- No.336 Yunhe Road, Dongying, 산둥, 중국
항공우주재료는 항공기와 그 동력장치, 부속품, 기구에 사용되는 모든 종류의 재료로서 항공우주공학과 기술발전의 결정적 요인 중의 하나이며 항공재료과학도 재료과학의 선구적인 분야이다.
항공 우주 소재는 고온 및 저온에 대한 내성은 물론 노화 및 내식성이 우수하며 우주 환경에 적응할 수 있습니다.
항공기에 사용되는 다양한 종류의 재료와 그 동력장치, 부속품, 기구는 항공우주공학 기술의 발전에 있어 결정적인 요소 중 하나이다. 항공우주 재료 과학은 재료 과학의 선구적인 분야입니다. 항공기 설계는 끊임없이 재료 과학에 새로운 주제를 제시하고 항공 우주 재료 과학의 발전을 촉진합니다. 다양한 신소재의 출현은 항공기 설계에 새로운 가능성을 제공하고 항공우주 기술의 발전을 크게 촉진합니다.
항공우주 소재의 발전은 다음 세 가지 요소에 따라 달라집니다.
항공우주 소재는 높은 응력 및 관성력 외에도 이착륙, 엔진 진동, 회전 부품의 고속 회전, 기동 비행 및 갑작스러운 바람과 같은 요인으로 인해 발생하는 충격 하중 및 교번 하중을 받습니다. 엔진 가스와 태양 복사로 인해 항공기가 고온 환경에 놓이게 되고 비행 속도가 증가함에 따라 공기 역학적 가열 효과가 전면에 나타나 "열 장벽"이 발생합니다. 또한, 온도교차에 따라 아음속의 성층권에서는 표면온도가 약 -50℃까지 떨어지고, 극한의 겨울 환경온도 영역 내 극권은 -40℃ 이하가 되며, 금속 부품이나 고무 취화 현상이 발생하기 쉬운 타이어. 휘발유, 등유 및 기타 연료 및 각종 윤활유, 유압유, 부식을 일으키는 대부분의 금속 재료, 팽창을 일으키는 비금속 재료, 태양 복사, 바람과 비 침식, 곰팡이의 장기 보관을 위한 지하 습한 환경은 폴리머 재료의 노화 과정을 가속화합니다.
항공우주비행체는 대기권 또는 우주공간에서 장기간 운용되며 극한의 환경에서 운용되지만 매우 높은 신뢰성과 안전성, 우수한 비행 및 기동성, 그리고 공기역학적 요구사항, 가공성 요구사항 및 용도를 충족하도록 구조를 최적화하는 것 외에도 유지 보수 요구 사항뿐만 아니라 재료의 우수한 특성과 기능에 따라 달라집니다.
구조의 질량을 줄이기 위해서는 밀도를 30% 줄이는 것이 강도를 50% 늘리는 것보다 더 유용합니다. 알루미늄 합금, 티타늄 합금 및 복합 재료는 비강도와 강성이 높은 주요 항공 우주 구조 재료로, 비행 비용을 줄이면서 탑재 하중, 기동성 및 차량 범위를 향상시킬 수 있습니다.
초고장력강(항복 강도 >1380 MPa)은 항공우주 공학의 10% 이상에서 사용되지 않습니다. 초음속 전투기와 같은 현대 항공기의 경우 초고장력 강철의 양은 5% ~ 10%로 안정화되며 인장 강도는 600 ~ 1850MPa, 때로는 1950MPa까지 높으며 파괴 인성 KIc = 78 ~ 91MPa-m1 /2. 기체 내 하중 구조 부품에 사용되는 활성 부식성 매체에서 일반적으로 고강도 부식 방지 강철을 사용하고 항공기를 선택하기 위해 수소 연료 엔진이 장착되어 있습니다. 액체 수소 및 수소 매체.
금속 매트릭스 복합재, 고온 수지 매트릭스 복합재, 세라믹 매트릭스 복합재 및 탄소/탄소 복합재는 항공우주 분야에서 점점 더 중요한 역할을 하고 있습니다. 탄소/탄소 복합 재료는 탄소의 내화성과 탄소 섬유의 높은 강도 및 강성을 결합하고 우수한 열 안정성과 우수한 열 전도성을 가지며 2500°C에서 여전히 상당한 강도와 인성을 가지며 밀도는 1/4에 불과합니다. 고온 합금. 하이브리드 복합재는 탄소 섬유 복합재에 유리 섬유를 추가하면 충격 특성을 개선할 수 있고, 유리 섬유 강화 플라스틱에 탄소 섬유를 추가하면 강성을 높일 수 있는 등 점점 더 많은 관심을 받고 있습니다.
유인 우주선 섹션의 대부분의 구조 재료는 알루미늄 합금, 티타늄 합금, 우주 왕복선 궤도 선과 같은 복합 재료로 주로 알루미늄 합금으로 만들어졌으며 메인 프레임의 일부인 Chin 합금으로 만든 주 엔진 추력 구조를 지원합니다. 붕소 섬유 강화 알루미늄 합금 금속 매트릭스 복합 재료를 사용하는 중간 동체, 패널용 흑연 섬유 강화 에폭시 수지 복합 재료에 특수 종이 벌집 샌드위치 구조를 사용하는 화물칸 도어. 미사일 헤드, 우주선 재진입 모듈 외부 표면 및 로켓 엔진 내부 표면, 열 흐름의 작용하에 절제 재료를 사용하기 위해 절제 재료는 분해, 용융, 증발, 승화, 침식 및 기타 물리적 및 화학적 변화, 질량이 될 수 있습니다. 차량 내부, 냉각 로켓 엔진 연소실 및 노즐로 열이 흐를 때 대기의 재진입을 방지하는 목적을 달성하기 위해 많은 열을 빼앗기 위해 재료 표면의 소비. 캐빈 내부에서 적절한 작동 온도를 유지하기 위해 복사열 보호 조치를 취하는 Reman 캐빈 섹션, 고온에 강한 니켈 계 합금 또는 베릴륨 플레이트의 외피, 내열 친 합금의 내부 구조, 아우터 피부와 내부 구조는 석영 섬유, 유리 섬유 복합 세라믹 및 기타 단열 특성이 좋은 재료로 채워져 있습니다.
인간 우주 비행, 달 탐사 및 심우주 탐사, 고해상도 위성, 초고속 차량, 재사용 가능한 발사체, 우주 기동 차량 및 기타 우주 프로젝트의 구현 및 지속적인 개발로 인해 재료에 대한 새롭고 더 까다로운 요구 사항이 제시되어 새로운 기능을 제공합니다. 우주 비행을 위한 신소재 개발을 위한 기회와 추진력, 그리고 소재 분야는 소재 시스템의 혁신, 주요 원자재의 독립적인 보호 및 엔지니어링 응용 분야에서 가능한 한 빨리 이루어져야 합니다. 재료 분야는 가능한 한 빨리 재료 시스템 혁신, 주요 원자재 및 엔지니어링 응용 프로그램의 독립적인 보증에서 중대한 돌파구를 마련해야 합니다.
또한 A380이 새로운 유형의 라미네이트인 3% GLARE를 사용하는 등 항공우주 공학에서 라미네이트 복합 재료의 적용이 점점 더 널리 보급되고 있습니다. 라미네이트는 일반적으로 상부 패널, 상부 접착제 층, 코어 재료, 하부 접착제 층, 하부 패널로 구성된 두 가지 다른 종류의 재료를 압력에 의해 함께 적층하는 복합 재료로 강도와 강성이 별도의 패널 재료보다 높거나 핵심 소재로 항공기 및 전투기 수송에 적용되고 있습니다. GLARE 라미네이트는 그림 1과 같이 얇은 알루미늄 판과 단방향 유리 섬유 프리프레그(에폭시 접착제 함침)를 적층하고 열간 압착하여 여러 층을 적층하기 위해 압력(또는 열간 압착 탱크)으로 만들어집니다. 섬유 프리프레그 층에 더 쉽게 접착되도록 처리됩니다. 표 1은 상업적으로 생산할 수 있는 GLARE 라미네이트의 유형을 보여주며 필요에 따라 다양한 두께로 만들 수 있습니다. 섬유는 2, 3, 4층 등이 될 수 있으며 섬유 함량과 방향은 표에 따를 수 있으며 각 유형의 GLARE 라미네이트는 특정 요구에 따라 조정될 수 있는 다양한 형태를 가질 수 있습니다.
항공우주 소재는 항공우주 제품의 개발 및 생산을 위한 재료 보증일 뿐만 아니라 항공우주 제품의 갱신을 촉진하는 기술 기반입니다. 재료 자체의 특성에서 항공 우주 재료는 금속 재료, 무기 비금속 재료, 고분자 재료 및 고급 복합 재료의 네 가지 범주로 나뉩니다. 기능의 용도에 따라 구조재료와 기능성재료 2가지로 나눌 수 있다. 구조용 재료의 경우 가장 중요한 요구 사항은 경량, 고강도 및 고온 내식성입니다. 기능성 소재에는 마이크로 전자 및 광전자 소재, 센서 감지 소자 소재가 포함됩니까? 기능성 세라믹 소재, 광섬유 소재, 정보 표시 및 저장 소재, 스텔스 소재, 스마트 소재
항공우주 소재는 항공기 본체 소재, 엔진 소재, 항공기 장비 소재의 3가지 주요 카테고리를 포함합니다. 그리고 항공우주 소재로는 발사체 화살체 소재, 로켓 엔진 소재, 우주선 소재, 항공우주 기능성 소재 등이 있다.
특히 재료 수준에서 항공 우주 재료는 알루미늄 합금, 티타늄 합금, 마그네슘 합금 및 기타 경합금, 초고장력강, 고온 티타늄 합금, 니켈 기반 고온 합금, 금속간 화합물(티타늄-알루미늄 시스템, 니오븀-알루미늄 시스템, 몰리브덴-실리콘 시스템). 내화 금속 및 그 합금 및 기타 고온 금속 구조 재료, 유리 섬유, 탄소 섬유, 방향족 아미드 섬유, 방향족 헤테로사이클릭 섬유, 초고분자량 폴리에틸렌 섬유 및 기타 복합 강화 재료, 에폭시 수지, 비스말레이미드 수지, 열경화성 폴리이미드 수지 , 페놀 수지, 시아네이트 수지, 폴리아릴 아세틸렌 수지 및 기타 복합 매트릭스 재료, 고급 금속 기반 및 무기 비금속 기반 복합 재료, 고급 금속 간 화합물 기반 복합 재료, 고급 세라믹 재료, 고급 탄소/탄소 복합 재료 및 고급 기능성 소재.
항공기 동체 구조 재료의 조성비 예측은 21세기 초의 지배적인 재료가 알루미늄 합금임을 보여준다. 항공우주 기술용 알루미늄 합금을 개발할 때 해결해야 할 첫 번째 문제는 높은 작동 신뢰성과 우수한 제작 기술을 보장하면서 구조적 질량을 줄이는 방법입니다. 해결해야 할 시급한 문제는 용접 특성이 우수한 고강도 알루미늄 합금을 개발하고 모놀리식 용접 구조물 제조에 사용하는 것입니다. 차량의 적재량을 늘리는 방법은 강도를 높이거나 밀도를 줄이는 것입니다(강도를 줄이지 않고).
알루미늄과 리튬을 합금하면 합금 밀도가 감소하고 탄성 계수가 증가합니다. 두께가 0.5mm 미만인 얇은 시트를 포함한 알루미늄-리튬(Al-Li) 합금 시트는 스트립 코일 압연으로 생산되었습니다.
알루미늄 베이스 레이어 복합재를 사용하면 예외적으로 낮은 균열 팽창률(기존 재료의 1/20 ~ 1/10), 고강도(50% ~ 100 % 증가) 및 파괴 인성 및 낮은 밀도(10% ~ 15% 감소). 금이 간 리벳 재료는 매우 유망합니다.
현대 항공기 구조에서 강철 사용량은 5%에서 10%로 안정적이며, 초음속 전투기와 같은 일부 항공기에서는 강철이 특정 용도의 재료입니다.
고장력강은 일반적으로 높은 강성, 높은 비강도 및 높은 피로 수명뿐만 아니라 우수한 중온 강도, 내부식성 및 기타 다양한 매개변수가 필요한 구조 부품에 사용됩니다. 강철은 반제품 생산과 복잡한 구조 부품 제조, 특히 용접이 최종 공정인 용접 구조 부품 생산에서 대체 불가능한 소재입니다.
오랫동안 항공기 제조산업에서 가장 많이 사용되는 강재는 강도 1600~1850MPa, 파괴인성 77.5~91MPa/m2 정도의 중합금 고장력강이다. 현재 동일한 파괴 인성 지수를 유지하기 위해 강철의 최소 강도 수준은 1950MPa로 증가했지만 높은 균열 저항, 고강도 용접 구조 강철의 새로운 경제 합금을 개발했습니다.
고장력강의 개발 방향은 야금 생산 공정을 더욱 개선하고 최고의 화학 성분 및 열처리 사양을 선택하여 강도 성능 수준 2100 ~ 2200MPa의 고신뢰성 구조용 강재를 개발하는 것입니다.
특히 베어링 구조 부품의 사용에 대한 전천후 조건에서 고강도 부식 방지 강철의 광범위한 사용, 이 강철의 강도 수준은 유사합니다. 합금 구조용 강철, 신뢰성 매개변수(파괴 인성, 부식 균열 강도 등)는 합금 구조용 강철을 크게 초과했습니다.
고강도 강철의 장점은 다음과 같습니다. 다양한 용접 방법을 사용하여 용접을 구현하고 내 하중 구조 부품을 용접 할 수 있으며 열처리없이 용접 한 후 열간 상태 또는 냉간 상태에서 우수한 펀칭 가능성 등을 가질 수 있습니다. ..
고강도 강재의 가장 유망한 응용 분야는 내식강을 강화하는 저탄소 분산 강화 마르텐사이트 유형과 오스테나이트-마르텐사이트 강 전이 유형입니다. 고강도 부식 방지 강철의 강도 수준.
저온 기술 및 장비는 고장력 내식강의 특수 응용 분야이며 개발 전망이 좋은 항공기용 수소 연료 엔진을 갖춘 개발 방향은 액체 수소 및 수소 매체에서 작동해야 합니다. 무탄소 내식강을 연구 방향으로 삼고 있습니다.
동체 부품에서 티타늄 합금의 비율을 개선할 수 있는 잠재력은 매우 큽니다. 예측에 따르면 여객기 동체에서 티타늄 합금의 비율은 20%에 도달하고 군용 항공기 동체 응용 프로그램의 비율은 50%로 증가할 것입니다. 전제는 그것을 보장하는 것입니다.
티타늄 합금은 강도와 신뢰성이 더 높습니다. 온도 사용을 더욱 개선합니다. 높은 공정 성능과 우수한 용접성; 다양한 반제품을 생산할 수 있습니다. 성숙한 합금 및 프로세스를 사용하는 구조에서 구조의 형태를 개선하고 새로운 설계 솔루션을 개발합니다.
고강도 티타늄 합금을 사용하면 구조의 무게를 줄이면서 구조의 중량 효율성, 신뢰성 및 가공성을 향상시킬 수 있습니다. 공업용 순철보다 1350배 강하고 공업용 순티타늄과 유사한 공정특성을 갖는 고강도(XNUMXMPa)와 가공성을 겸비한 판재 합금을 개발할 계획이다. 우리는 또한 더 높은 열 강도, 열 안정성 및 수명을 가진 "알파에 가까운" 열에 강한 티타늄 합금을 개발하고 사용할 것입니다.
티타늄 합금의 개발 방향 중 하나는 높은 열 강도, 특히 "니어 알파" 열 강도 티타늄 합금의 높은 안정성과 긴 수명을 개발하여 사용하는 것입니다. 6세대 항공 엔진은 고용체 강화 및 금속간 화합물 강화 티타늄 합금 플레이트를 사용합니다.
티타늄-알루미늄 화합물 기반 합금은 향후 연구 방향으로, "γ" 합금은 700~900℃에서 강철 및 열강도 합금보다 온도 비열강도가 낮지만 가소성이 떨어집니다.
열에 강한 티타늄 합금 개발의 새로운 방향은 β 고용체 기반 합금으로 강화된 금속간 화합물을 사용하는 것입니다. 이 합금은 600 ~ 700°C의 온도에서 높은 열강도와 만족스러운 가소성을 특징으로 합니다. 기존 티타늄 합금과 비교하여 이러한 유형의 티타늄 합금을 개발하면 강도와 열 강도를 25~30% 향상시킬 수 있습니다.
합금 화학, 주조 및 변형 공정을 최적화하는 데 중점을 두어야 합니다. 최적의 열처리 사양을 선택하고 부품을 설계하는 새로운 방법을 채택하면 서비스 온도의 증가와 질량 감소가 결정적인 요소인 항공 엔진 및 항공 우주 기술 장비의 구조에 금속간 화합물을 사용할 수 있습니다.
항공 우주 기술 개발 수준을 나타내는 중요한 상징은 사용되는 고분자 복합 재료의 수입니다. 고분자 복합 재료는 비강도 및 비강성 측면에서 매우 명백한 우월성을 가지며 우수한 구조적 특성 및 특수 특성과 결합되어 항공 분야에서 널리 사용되었습니다. ? Airbus A3XX 항공기는 최대 25%까지 폴리머 복합재를 사용합니다.
탄소 섬유 강화 플라스틱을 매트릭스로 사용하는 고분자 복합 재료의 사용은 구조적 질량을 줄이는 효과적인 방법 중 하나입니다. 고분자 복합 재료는 일반적으로 높은 압축 강도(196MPa)를 유지하면서 높은 강성(탄성 계수 1000GPa)과 고온 치수 안정성을 특징으로 하는 고탄성 계수 탄소 섬유 강화 플라스틱을 말합니다. 차세대 항공 우주 기술 장비에 탄소 섬유 강화 플라스틱을 사용하면 테일 구성 요소, 특히 테일 팁 구성 요소의 공기 역학적 강성을 개선하고 구조적 질량을 줄이며 필요한 비행 기술 품질을 보장할 수 있습니다. 저밀도와 결합된 고탄성 탄소 섬유 강화 플라스틱의 이러한 특성은 우주 정거장의 조립 및 유지 관리를 위한 매니퓰레이터 제조를 가능하게 합니다. 향후 몇 년 동안 해결해야 할 문제에는 탄소 섬유 강화 플라스틱의 구조적 특성 및 특수 특성의 추가 개선, 특히 작동 온도를 400℃로 높이는 것이 포함됩니다.
구조 재료로서 새로운 복합 재료인 유기 플라스틱이 점점 더 중요한 역할을 할 것입니다. 최근에는 2세대 유기 플라스틱이 개발되고 있으며, 단일 목적 유기 플라스틱의 σb(인장 강도) 값은 3000~3200MPa에 도달하고 E 값은 130G Pa로 증가했습니다. 실험 연구에 따르면 탄성을 얻을 수 있습니다. 200 ~ 250GPa 유기 플라스틱의 모듈러스, 이것은 실제로 작업 온도 범위를 1배(205 ~ 300℃) 확장하는 것입니다. 또한 복합재의 수분 흡수를 크게 줄이는 것도 가능합니다. 비강도와 탄성 계수 측면에서 현대 유기 플라스틱, 특히 미래의 유기 플라스틱은 알려진 모든 폴리머를 능가할 것입니까? 금속 및 세라믹 매트릭스 합성물.
현재, 프리프레그 공정으로 제조된 유리 섬유 강화 플라스틱 및 탄소 섬유 강화 플라스틱 구조 부품의 사용이 점차 증가하고 있습니다. 이 프로세스를 사용하면 일반 및 복잡한 곡률을 가진 부품을 단일 프로세스로 만들 수 있습니다. 기존 폴리머 복합재와 비교하여 프리프레그 기반 복합재는 내균열성이 40~50% 증가하는 특징이 있습니다. 전단 강도가 20%에서 50%로 증가합니까? 피로 강도와 지속 강도가 20~35% 증가합니까? 이 복합 재료를 사용하면 노동력과 에너지 소비를 1/2로 줄일 수 있습니다. 구조적 질량(특히 허니컴 필러의 경우)을 50%까지 줄일 수 있고 구조적 밀봉성을 5배 향상시킬 수 있습니다.
최고의 합금과 최고의 조직 방법을 갖춘 특수 합금의 개발은 단결정 블레이드의 성능을 크게 향상시킬 수 있으며 가장 유망한 합금 중 하나는 열간 강도 니켈 합금의 아연 합금입니다.
니켈 함유 합금은 작동 온도가 더 높고 내구성 강도 특성이 더 높으며 1000100% ~ 300%를 포함하는 테스트 합금에 대해 σ6> 7MPa의 기록 내구성 강도 값을 얻었으므로 6차 냉각 채널이 있는 단결정 블레이드의 개발을 보장합니다. 세대 엔진. 니켈 함유 합금을 사용하여 터빈 입구 온도를 2000 ~ 2100K로 높일 수 있고, 냉각 공기 소비량을 30% ~ 50%까지 줄일 수 있으며, 냉각 공기가 공급되면 블레이드 수명을 1 ~ 3배 연장할 수 있습니다. 소비는 똑같다.
가스 터빈 엔진 디스크 재료에 대한 요구 사항은 블레이드 재료에 대한 요구 사항과 약간 다릅니다. 첫째, 터빈 디스크의 작동 온도는 블레이드의 작동 온도보다 낮습니다. 둘째, 재료 신뢰성에 대한 요구 사항이 증가합니다. 터빈 디스크 합금의 성능을 개선하기 위한 위의 요구 사항은 합금 원리 개발, 강화 메커니즘 개선, 용융, 변형 및 열처리를 위한 새로운 기술 방법 개발과 같은 포괄적인 접근 방식으로 해결해야 합니다.
오늘날 항공 엔진 제조 산업이 직면하고 있는 특별한 문제는 예를 들어 용접 잡지를 개발하는 것입니다. 소방관 및 기타 열간 용접 구조 부품 범위. 연관 재료 개발의 주요 문제는 구조적 강성을 개선하는 것이며, 이 문제에 대한 해결책은 우수한 용접성, 높은 공정 가소성 등과 같은 일련의 까다롭고 포괄적인 공정 요구 사항을 충족해야 합니다. 합금은 소방관의 작동 온도를 150 ~ 200℃까지 증가시킬 수 있고, 신뢰성과 서비스 수명을 50% ~ 100%까지 연장하며, 용접 카세트의 비강도를 실질적으로 증가시키면서 질량을 15%까지 줄일 수 있습니다.
산화 방지제 보호 코팅의 사용은 열 강화 합금(첫째, 터빈 블레이드)의 수명을 연장하는 데 중요한 요소입니다.
현재, 혼합 분말에서 확산 알루미나이징에 의해 보호 코팅을 생성하는 공정에 대한 대안 기술로서 다양한 복합 조성을 갖는 새로운 공정 및 코팅이 도입되었습니다. 연구원들은 서로 다른 원소 이온을 매트릭스로 사용하는 플라즈마 진공 코팅의 새로운 방법을 개발했습니다. 대략 동일한 코팅 두께(50~70μm)의 경우, 원래의 합금이 분사된 합금은 황화물로부터 블레이드를 효과적으로 보호할 수 있습니다. 산화물 부식을 방지하고 대량 생산되는 알루미늄 도금 코팅에 비해 블레이드 수명을 몇 배로 연장할 수 있습니다.
고에너지 진공 플라즈마 공정으로 다성분 재료를 코팅하는 새로운 방법에서 고체 표면에 대한 고속 플라즈마 흐름의 작용은 처리된 물질의 구성, 구성, 미세 형상 및 물리화학적 특성을 의도적으로 강화합니다. 표면. 이 공정의 주요 장점은 다음과 같습니다. 높은 코팅 품질, 조밀하고 비다공성, 우수한 가소성, 강한 접착력(100M Pa 이상); 다재다능함, 모든 유형의 보호 코팅을 산업용 장치에 적용할 수 있습니다. 높은 증착 정확도.
코팅, 코팅 장비 및 공정 비용이 저렴하고 다성분 재료 고에너지 진공 플라즈마 공정을 사용하여 코팅을 적용하고 다양한 코팅, 확산 코팅, 응집 코팅 및 응집 확산 코팅을 얻을 수 있습니까?
가스 터빈 엔진의 작동 온도와 부품 수명을 더욱 개선해야 하는 시급함 때문에 니켈 매트릭스 상 강화 고용체보다 더 나은 안정성을 가진 새로운 합금 매트릭스를 찾아야 했습니다. 새로운 합금 매트릭스는 Ni3Al계 금속간 화합물을 사용하는 데 적합하며 금속간 화합물의 공유 결합은 고용체의 일반 금속 결합보다 더 효과적으로 합금의 열강도 문제를 해결할 수 있습니까? 이러한 합금의 열 강도 수준은 Ni3Al 매트릭스의 보충 합금화 및 주조 공정에 의해 결정되는 주조 조직에 따라 조정될 수 있습니다. 이 경우 합금의 열 강도는 등축 조직에서 주상 조직으로, 그리고 나서 단결정 조직으로 전이됨에 따라 증가합니다.
단결정 금속간 합금은 전반적인 성능이 더 우수합니다. 동일한 수준의 열 강도(온도 1100°C)에서 금속간 화합물 합금에 포함된 텅스텐(W) 및 몰리브덴(M o)과 같은 희소 및 귀금속 내화 금속의 양이 현저히 적습니다.
금속간 화합물 기반 합금은 900 ~ 1150°C의 작동 온도 범위에서 냉각 및 비냉각 노즐 가이드 베인, 소방관 및 노즐 부품을 제조하는 데 효과적으로 사용될 수 있습니다. 도시의 최신 과학 성과는 합금의 열 강도를 50 ~ 70MPa 이상으로 높일 수 있습니다.
열강도 재료 연구(작업 온도를 1300℃ 이상으로 높임) 분야의 추가 돌파구는 금속 복합 재료에 달려 있습니다. 금속 복합재의 매트릭스는 티타늄, 금속간 화합물 등과 같은 다양한 재료로 만들어질 수 있으며, 보강재는 필라멘트형 결정, 실리콘 카바이드 입자, 산화물 섬유 또는 텅스텐 섬유를 포함한 확산 내화성 복합 입자로 만들어질 수 있습니다.
특수 합성물은 공융 합금의 방향성 결정화 공정에 따라 만들어진 소위 천연 합성물입니다. 이러한 합금의 각 공융상은 결정화 라인에 수직으로 성장하므로 평면 결정화 라인을 이동하여 특정 방향의 섬유 조직을 얻을 수 있습니다. 이 재료의 강화제는 서로 함께 교반되는 내화성 금속 카바이드(TaC, NbC) 단결정의 필라멘트형 결정의 연속적인 골격입니다. 개발된 천연 복합재료는 1200°C의 고온에서 높은 지속 강도 수준(σ70b> 1200 MPa)을 유지할 수 있습니다. 고급 가스 터빈 엔진에서 복합 재료의 점유율이 크게 증가할 것으로 예상됩니다(최대 40%).
부식 및 노화로 나타나는 재료의 역할에 대한 다양한 매체 및 대기 환경. 매체와 접촉하는 항공우주 재료는 항공기 연료(예: 휘발유, 등유), 로켓 추진제(예: 농축 질산, 아산화질소, 히드라진) 및 다양한 윤활유, 유압유 등이며, 대부분이 금속 및 비금속 재료의 강한 부식 효과 또는 팽윤, 대기 중 태양의 조사, 바람과 비의 침식, 곰팡이의 장기 보관시 지하 수분은 폴리머 재료의 노화를 가속화합니다. 가공성, 내식성, 항노화성, 항곰팡이성은 특성이 좋아야 하는 항공우주 소재입니다.
재료에 대한 공간환경의 역할은 주로 고진공(1.33×10-10Pa)과 우주선 조사의 영향으로 나타난다. 고진공 상태의 금속 재료는 고진공 환경에서 표면이 정화되고 분자 확산 과정을 가속화하기 때문에 서로 접촉합니다. "냉간 용접" 현상; 고진공 및 우주선 조사에서 비금속 재료는 휘발 및 노화를 가속화하며, 때때로 이러한 현상은 휘발성 증착 및 오염으로 인해 광학 렌즈를 노화 및 실패로 인한 밀봉 구조로 만듭니다. 우주재료는 일반적으로 우주 환경에 적응하기 위해 지상 시뮬레이션 시험을 통해 선정 및 개발된다.
차량의 구조적 질량을 줄이기 위해 가능한 가장 작은 안전 여백을 선택하고 절대적으로 신뢰할 수 있는 안전 수명을 달성하는 것이 차량 설계의 목표로 간주됩니다. 미사일이나 발사체와 같이 짧은 시간에 한 번 사용되는 차량의 경우 사람들은 재료 성능을 한계까지 극대화하기 위해 노력합니다. 재료 강도를 최대한 활용하고 안전을 보장하기 위해 높은 비강도뿐만 아니라 높은 파괴 인성이 요구되는 금속 재료에 "손상 허용 설계 원칙"이 사용되었습니다. 모의 사용 조건에서 재료의 균열 시작 수명과 균열 확장률을 측정하고 허용 균열 길이와 해당 수명을 설계, 생산 및 사용의 중요한 기준으로 계산합니다. 유기 비금속 재료의 경우 수명의 보험 기간, 복합 재료의 파손 패턴, 수명 및 안전을 결정하기 위해 자연 노화 및 인공 가속 노화 테스트가 필요한 연구 주제입니다.
항공우주 소재의 발전은 다음 3가지 요소에 달려 있으며, 3가지 요소가 모두 성숙 단계에 도달해야 비행체에 적용할 수 있습니다. 따라서 세계 각국은 항공우주 소재 개발에 우선순위를 두고 있습니다.
우주 산업의 급속한 발전과 함께 우주선 구조 재료도 장기적으로 지속적으로 발전할 것입니다. 우주선 구조에 사용되는 새로운 경량 합금의 비율은 점차 증가하고 있으며 복합 재료의 적용은 우주선 구조에 사용되는 재료의 변화에 기여하여 급속한 발전을 이루고 있습니다. 금속과 무기/유기 재료의 우수한 특성을 결합한 금속 매트릭스 복합 재료도 항공우주 구조 연구자의 비전에 포함되었습니다. 또한 구조 재료는 구조 설계와 분리할 수 없으며 일부 기존의 복잡한 구조는 새로운 다기능 구조(MFC) 및 3D 인쇄 구조로 대체되고 있습니다. 앞으로 우주선용 구조재는 다양화와 고성능화 추세를 보일 것이다.
전통적인 경합금이 여전히 지배적이며, 현대 위성 고성능, 경량 구조의 요구 사항에 적응하기 위해 새로운 경합금이 점진적으로 적용될 것입니다. 합금 재료는 점차 복합 재료로 대체되는 경향이 있습니다. 특히 자동차와 항공 분야에서 복합소재가 큰 성공을 거두자 소재 경량화에 대한 요구가 높아지는 항공우주 분야에서도 도약하기 시작했다. 그러나 연구가 심화됨에 따라 일반적으로 사용되는 수지 기반 복합 재료는 인성 불량, XNUMX차 가공 성능 불량, 내열성 및 내습성 불량, 우주 환경 적응성 불량 등과 같은 고유한 결함이 있음이 밝혀졌습니다. 우주선의 넓은 면적에 단시간에 적용하기 어려우므로 항공우주분야에서 합금재료의 응용 및 개발에 대한 공간과 기회를 제공한다.
복합 재료의 발전 추세는 양호하며 응용 범위는 계속해서 증가할 것입니다. 복합 재료의 개발 시간은 상대적으로 짧지만 빠른 개발 추세는 사람들로 하여금 응용 가능성이 크다고 믿게 만들기에 충분합니다. 복합소재는 항상 항공 분야의 항공우주 응용 분야보다 앞서 있었습니다. 항공기에서의 적용은 787차 구조 재료에서 주요 구조 재료로 개발되었습니다. 보잉 380, 에어버스 40 등 전 세계 대형 항공기 구조부품용 복합재료 비중은 50~80%, 첨단 헬리콥터 구조부품용 복합재료 비중은 2020% 이상이다. . 보잉과 에어버스의 공개 연구 데이터에 따르면 2년까지 그들의 항공기 구조 부품은 모두 복합 재료를 사용할 것입니다. 비유하자면, 항공우주 분야의 복합 재료는 거대한 개발 공간과 전망을 갖게 될 것입니다. 이것은 이전에 위성 트러스에 널리 사용되었던 알루미늄 합금 트러스 조인트가 탄소 섬유 복합 조인트로 대체되고 있다는 사실로도 입증됩니다. 그림 XNUMX는 일반적인 탄소 섬유 복합재 조인트를 보여줍니다. 지금까지 탄소 섬유 고성능 복합 재료는 여전히 복합 재료 연구 및 응용 분야의 초점이었습니다. 국제 선진 수준과의 격차를 좁히기 위해 중국은 현재 복합 재료의 선진 연구에 큰 관심을 기울이고 있습니다. 저원가 통합 제조 기술의 발달로 자동화, 대형화, 고정밀 제조 장비의 성숙도가 높아지고 매트릭스 수지 및 탄소 섬유의 성능이 지속적으로 향상되어 습기와 열에 대한 저항성 및 연신율이 향상되었습니다. 탄소 섬유 강화 수지 매트릭스 복합재의 파손 시 크게 개선되었으며 우주선 구조에 대한 복합 재료의 양은 확실히 더 증가할 것입니다.
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