空间飞行器应用的石墨热塑性复合材料

本文评价了 AS-4石墨预浸带与聚醚醚酮(PEEK)或聚苯硫醚(PPS)制成的石墨复合材料,及双向混编 AS-4石墨 PEEK 织物制成的石墨复合材料用于宇宙飞船的要求。复合材料的特性包括动态分析、力学性能(如抗弯强度和横向抗拉强度)、逸气与可冷凝挥发物的比值、160°F(71℃)时吸水的平衡性、阻尼性能以及在-250～+250°F(-157～+121℃)间50次热循环对微裂纹的影响。用扫描电子显微镜(SEM)研究了纤维/树脂的均匀性、纤维的定向性以及纤维/树脂的界面粘结。扫描电子显微镜的分析结果表明,与聚苯硫醚复合材料相比,聚醚醚酮复合材料具有较好的力学性能,这是因为 PEEK 复合材料有较好的界面粘结。PEEK 和PPS 复合材料总的质量损失<0.10%,收集到的挥发可冷凝物<0.01%,这两种复合材料适合用于空间飞行器。与目前的环氧复合材料相比,热塑性复合材料平衡湿度的增量较小,PEEK 和 PPS 分别为0.15%和0.20%,而环氧树脂为2.32%。与环氧复合材料相比,热塑性复合材料的阻尼性较高。人们发现阻尼取决于基体、纤维的定向、和纤维/树脂的粘结。测量由双向混编石墨 PEEK 织物制成的层压板的物理和机械性能表明,超皱纹织物有希望成为普通预浸带,可作为替换的材料。最终,板式预浸带和铺复织物的加工性能在制造加工高质量复杂结构方面会得到证实。     

两种廉价宇航新材料——AEROCARB和CARBOFLEX

碳纤维及其复合材料由于比重小、强度和模量高、耐高温、抗烧蚀和综合性能好,广泛被应用于宇航工业。像碳纤维增强碳复合材料(简称碳/碳)、碳纤维增强酚醛树脂复合材料(简称碳/酚醛)可以用作战略导弹头部防热材料和火箭发动机喷管喉衬材料,碳纤维增强环氧树脂复合材料(简称碳/环氧)和碳纤维增强铝合金(简称碳/铝)等可以用作导弹、卫星和运载工具等的结构材料,不但可以大     

纤维增强环氧复合材料低温性能研究

纤维增强环氧树脂基复合材料因其低温下比强度比模量高、热导率低的特点在低温领域被广泛应用,重点对碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉纤维增强环氧复合材料低温下力学及导热性能的研究进行了总结,并对4K、77K及室温下各类单向纤维增强环氧复合材料的力学及导热性能进行了对比,分析了各温度范围内最适用的纤维增强环氧复合材料,指出了当前对纤维增强环氧复合材料低温下力学及导热性能研究的不足之处。     

铝的新生命

近20年来非金属复合材料被称为未来的航空航天材料。如今,复合材料的广泛应用并非在民用飞机的表面控制和承载结构方面、军用飞机原有结构的强度、刚度、隐身超越控制方面取得明显进展,而是在金属与非金属技术结合形成一种新材料方面有所突破。许多种非金属材料都能强化铝和其它金属,提高它们的强度和刚度。铝的增强剂可以是弥散分布的微观粒子,也可以是贯穿整个基体结构长度的连续纤维。这种纤维能存在于基体金属中,或作为铝层之间的叠层。圣地亚哥公司的硬质铝(或称杜拉铝)基复合材料是由工业级铝和陶瓷粒子——氧化铝(Al_2O_3)或是碳化硅制成的低成本复合材料。一种特有的加工过程允许具有化学活性的熔     

石墨/环氧复合材料的温、湿度效应

一、前言随着火箭、导弹和航天飞机等空间技术的发展,重量轻、强度高的各种复合材料大量使用在导弹弹头、壳体、仪器舱级间段和过渡段等结构部件上。尤其由连续石墨纤维作为复合材料加强剂的石墨/环氧复合材料具有卓越的机械性能,它将成为有机复合材料的主要品种。它不但可用于上述结构部件,还有可能成为卫星结构的主要材料:如卫星本体、支架、波导管、太阳能电池帆板、喇叭天线和大型抛物面天线等。这种高强度、高模量及低膨胀系数的     

纤维表面处理对三维编织碳纤维/环氧复合材料力学性能的影响

在对长碳纤维 /环氧复合材料 (Cl/Ep)研究的基础上 ,重点研究了纤维空气氧化和次氯酸钠氧化对三维编织碳纤维 /环氧复合材料 (C3D/Ep)力学性能的影响。结果表明 ,纤维表面处理可显著增强纤维 /基体的界面结合强度 ,使其力学性能大幅度提高。其中 ,空气氧化效果最为明显     

空间环境对结构复合材料的影响

石墨/环氧、凯芙拉/环氧等先进结构复合材料,由于它们优良的尺寸稳定性、良好的比强度和比刚度等特性,正广泛用于长期飞行的轨道飞行器结构上。然而大部分空间系统的材料在低地球轨道(LEO)和同步地球轨道(GEO)上均将遭受到高真空、热循环、紫外线照射和带电粒子的辐射,材料的性能和寿命都会遭受一定损伤。本文评述了模拟空间环境对结构复合材料性能的影响,提供设计参考。     

聚合物基与金属基复合材料的进展及应用

在概述石墨/环氧和金属基复合材料的发展和应用的基础上,重点介绍了高温聚酰亚胺基复合材料的研制情况及应用前景,以及作为新一代金属间化合物基复合材料的铝金属间化合物基复合材料的研制情况。     

石墨/聚酰亚胺技术综述及其在航天飞机轨道器上的应用

早期的航天飞机轨道器的研究结果确认,某些结构件,如采用先进复合材料,将大大减轻轨道器的重量并提高它的性能。航天飞机的基本设计包含了许多的这类结构件,如石墨环氧(Gr/Ep)的有效载荷仓门。对其他构件,如垂直尾翼、升降副翼及后身部襟翼等,也开展了先进的高温可用于600℉结构的石墨/聚酰亚胺(Gr/Pi)复合材料的应用研究。Gr/Pi 的结构与基本设计采用的铝结构加防热系统(TPS)相比,其重量总共可以减轻20～30%。本文提出的先进结构及 TPS设计方案将给轨道器带来相应的效益。关于洛克威尔公司航天飞机轨道器分公司独立进行的以及按 NASA 合同开展的 Celion/LARC-160研制工作的技术状况将分下列几部分予以陈述:工艺开发、无损评价技术(NDE)和异常效应、材料性能及疲劳效应、Gr/Pi 身部襟翼段的设计、分析、制造及试验、修补工艺以及短石墨纤维模压件的研制。     

自动编织三向复合材料结构

三向纤维增强复合材料已应用于一些导弹和航天器结构。其优越性能也得到了验证。它的应用包括碳-碳、碳-环氧结构。自动化编织技术成型的三向碳纤维织物是由法国宇航公司研制的。经浸渍和处理成碳-碳或碳-环氧结构。已经验证的结构包括碳-碳ITEs和火箭喷管出口锥、碳-环氧火箭发动机壳体连接环。其它的应用潜力包括卫星桁架连接件和用于宇宙空间站组件的冲击遮护板。这些结构的先进性在于:自动化制造、力学性能高、可靠性好。     

金属基和陶瓷基复合材料发展现状及其在兵器上的应用

<正> 一、引 言 复合材料通常包含增强相和基体相。增强相的形状有一维的(纤维)、二维的(薄片)、三维的(颗粒)及多维的(四向、七向、十一向编织的碳/碳);基体相包括高聚物(通常是树脂)、金属和陶瓷三大固体材料。其中树脂基复合材料(如玻璃钢、碳纤/环氧、Kevlav纤/环氧等)发展最快,应用亦广。但由于它们不能在较高温度下长     

复合材料的电磁干扰屏蔽

虽然复合材料比最通用的金属(铝)轻20％～40％(靠设计和材料选择来实现),但由于它不能获得有效的电磁干扰(EMI)屏蔽,因此,一直限制它取代金属制成电子设备壳体。用石墨环氧材料制造一个壳体样品,与大小相同的铝壳体相比,其质量减少20％,使用各种屏蔽技术对前者进行EMI试验。本文讨沦各科屏蔽技术的EMI屏蔽能力,以提供实验数据并深入了解与复合材料有关的设计和制造问题。     

石墨纤维增强的铝合金的力学性能状态的特点

本文叙述了一项正在执行中的计划;该计划描述了几种连续和不连续纤维增强的铝合金复合材料在室温和高温下的力学性能状态的特点。介绍了室温和148.9°到482.2℃(300°到900°F)温度范围内有关拉伸、压缩和剪切性能的具体数据。介绍的重点是Thorne150(T50)石墨纤维增强的201铝合金系统。同时也列出了一些有关其它石墨纤维和不连续碳化硅晶须复合材料的初步数据。叙述了所用试验方法和已实施的标准试验。摘要介绍了有关这些复合材料的室温和高温数据。     

石墨增强铝立体结构材料的热变形性

估算了石墨增强铝立体结构材料的热变形值,并与石墨/环氧的性能进行了比较。材料的热传导系数和热膨胀系数可预测材料的最终形变。该研究中引入了总热变形系数(TTDC)的概念,以实现最小热变形的叠层结构形式的优化。为了得到最小的热变形性能,可利用由TTDC参数得出的优化叠层结构的参数设计曲线,而不需要材料具备类各向同性的特点。有重叠角(±θ)的石墨/铝金属基叠层材料表现出的最小TTDC值是常数,所以要求设计者们在没有热变形损耗的情况下能满足材料刚性和强度的要求。提出的设计方法是利用TTDC系数优化材料的机械性能,使其具有最小的热变形。     

大承载复合材料夹层壳段结构优化设计与分析

碳面板铝蜂窝夹层结构是将高强度的碳面板和低密度的蜂窝芯子共固化形成的复合式结构，具有比强度高和比刚度高等优异特性，可在保证承载能力的同时显著降低结构质量，同时具有广泛的适应性，在国内外航天器结构中得到了大量应用。在此次研究中提出一种大承载的碳面板铝蜂窝复合材料夹层壳段结构的设计方案，并对该结构的传力路线进行优化设计和轴压试验验证，同时建立数值分析模型并结合渐进损伤分析方法对壳段结构进行承载分析，分析结果与试验结果高度吻合，验证了该方法的准确性，为中国大承载碳面板铝蜂窝夹层结构的设计和分析工作提供了重要方法依据。     

金属基复合材料的模压铸造工艺

主要介绍连续纤维(如石墨、碳化硅纤维)增强金属基复合材枓的模压铸造工艺,讨论模压铸造的质量控制、材料性能及该工艺的优点和存在的问题;简要介绍模压铸造金属基复合材料在航空航天工业中的应用。     

纤维增强的高密度合金弹芯

美国防部远景规划研究局已与有关机构签订合同,研究用纤维材料增强的高密度合金制穿甲弹弹芯。计划评定的材料有各种基体和纤维增强材料组成的弹芯,包括A1-FP、A-W,A1-SiC、A1-G(石墨)、Pb-FP、钢-W、废铀-W。据初步试验表明,由大致55％(体积)A1_2O_3连续纤维(FP)增强的铝弹芯,在垂直冲击时,可完全侵彻铝靶,而这些靶板却完全     

铝/石墨/环氧超混杂复合材料试件的设计和制造

叙述了铝／石墨／环氧超混杂复合材料试件的设计试验研究。这种超混杂复合材料试件适用一般工业和国防工业，用生产较高刚性和轻质量的试件取代纯金属试件。简要介绍了设计和制造超混杂复合材料试件，在铝／复合材料界面上，用各种形式的化学和机械连接技术，对几个试件的设计进行说明。在试验结果的基础上，值得推荐的是，在界面上用专门的化学粘结技术，采用过渡厚度设计     

铝基活塞耐磨圈结合质量超声C扫描技术研究

采用超声C扫描技术检测Al2O3纤维增强铝基复合材料活塞耐磨圈结合质量。设计制作Al2O3纤维增强铝基复合材料活塞模拟对比试样,利用该试样研究耐磨圈结合质量超声C扫描检测工艺。结果表明,超声C扫描技术可实现对Al2O3纤维增强铝基复合材料活塞耐磨圈结合质量缺陷的定性、定位、定量检测。     

低成本制造大型空间结构石墨环氧柱形部件

本文叙述了用于大型空间平台结构的石墨环氧柱形部件的制造程序。未浸树脂的干纤维缠绕在 LMSC 立式缠绕机的锥形铝芯轴上,树脂加注在芯轴和外套筒之间。当端部联接件整体地缠绕时,在铝芯轴上固化的管子会引起热膨胀问题,为了把此问题减低到最小,缠绕和树脂加注均在高温下进行。