碳纤维复合材料在航天设备中应用的特性分析

  复合材料是由金属、无机非金属、有机高分子等若干种材料采用复合工艺组成的新兴材料,碳纤维复合材料不仅能够保留原有组成材料的特点,还能够对各种组成材料的优良性能进行综合,各种材料性能的相互补充和关联,能够赋予新兴复合材料无法比拟的优越性能。碳纤维复合材料的多种性能都优于普通钢、铝金属材料,在航空航天领域的应用,能够有效地减轻航空航天设备的重量,同时赋予航空航天设备特殊的性能,例如吸波、防热等。

  1.多功能性。碳纤维复合材料经过多年的发展,结合了众多优异的物理性能、力学性能、生物性能以及化学性能,例如防热性能、阻燃性能、屏蔽性能、吸波性能、半导性能、超导性能等,并且不同的碳纤维复合材料的组成不同,其功能性存在一定的差别,综合性、多功能性复合材料已经成为碳纤维复合材料发展的必然趋势之一。

  2.经济效益最大化。碳纤维复合材料在航空航天领域的应用,能够减少产品部件数量。由于复杂部件的连接不需要进行铆接、焊接,因此对连接部件的需求量降低,有效地减少了装配材料成本、装配和连接时间,进一步降低了成本。

  3.结构整体性。碳纤维复合材料可以加工成整体部件,即采用碳纤维复合材料部件能够替代若干金属部件。某些特殊轮廓和表面复杂的部件,用金属制造的可行性较低,采用碳纤维复合材料能够很好地满足实际需求。

  4.可设计性。采用树脂、纤维、复合结构方式,能够获得不同形状、不同性能的复合材料,例如选择合适的材料、铺层程序,能够加工出膨胀系数为零的复合材料,并且复合材料的尺寸稳定性优于传统金属材料。

  和传统钢、铝材料相比,碳纤维复合材料的应用,能够减轻航天航空器结构重量的30%左右,在提高航空航天器性能的同时,还能降低制造和发射成本。现阶段,碳纤维复合材料已经成为飞船、卫星、火箭、飞机等现代航空航天器的理想材料,同时,碳纤维复合材料已经和高分子材料、无机非金属材料及金属材料并列为四大材料。因此,针对碳纤维复合材料在航空航天领域应用的研究具有重要的现实意义。