這些標(biāo)準(zhǔn)不僅涵蓋了材料的性能指標(biāo)，還涉及加工工藝、產(chǎn)品測試、質(zhì)量控制等各個(gè)環(huán)節(jié)。經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化的質(zhì)量評估方法，行業(yè)能夠更有效地控制生產(chǎn)質(zhì)量，提升產(chǎn)品的可靠性和安全性。具體評估指標(biāo)和方法如表2所示。