- č. 336 Yunhe Road, Dongying, Shandong, Čína
Letecké materiály jsou všechny druhy materiálů používaných v letadlech a jejich pohonných jednotkách, příslušenství a přístrojích, které jsou jedním z rozhodujících faktorů rozvoje leteckého inženýrství a technologie, přičemž věda o leteckých materiálech je také průkopnickým odvětvím materiálové vědy.
Letecké materiály mají vynikající odolnost vůči vysokým a nízkým teplotám, stejně jako odolnost proti stárnutí a korozi a mohou se přizpůsobit kosmickému prostředí.
Různé druhy materiálů používaných v letadlech a jejich pohonných jednotkách, příslušenství a přístrojích jsou jedním z rozhodujících faktorů ve vývoji letecké techniky. Věda o leteckých materiálech je průkopnickým odvětvím vědy o materiálech. Konstrukce letadel neustále předkládá nová témata vědě o materiálech a podporuje rozvoj vědy o leteckých materiálech; Vznik různých nových materiálů poskytuje nové možnosti pro konstrukci letadel a výrazně podporuje rozvoj letecké techniky.
Vývoj leteckých materiálů závisí na následujících třech faktorech:
Kromě vysokého namáhání a setrvačných sil jsou letecké materiály vystaveny rázovému zatížení a střídavému zatížení způsobenému faktory, jako je vzlet a přistání, vibrace motoru, vysokorychlostní rotace rotujících částí, manévrovací let a náhlý vítr. Plyny motoru a sluneční záření způsobují, že se letadlo nachází v prostředí s vysokou teplotou a se zvyšující se rychlostí letu vystupuje do popředí efekt aerodynamického zahřívání, jehož výsledkem jsou „tepelné bariéry“. Kromě toho, také pod vlivem střídavých teplot, ve stratosféře při podzvukových rychlostech povrchová teplota klesne na asi -50 ℃, polární kruh na území drsného zimního prostředí bude teplota pod -40 ℃, kovové součásti nebo pryž pneumatiky náchylné k jevu křehnutí. Benzín, petrolej a další paliva a různá maziva, hydraulický olej, většina kovových materiálů pro produkci koroze, nekovové materiály pro produkci bobtnání a sluneční záření, větrná a dešťová eroze, podzemní vlhké prostředí pro dlouhodobé skladování plísní urychlit proces stárnutí polymerních materiálů.
Letecká a kosmická vozidla fungují v atmosféře nebo ve vesmíru po dlouhou dobu a slouží v extrémních prostředích, ale mají také extrémně vysokou spolehlivost a bezpečnost, vynikající let a manévrovatelnost, kromě toho, že optimalizují konstrukci tak, aby vyhovovala aerodynamickým potřebám, požadavkům na zpracovatelnost a použití požadavky na údržbu, ale také závisí na vynikajících vlastnostech a funkcích materiálu.
Pro snížení hmotnosti konstrukce je 30% snížení hustoty užitečnější než 50% zvýšení pevnosti. Slitiny hliníku, slitiny titanu a kompozitní materiály jsou hlavními konstrukčními materiály pro letectví a kosmonautiku s vysokou specifickou pevností a tuhostí, které mohou zlepšit užitečné zatížení, manévrovatelnost a dojezd vozidla a zároveň snížit náklady na let.
Ocel s ultra vysokou pevností (mez kluzu >1380 MPa) nebude použita ve více než 10 % leteckého inženýrství. U moderních letadel, jako jsou nadzvukové stíhačky, je množství ultravysokopevnostní oceli stabilizováno na 5 % až 10 % a její pevnost v tahu je 600 až 1850 MPa, někdy až 1950 MPa, s lomovou houževnatostí KIc = 78 až 91 MPa-m1 /2. V aktivních korozivních médiích používaných v nosných konstrukčních částech draku letadla se obecně používá vysokopevnostní korozivzdorná ocel vybavená motory na vodíkové palivo pro volbu letadla Bezuhlíková korozivzdorná ocel jako komponentní materiál pro provoz v kapalném vodíku a vodíkové médium.
Kompozity s kovovou matricí, kompozity s matricí z vysokoteplotní pryskyřice, kompozity s keramickou matricí a kompozity uhlík/uhlík hrají stále důležitější roli v oblasti letectví a kosmonautiky. Kompozity uhlík/uhlík kombinují žáruvzdornost uhlíku s vysokou pevností a tuhostí uhlíkových vláken, mají vynikající tepelnou stabilitu a vynikající tepelnou vodivost a stále mají značnou pevnost a houževnatost při 2500 °C a hustota je pouze 1/4 této hodnoty. z vysokoteplotních slitin. hybridním kompozitům je věnována stále větší pozornost, například přidání skleněných vláken ke kompozitům z uhlíkových vláken může zlepšit jejich rázové vlastnosti, zatímco přidání uhlíkových vláken do plastu vyztuženého skleněnými vlákny může zvýšit jeho tuhost.
Většina konstrukčních materiálů sekcí kosmických lodí s lidskou posádkou je hliníková slitina, titanová slitina, kompozitní materiály, jako je orbitální raketoplán většinou vyrobený z hliníkové slitiny, nesoucí hlavní tahovou konstrukci motoru ze slitiny Chin, součást hlavního rámu raketoplánu. střední trup využívající kompozitní materiály z hliníkové slitiny s kovovou matricí vyztužené borovými vlákny, dveře nákladového prostoru používající speciální sendvičovou strukturu z papírové voštiny a kompozitní materiál z epoxidové pryskyřice vyztužený grafitovými vlákny pro panel. Hlava rakety, vnější povrch modulu pro návrat do kosmické lodi a vnitřní povrch raketového motoru, k použití ablativních materiálů, působením tepelného toku, ablativními materiály mohou být rozklad, tavení, odpařování, sublimace, eroze a další fyzikální a chemické změny, hmotnost spotřeba povrchu materiálu odebírat velké množství tepla, aby bylo dosaženo účelu zamezení opětovného vstupu atmosféry při proudění tepla do interiéru vozidla, chlazení spalovací komory raketového motoru a trysky. Aby se uvnitř kabiny udržela vhodná pracovní teplota, část kabiny pro renovaci pro přijímání opatření na ochranu proti radiačnímu teplu, vnější plášť pro slitinu na bázi niklu odolné vůči vysokým teplotám nebo berylliový plech, vnitřní struktura žáruvzdorné slitiny Chin, vnější kůže a vnitřní struktura vyplněná křemenným vláknem, sklovláknitou kompozitní keramikou a dalšími materiály s dobrými tepelně izolačními vlastnostmi.
S implementací a neustálým vývojem lidských vesmírných letů, lunárního průzkumu a průzkumu hlubokého vesmíru, družic s vysokým rozlišením, hyperrychlostních vozidel, opakovaně použitelných nosných raket, vesmírných manévrovacích vozidel a dalších vesmírných projektů jsou předkládány nové a náročnější požadavky na materiály, které poskytují nové příležitostí a impulsů pro vývoj nových materiálů pro kosmické lety a v oblasti materiálů musí být co nejdříve při inovaci materiálových systémů, nezávislé ochraně klíčových surovin a inženýrských aplikacích. Materiálová oblast musí co nejdříve učinit zásadní průlom v inovaci materiálového systému, nezávislé garanci klíčových surovin a inženýrských aplikacích.
Kromě toho se stále více rozšiřuje aplikace laminovaných kompozitních materiálů v leteckém inženýrství, například A380 využívá 3% GLARE, nový typ laminátu. Laminát je kompozitní materiál, který vytváří dva různé druhy materiálů laminovaných dohromady tlakem, obvykle složený z horního panelu, horní vrstvy lepidla, materiálu jádra, spodní vrstvy lepidla, spodního panelu, jejichž pevnost a tuhost je vyšší než u samostatného materiálu panelu nebo jádrový materiál a byl aplikován na dopravní letadla a stíhačky. Laminát GLARE se vyrábí tlakem (nebo horkou lisovací nádrží) pro laminování několika vrstev tenkých hliníkových desek a jednosměrného prepregu ze skleněných vláken (impregnovaného epoxidovým lepidlem) laminovaného a lisovaného za tepla, jak je znázorněno na obrázku 1. Hliníkový plech je řádně předběžně ošetřeno tak, aby bylo snazší přilnout k vrstvě vláknitého prepregu. Tabulka 1 ukazuje komerčně vyráběné typy laminátů GLARE, které lze vyrobit v různých tloušťkách podle potřeby. Vlákna mohou být 2, 3, 4 vrstvy atd. a obsah a orientace vláken může být v souladu s tabulkou a každý typ laminátu GLARE může mít různé formy, které lze upravit podle konkrétních potřeb.
Letecké materiály jsou nejen materiální zárukou pro vývoj a výrobu leteckých produktů, ale také technickým základem pro podporu obnovy leteckých produktů. Podle povahy materiálů samotných se materiály pro letectví a kosmonautiku dělí do čtyř kategorií: kovové materiály, anorganické nekovové materiály, polymerní materiály a pokročilé kompozitní materiály; podle využití funkce je lze rozdělit na konstrukční materiály a funkční materiály 2 kategorie. U konstrukčních materiálů jsou nejkritičtějšími požadavky nízká hmotnost a vysoká pevnost a odolnost proti korozi při vysokých teplotách; funkční materiály zahrnují mikroelektronické a optoelektronické materiály, materiály citlivé na senzory? Funkční keramické materiály, materiály z optických vláken, materiály pro zobrazování a ukládání informací, stealth materiály a chytré materiály.
U materiálů pro letectví a kosmonautiku zahrnuje 3 hlavní kategorie materiálů, materiály karoserie letadel, materiály motorů a materiály palubního vybavení. A mezi letecké materiály patří materiály těla šípů nosných raket, materiály raketových motorů, materiály pro kosmické lodě a funkční materiály pro letectví a kosmonautiku.
Konkrétně na úrovni materiálů pokrývají letecké materiály širokou škálu, včetně hliníkových slitin, titanových slitin, hořčíkových slitin a dalších lehkých slitin, ultravysokopevnostních ocelí, vysokoteplotních slitin titanu, vysokoteplotních slitin na bázi niklu, intermetalické sloučeniny (systém titan-hliník, systém niob-hliník, systém molybden-křemík). Žáruvzdorné kovy a jejich slitiny a jiné vysokoteplotní kovové strukturní materiály, skleněná vlákna, uhlíková vlákna, aromatická amidová vlákna, aromatická heterocyklická vlákna, polyethylenová vlákna s ultravysokou molekulovou hmotností a další kompozitní výztužné materiály, epoxidová pryskyřice, bismaleimidová pryskyřice, termosetová polyimidová pryskyřice , fenolové pryskyřice, kyanátové pryskyřice, polyarylacetylenové pryskyřice a další kompozitní matricové materiály, pokročilé kompozity na bázi kovů a anorganické nekovové kompozity, pokročilé kompozity na bázi intermetalických sloučenin, pokročilé keramické materiály, pokročilé kompozity uhlík/uhlík a pokročilé funkční materiály.
Predikce poměru složení konstrukčních materiálů trupu letadel ukazuje, že dominantním materiálem na počátku 21. století je hliníková slitina. První problém, který je třeba vyřešit při vývoji hliníkových slitin pro leteckou a kosmickou technologii, je, jak snížit konstrukční hmotu a zároveň zajistit vysokou provozní spolehlivost a dobré zpracování. Naléhavým problémem k řešení je vývoj vysoce pevných hliníkových slitin s dobrými svařovacími vlastnostmi a jejich využití při výrobě monolitických svařovaných konstrukcí. Způsob, jak zvýšit užitečné zatížení vozidla, je zvýšit pevnost nebo snížit hustotu (bez snížení pevnosti).
Legování hliníku lithiem snižuje hustotu slitiny a zvyšuje modul pružnosti. Plechy ze slitiny hliníku a lithia (Al – Li), včetně tenkých plechů o tloušťce menší než 0.5 mm, byly vyráběny válcováním pásů ve svitcích.
Použití kompozitů hliníkové základní vrstvy může výrazně zlepšit spolehlivost, životnost a užitečné zatížení plášťů letadel, které se vyznačují výjimečně nízkou rychlostí rozpínání trhlin (1/20 ~ 1/10 konvenčních materiálů), vysokou pevností (50 % až 100 % zvýšení) a lomovou houževnatostí a nízkou hustotou (snížení o 10 % až 15 %). Prasklý materiál nýtů je velmi slibný.
V moderních leteckých konstrukcích je použití oceli stabilní na 5 % až 10 %, zatímco u některých letadel, jako jsou nadzvukové stíhačky, je ocel účelově specifickým materiálem.
Vysokopevnostní oceli se typicky používají v konstrukčních součástech vyžadujících vysokou tuhost, vysokou měrnou pevnost a vysokou únavovou životnost, stejně jako dobrou pevnost při střední teplotě, odolnost proti korozi a řadu dalších parametrů. Ocel je nenahraditelným materiálem jak při výrobě polotovarů, tak při výrobě složitých konstrukčních dílů, zejména při výrobě svařovaných konstrukčních dílů, kde je svařování konečným procesem.
Dlouhodobě nejpoužívanější ocelí v leteckém průmyslu je středně legovaná vysokopevnostní ocel s úrovní pevnosti 1600 ~ 1850 MPa a lomovou houževnatostí asi 77.5 ~ 91 MPa/m2. V současné době, při zachování stejného indexu lomové houževnatosti, byla minimální úroveň pevnosti oceli zvýšena na 1950 MPa, ale také bylo vyvinuto nové ekonomické legování vysoce odolné svařované konstrukční oceli s vysokou pevností.
Směrem vývoje vysokopevnostní oceli je další zlepšení metalurgického výrobního procesu, výběr nejlepšího chemického složení a specifikace tepelného zpracování pro vyvinutí úrovně pevnosti 2100 ~ 2200 MPa vysoce spolehlivé konstrukční oceli.
V roli aktivních korozivních médií používaných v nosných konstrukčních dílech karoserie, zejména za všech povětrnostních podmínek na použití nosných konstrukčních dílů, rozšířené použití vysoce pevné korozivzdorné oceli, úroveň pevnosti této oceli je podobná jako u legované konstrukční oceli parametry spolehlivosti (lomová houževnatost, korozní trhlinová pevnost atd.) výrazně převyšovaly legovanou konstrukční ocel.
Výhody vysokopevnostních ocelí jsou: lze použít různé metody svařování k realizaci svařování, svařování nosných konstrukčních dílů, po svaření bez tepelného zpracování, ať už za tepla, nebo za studena, mají dobrou děrovatelnost atd. ..
Nejslibnější aplikací vysokopevnostních ocelových materiálů je martenzitický typ nízko uhlíkové disperzně zpevňující korozivzdorné oceli a přechodový typ austeniticko – martenzitické oceli, výzkumy ukazují, že při zachování vysoké spolehlivosti a dobrých pracovních podmínek, je schopen výrazně zvýšit úroveň pevnosti vysokopevnostní korozivzdorné oceli.
Nízkoteplotní technologie a zařízení je speciální oblastí použití vysokopevnostní korozivzdorné oceli a směr vývoje, vybavený vodíkovými palivovými motory pro letadla s dobrými vyhlídkami na vývoj, by měl být v kapalném vodíku a vodíkovém médiu pracovat v bezuhlíkové korozivzdorné oceli jako směru výzkumu.
Potenciál pro zlepšení podílu titanové slitiny v částech trupu je poměrně obrovský, podle prognóz dosáhne podíl titanové slitiny v trupu osobních letadel 20 %, zatímco podíl aplikací v trupu vojenských letadel vzroste na 50 %? Předpokladem je to zajistit.
Titanová slitina má vyšší pevnost a spolehlivost; dále zlepšit využití teploty; s vysokým procesním výkonem a dobrou svařitelností; umí vyrábět různé polotovary; zlepšit formu struktury, vyvinout nová konstrukční řešení, co nejvíce ve struktuře použití vyzrálých slitin a procesů.
Použití vysoce pevných titanových slitin může snížit hmotnost konstrukce a zároveň zlepšit hmotnostní účinnost, spolehlivost a zpracovatelnost konstrukce. Plánujeme vyvinout deskovou slitinu s vysokou pevností (1350 MPa) a vysokou zpracovatelností, která bude čtyřikrát pevnější než průmyslové čisté železo a bude mít procesní charakteristiky podobné průmyslovému čistému titanu; budeme také vyvíjet a používat „near-alfa“ tepelně pevnou slitinu titanu s vyšší tepelnou pevností, tepelnou stabilitou a životností.
Jedním z vývojových směrů titanových slitin je vývoj a použití vysoké tepelné pevnosti, zejména s vysokou stabilitou a dlouhou životností „near-alfa“ tepelné pevnosti titanové slitiny. Letecký motor 6. generace bude používat desky z titanové slitiny vyztužené pevným roztokem a intermetalickou sloučeninou.
Slitina na bázi sloučeniny titanu a hliníku je budoucím směrem výzkumu, slitina „γ“ při teplotě specifické tepelné pevnosti 700 ~ 900 ℃ než ocel a slitina s tepelnou pevností, ale plasticita je špatná.
Novým směrem vývoje tepelně pevných slitin titanu je použití intermetalických sloučenin vyztužených slitinami na bázi pevných roztoků β. Tato slitina se vyznačuje vysokou tepelnou pevností a uspokojivými vlastnostmi plasticity při teplotách 600 ~ 700°C. Ve srovnání se stávajícími slitinami titanu může vývoj tohoto typu slitiny titanu vést k 25% až 30% zvýšení pevnosti a tepelné pevnosti.
Důraz je třeba klást na optimalizaci chemie slitin, odlévání a deformačních procesů. Výběr optimálních specifikací tepelného zpracování a přijetí nových metod navrhování dílů umožní použití intermetalických sloučenin ve struktuře leteckých motorů a zařízení letecké techniky, kde jsou rozhodujícími faktory zvýšení provozní teploty a snížení hmotnosti.
Důležitým symbolem reprezentujícím úroveň vývoje leteckých technologií je počet použitých polymerních kompozitů, polymerní kompozity mají zcela zjevnou převahu, pokud jde o specifickou pevnost a specifickou tuhost, v kombinaci s dobrými strukturálními vlastnostmi a speciálními vlastnostmi, v oblasti letectví byly široce používány ? Letadla Airbus A3XX budou využívat polymerní kompozity až z 25 %.
Použití polymerních kompozitů s plasty vyztuženými uhlíkovými vlákny jako matricí je jedním z účinných opatření ke snížení konstrukční hmoty. Polymerní kompozity obvykle označují plasty vyztužené uhlíkovými vlákny s vysokým modulem pružnosti, vyznačující se vysokou tuhostí (modul pružnosti 196 GPa) a vysokou teplotní rozměrovou stabilitou při zachování vysoké pevnosti v tlaku (1000 MPa). Použití plastů vyztužených uhlíkovými vlákny v nové generaci vybavení letecké techniky může zlepšit aerodynamickou tuhost ocasních komponent, zejména komponent ocasních ploch, snížit konstrukční hmotnost a zajistit požadovanou kvalitu letové technologie. Tyto vlastnosti vysokomodulových plastů vyztužených uhlíkovými vlákny v kombinaci s nízkou hustotou umožňují výrobu manipulátorů pro montáž a údržbu vesmírných stanic. Problémy, které je třeba v příštích letech vyřešit, zahrnují: další zlepšení strukturálních vlastností a speciálních vlastností plastů vyztužených uhlíkovými vlákny, zejména zvýšení provozní teploty na 400 ℃.
Jako konstrukční materiál budou hrát stále důležitější roli nové kompozitní materiály – organické plasty. V posledních letech se vyvíjí 2. generace organických plastů, hodnota σb (pevnost v tahu) u jednoúčelových organických plastů dosáhla 3000 ~ 3200MPa, hodnota E se zvýšila na 130G Pa. Experimentální výzkum ukazuje, že je možné získat elastický modulu 200 ~ 250 GPa organických plastů, je třeba poznamenat, že ve skutečnosti jde o rozšíření rozsahu pracovních teplot o faktor 1 (205 ~ 300 ℃). Je také možné výrazně snížit absorpci vody kompozitem. Pokud jde o měrnou pevnost a modul pružnosti, moderní organické plasty, a zejména ty budoucí, předčí všechny známé polymery? kompozity s kovovou a keramickou matricí.
V současné době se stále více používají plasty vyztužené skelnými vlákny a plastové konstrukční díly vyztužené uhlíkovými vlákny vyráběné procesem prepreg. Při použití tohoto procesu lze v jediném procesu vyrobit díly s normálním a komplexním zakřivením. Ve srovnání s konvenčními polymerními kompozity se kompozity na bázi prepregu vyznačují 40% až 50% zvýšením odolnosti proti praskání. Pevnost ve smyku se zvýší o 20 % až 50 %? 20% až 35% zvýšení únavové síly a trvalé pevnosti? S tímto kompozitním materiálem lze snížit pracnost a spotřebu energie o 1/2; konstrukční hmotu (zejména v případě voštinového plniva) lze snížit o 50 % a konstrukční těsnost lze zlepšit 5krát.
Vývoj speciálních slitin s nejlepším legováním a nejlepší organizační metodou může výrazně zlepšit výkon monokrystalické čepele, jednou z nejslibnějších slitin je legování zinkem slitiny niklu s pevností za tepla.
Slitiny obsahující nikl mají vyšší provozní teploty a vyšší pevnostní vlastnosti a byly získány rekordní hodnoty odolnosti σ1000100> 300 MPa pro zkušební slitiny obsahující 6 % až 7 %, čímž byl zajištěn vývoj lopatek z monokrystalu s chladicími kanály pro 6. generace motorů. Použitím slitiny obsahující nikl může být vstupní teplota turbíny zvýšena na 2000 ~ 2100 K, spotřeba chladicího vzduchu může být snížena o 30% ~ 50% a životnost lopatek může být prodloužena 1 ~ 3krát, když chladicí vzduch spotřeba je stejná.
Požadavky na materiály disků motoru plynové turbíny se mírně liší od požadavků na materiály lopatek: Za prvé, pracovní teplota disku turbíny je nižší než teplota lopatek; za druhé se zvyšují požadavky na spolehlivost materiálu. Výše uvedené požadavky na zlepšení výkonu slitin turbínových kotoučů by měly být řešeny komplexním přístupem, jako je vývoj principu legování, zdokonalení zpevňovacího mechanismu a vývoj nových technologických metod tavení, deformace a tepelného zpracování.
Zvláštním problémem, kterému dnes čelí průmysl výroby leteckých motorů, je vývoj například svařovaných časopisů? požární trubice a řada dalších konstrukčních součástí svařovaných za tepla. Hlavním problémem při vývoji materiálů požárních trubek je zlepšení jejich strukturální tuhosti, řešení tohoto problému také potřebuje splnit řadu náročných a komplexních procesních požadavků: dobrá svařitelnost, vysoká plasticita procesu atd.. Použití výše uvedených slitiny mohou zvýšit pracovní teplotu požární trubky o 150 ~ 200 ℃, prodloužit spolehlivost a životnost o 50 % ~ 100 % a podstatně zvýšit měrnou pevnost svařované kazety při současném snížení hmotnosti o 15 %.
Použití antioxidačního ochranného povlaku je důležitým faktorem pro prodloužení životnosti tepelně zpevňujících slitin (především lopatek turbíny).
V současné době byly zavedeny nové postupy a povlaky s různým komplexním složením jako alternativní technologie k procesu výroby ochranných povlaků difúzním hliníkováním ve směsných prášcích. Vědci vyvinuli novou metodu plazmového vakuového potahování s různými elementárními ionty jako matricí. V případě přibližně stejné tloušťky povlaku (50 ~ 70μm) dokáže originální stříkaná slitina s legováním účinně chránit čepel před sulfidy. oxidová koroze a může prodloužit životnost čepele o řád ve srovnání s hromadně vyráběnými hliníkovými povlaky.
V novém způsobu nanášení vícesložkových materiálů vysokoenergetickým vakuovým plazmovým procesem dochází působením vysokorychlostního toku plazmatu na pevný povrch k cílenému posílení složení, organizace, mikrogeometrie a fyzikálně-chemických vlastností ošetřovaného materiálu. povrch. Hlavní výhody procesu jsou: vysoká kvalita povlaku, hustý a neporézní, dobrá plasticita, silná adheze (více než 100M P a); dobrá všestrannost, všechny typy ochranných nátěrů lze aplikovat na průmyslové zařízení; vysoká přesnost nanášení.
Náklady na nátěr, nátěrové zařízení a proces jsou nízké, pomocí vícesložkových materiálů vysokoenergetický vakuový plazmový proces k nanášení nátěrů lze získat různé nátěry, a to jak difúzní nátěry, kohezivní nátěry, tak kohezivní – difúzní nátěry?
Naléhavost dalšího zlepšení provozní teploty a životnosti motorů s plynovou turbínou vyvolala požadavek na hledání nové slitinové matrice s lepší stabilitou než pevný roztok vyztužený fází niklové matrice. Nová slitinová matrice je vhodná pro použití intermetalické sloučeniny typu Ni3Al a kovalentní vazba intermetalické sloučeniny může vyřešit problém tepelné pevnosti slitiny efektivněji než běžná kovová vazba pevného roztoku? Úroveň tepelné pevnosti těchto slitin může být upravena podle doplňkového legování matrice Ni3Al a organizace odlévání určená procesem odlévání. V tomto případě se tepelná pevnost slitiny zvyšuje s přechodem z rovnoosé do sloupcové a poté do monokrystalické organizace.
Jednokrystalické intermetalické slitiny mají celkově lepší výkon. Při stejné úrovni tepelné pevnosti (teplota 1100°C) je množství vzácných a vzácných žáruvzdorných kovů, jako je wolfram (W) a molybden (Mo) obsažených ve slitině intermetalické sloučeniny, výrazně nižší.
Slitiny na bázi intermetalických sloučenin lze efektivně použít k výrobě chlazených a nechlazených vodicích lopatek trysek, požárních trubek a částí trysek v rozsahu provozních teplot 900 ~ 1150 °C. Nejnovější vědecké úspěchy města mohou zvýšit tepelnou pevnost slitiny na více než 50 ~ 70 MPa.
Další průlomy v oblasti výzkumu materiálů s tepelnou pevností (pracovní teplota zvýšená na více než 1300 ℃) závisí na zajištění kovových kompozitů. Matrice kovových kompozitů může být vyrobena z různých materiálů, jako je titan, intermetalické sloučeniny atd., zatímco výztužné materiály mohou být vyrobeny z vláknitých krystalů, difuzních částic žáruvzdorných sloučenin včetně částic karbidu křemíku, oxidových vláken nebo wolframových vláken.
Speciálními kompozity jsou tzv. přírodní kompozity, které jsou vyrobeny podle procesu směrové krystalizace eutektických slitin. Každá eutektická fáze v takových slitinách roste kolmo ke krystalizační linii, takže pohybem rovinné krystalizační linie lze získat vláknitou organizaci s určitou orientací. Ztužujícím činidlem tohoto materiálu je souvislá kostra vláknitých krystalů žáruvzdorných monokrystalů karbidu kovu (TaC, NbC) vzájemně promíchaných. Vyvinutý přírodní kompozitní materiál si může udržet vysokou úroveň trvalé pevnosti (σ1200b> 70 MPa) při vysokých teplotách 1200°C. Předpokládá se, že podíl kompozitních materiálů v pokročilých motorech s plynovou turbínou výrazně vzroste (až o 40 %).
Různá média a atmosférická prostředí se na roli materiálů projevují jako koroze a stárnutí. Letecké materiály v kontaktu s médii jsou letecké palivo (jako je benzín a petrolej), raketové pohonné látky (jako je koncentrovaná kyselina dusičná, oxid dusný, hydrazin) a řada maziv, hydraulické kapaliny atd., z nichž většina mají silný korozní účinek nebo bobtnání kovových a nekovových materiálů, sluneční záření v atmosféře, eroze větru a deště, podzemní vlhkost při dlouhodobém skladování plísní urychlí stárnutí polymerních materiálů. Proces, odolnost proti korozi, odolnost proti stárnutí a odolnost proti plísním jsou letecké materiály, které by měly mít dobré vlastnosti.
Role kosmického prostředí na materiály se projevuje především ve vysokém vakuu (1.33×10-10Pa) a vlivem ozáření kosmickým zářením. Kovové materiály ve vysokém vakuu jsou ve vzájemném kontaktu, protože povrch je čištěn prostředím vysokého vakua a urychluje proces molekulární difúze, fenomén „studeného svařování“; nekovové materiály ve vysokém vakuu a ozařování kosmickým zářením urychlí těkání a stárnutí, někdy tento jev způsobí, že optická čočka v důsledku těkavé depozice a kontaminace, těsnící struktura v důsledku stárnutí a selhání. Vesmírné materiály jsou obecně vybírány a vyvíjeny pomocí pozemních simulačních testů, aby se přizpůsobily vesmírnému prostředí.
Pro snížení konstrukční hmotnosti vozidla je cílem konstrukce vozidla zvolit co nejmenší bezpečnostní rezervu a dosáhnout naprosto spolehlivé bezpečnostní životnosti. U vozidel, která se používají jednou za krátkou dobu, jako jsou rakety nebo nosné rakety, se lidé snaží maximalizovat materiálový výkon na hranici možností. Aby bylo možné plně využít pevnost materiálu a zajistit bezpečnost, byl u kovových materiálů použit „princip návrhu tolerance poškození“, který vyžaduje nejen vysokou měrnou pevnost, ale také vysokou lomovou houževnatost. Za simulovaných podmínek použití se měří životnost iniciace trhlin a rychlost expanze trhlin materiálu a vypočítá se přípustná délka trhlin a odpovídající životnost jako důležitý základ pro návrh, výrobu a použití. U organických nekovových materiálů jsou pro stanovení pojistné doby jejich životnosti vyžadovány testy přirozeného stárnutí a umělého zrychleného stárnutí, důležitým tématem výzkumu je také struktura lomu kompozitních materiálů, životnost a bezpečnost.
Vývoj leteckých materiálů závisí na následujících 3 faktorech a teprve poté, co byly všechny 3 vyvinuty do zralého stádia, je možné je aplikovat na létající vozidla. Země celého světa proto daly přednost vývoji leteckých materiálů.
S rychlým rozvojem kosmického průmyslu budou konstrukční materiály kosmických lodí také dlouhodobě kontinuálně vyvíjeny. Postupně se zvyšuje podíl nových lehkých slitin používaných v konstrukcích kosmických lodí a aplikace kompozitních materiálů přispěla ke změně materiálů používaných v konstrukcích kosmických lodí a je v rychlém vývoji. Kompozity s kovovou matricí, které kombinují vynikající vlastnosti kovů a anorganických/organických materiálů, také vstoupily do vize výzkumníků leteckých struktur. Konstrukční materiály jsou navíc neoddělitelné od konstrukčního návrhu a některé tradiční složité konstrukce jsou nahrazovány novými multifunkčními konstrukcemi (MFC) a konstrukcemi z 3D tisku. V budoucnu budou konstrukční materiály pro kosmické lodě vykazovat trend diverzifikace a vysokého výkonu.
Stále dominují tradiční lehké slitiny, postupně budou aplikovány nové lehké slitiny, aby se přizpůsobily požadavkům moderních družic, vysoce výkonné, lehké, slitinové materiály mají tendenci být postupně nahrazovány kompozitními materiály. Zejména když kompozitní materiály v automobilovém a leteckém oboru zaznamenaly velký úspěch, začaly také naskakovat v leteckém průmyslu s vyššími požadavky na lehkost materiálu. S prohlubujícím se výzkumem se však zjišťuje, že běžně používané kompozity na bázi pryskyřic mají některé inherentní vady, jako je špatná houževnatost, špatný výkon sekundárního zpracování, špatná odolnost vůči teplu a vlhkosti, špatná adaptabilita na vesmírné prostředí atd. je obtížně aplikovatelný na velké ploše na kosmických lodích v krátké době, což poskytuje prostor a možnosti pro aplikaci a vývoj slitinových materiálů v leteckém a kosmickém oboru.
Dynamika vývoje kompozitních materiálů je dobrá a rozsah použití se bude nadále zvyšovat. Doba vývoje kompozitních materiálů je relativně krátká, ale jejich rychlý vývojový trend stačí k tomu, aby lidé uvěřili, že má skvělé vyhlídky na uplatnění. Kompozity byly vždy napřed před leteckými aplikacemi v oblasti letectví. Jeho aplikace v letadlech byla vyvinuta od sekundárních konstrukčních materiálů po hlavní konstrukční materiály. Množství kompozitních materiálů pro konstrukční části velkých letadel ve světě, jako jsou Boeing 787 a Airbus 380, tvoří 40 % až 50 % a množství kompozitních materiálů pro konstrukční části pokročilých vrtulníků dokonce více než 80 %. . Údaje z veřejného výzkumu společností Boeing a Airbus ukazují, že do roku 2020 budou všechny konstrukční části jejich letadel používat kompozitní materiály. Analogicky, kompozitní materiály v oblasti letectví a kosmonautiky budou mít obrovský vývojový prostor a vyhlídky. Svědčí o tom i skutečnost, že spoje příhradových nosníků z hliníkové slitiny, které se dříve hojně používaly na příhradových nosníkech satelitů, jsou nahrazovány spoji z kompozitu z uhlíkových vláken. Obrázek 2 ukazuje typický kompozitní spoj z uhlíkových vláken. Až dosud jsou vysoce výkonné kompozity z uhlíkových vláken stále středem zájmu výzkumu a aplikací kompozitů. Aby se zmenšila propast s mezinárodní vyspělou úrovní, Čína nyní věnuje velkou pozornost pokročilému výzkumu kompozitních materiálů. S rozvojem levné integrované výrobní technologie, rostoucí vyspělostí automatizovaných, rozsáhlých a vysoce přesných výrobních zařízení a neustálým zlepšováním výkonu matricové pryskyřice a uhlíkových vláken, odolnosti proti vlhkosti a teplu a prodloužení při přetržení uhlíkových vláken vyztužené pryskyřičné matricové kompozity byly výrazně vylepšeny a množství kompozitních materiálů na konstrukcích kosmických lodí se bude jistě dále zvyšovat.
Neváhejte a vyplňte níže uvedený formulář a my vás budeme brzy kontaktovat.
Easiahome zajišťuje celosvětovou distribuci veškeré nerezové oceli. S naší širokou nabídkou produktů nabízíme odborné poradenství na trhu a kompletní kovoobrábění.
