碳纤维复合材料在军事领域中的应用

  碳纤维复合材料是以碳纤维为增强体、树脂为基质的复合材料,基体一般分为热固性和热塑性聚合物两种,碳纤维复合材料具有优异的力学性能和明显的减重效果,在现代化武器领域有着普遍的应用。

       F-22机身蒙皮全都是高强度耐高温的碳纤维复合材料,用量占整机总量的23%。F-119发动机用树脂基复合材料取代钛合金制造风扇送气机区,可节省结构重量6.7kg;用碳纤维树脂基复合材料风扇叶片取代现在的钛合金空心风扇叶片,可减轻30%的结构重量。碳纤维复合材料还可用于制造飞机的“机敏”结构,使承载结构、传感器和操纵系统合为一体,从而可以探测飞机飞行状态和部件的完整性,自行调节控制部件,提高飞机的飞行性能,降低维修费用,保证飞行安全。

  碳纤维增强铝、镁基复合材料在具有高比强度的同时,还有接近零膨胀系数和良好的尺寸稳定性,可成功地用于制作人造卫星支架、L频带平面天线、空间望远镜、人造卫星抛物面天线等。礄纤维增强金属基复合材料已用于制造F-114、F-115和幻影2000等JY飞机部件。世界上第一个在航空上应用的钛基复合材料零件就是F-119发动机矢量喷管驱动器活塞。由于钛基复合材料的价格仍很昂贵,今后其用量的拓展将主要取决于成本的降低程度。

  碳基复合材料是以碳为基体、碳或其他物质为增强体组合成的复合材料。主要的碳-碳复合材料是耐温最高的材料,其强度随温度升高而增加,在2500°C左右达到最大值,同时它具有良好的抗烧蚀性能和抗热震性能,可耐受高达10000℃的驻点温度,在非氧化气氛下其温度可保持到2000°C以上,已成功地用在导弹鼻锥、航天飞机头锥和机翼前缘、火箭发动机喷管喉衬等部位。目前先进的碳-碳喷管材料密度为1.87~1.97g/cm³,环向拉伸强度为75~115MPa,远程洲际导弹端头帽几乎都采用了碳-碳复合材料,美国战略导弹弹头的防热材料已由三向C/C发展为细编穿刺C/C(端头部分)和C/酚醛(大面积防热部分)。

  随着现代航空技术的发展,飞机装载质量不断增加,飞行着陆速度不断提高,对飞机的紧急制动提出了更高的要求,碳-碳复合材料质量轻、耐高温、吸收能量大、摩擦性能好;用它制作刹车片广泛用于高速JY飞机中

  由于碳纤维复合材料的性能优秀,在武器装备中的应用已由小型、简单的次承力构件发展到大型、复杂的主要承力构件;从单一的构件发展到结构/吸波、结构/透波、结构/防弹等多功能一体化结构。

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