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  • 甘肅郝氏炭纖維是一家專門從事碳布,硬質復合炭氈,炭纖維布,炭纖維復合氈的民營高新技術企業。
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    碳纖維復合材料在航空航天領域的應用淺析
    來源:www.thaliasoap.com 發布時間:2021/6/22 14:10:47

    說起材料,似乎挺復雜的,其實不盡然。大家肯定都聽說過石器時代、銅器時代和鐵器時代。這很通俗、又很清楚的表明了人類歷史發展與材料的關系。到今天,全球材料結構中仍然有有大約一半是鋼鐵或其合金,從這個意義上講,我們現在仍然處于鐵器時代。


    一種用于結構的好材料,一般應具有較大的強度,或者外力作用下發生形變相對較小,或者重量較輕。而有時候,我們要求材料必須同時具備強度高、變形小和重量低這三種特性。因此,材料科學領域提出了比強度和比模量的概念。


    比強度(specific strength)是材料的強度(斷開時單位面積所受的力)除以其密度。又被稱為強度-重量比。比強度高,簡單的說,就是材料又要結實,又要輕。


    舉個例子來說,比普通鋼強度高7倍的合金鋼,夠結實??墒翘?。要用合金鋼增加結構強度,就必須同時增加重量,這對需要高速運動的物體,意義就不大了。因此我們說,合金鋼的比強度還是不夠高。


    比模量(specific modulus)是材料的模量(在受力狀態下的應力與應變之比)除以其密度,又稱勁度-質量比。比模量高,簡單的說,就是材料又要變形小,又要輕。

    各種工程材料,比如木材、鋁、鋼,它們的比強度差別很大,但比模量其實都差不多,從比模量角度,他們之間相互替代的意義也并不大。


    強度高、變形小、重量低,什么地方會用到這樣的材料呢?

    對了,就是航空和航天工業。飛行器的運動速度高,過載大,對材料強度和變形有嚴格要求。而且,商用飛機每減重一公斤,一年就能節約3000美元的燃料。遠程火箭、太空飛船每減重一公斤,就能節約10,000美元的燃料。能夠減少重量,就能夠增加有效載荷,降低飛行成本。因此高速飛行領域對材料重量是很敏感的。


    當然,大家可以聯想到,航空航天領域的材料,還需要一個特質,就是耐高溫。


    有朋友說:那鈦合金呢?沒錯,鈦合金確實比鋼鐵更加符合飛行器的要求。但問題是鈦資源很少,開采、提煉和加工又很麻煩,因此鈦合金的價格相當昂貴。這部分的限制了鈦的大規模商用,甚至是大規模軍用。對于鈦合金,兵器迷將來另有專貼分析,這里就不贅述了。


    強度高、變形小、重量低、耐高溫、不太貴。這五個要求像是密集的交叉火力,把絕大部分已知材料封殺殆盡。就在這個時候,咱們故事的主角,碳纖維復合材料,終于登場了。


    碳纖維,指碳的重量占90%以上的纖維狀碳材料。碳纖維與樹脂、金屬、陶瓷等基體復合,制成的材料,就是碳纖維復合材料(CFRP)。
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