下面是小编为大家整理的航天航空材料（全文）,供大家参考。
碳纤维增强树脂基复合材料
一碳纤维的发展概况 随着碳纤维增强复合材料在航天航空和其他工业领域应用的迅速发展，碳纤维的发展需求迅速增加。从 2004 年开始，国际上碳纤维供应开始出现紧张，随着时间的发展，供不应求的局面日益严重，2005 年至今，各品种和规格的碳纤维供应全面危机，市场价格迅速攀升，个别牌号和规格的碳纤维价格上涨 10 倍左右，例如我国航空航天常用的T300/3K碳纤维从几年前的800——900元/千克增加到现在的 8000 元/千克，甚至出现了有价无市的状态。这种碳纤维供应极度短缺的状况，给全世界先进复合材料产业进一步健康发展带来了极大的困难。我国先进复合材料行业所用的碳纤维几乎全部依赖进口，因此，碳纤维短缺的局面严重影响了我国复合材料产业的增长，甚至制约了航空航天及国防军工事业的发展，与我国的经济社会发展进程极不相称。
复合化是当前新材料的重要发展趋势之一。就高性能结构材料而言，碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)仍代表当前复合材料发展主流。CFRP最大优点是轻质高强，用做承载结构材料，特别是航空航天结材料，有着巨大的性能优势和经济效益。在化石资源日益短缺、油价断上涨的今天，结构轻巧、维修费用低廉的复合结构材料冲击着铝合承力结构材料一统天下的局面，用CFRP替代铝合金，结构减重效果可达到20％ ～40％ 。因此， 自20世纪60年代该复合材料问世以来
在材料的研究、制造、应用等各方面发展非常迅速。
统计结果表明，2007年通用飞机上复合材料的用量，占材料总用量的57％ 。预计未来10年这一数字将上升到69％ ，这是一个重要的发展趋势。最近推出的波音787梦想飞机，CFRP的用量达到全机结构质量的50％ ，成为CFRP发展的一个新的里程碑。另一家航空巨头则提出，在计划推出的A 350飞机上将CFRP的用量提高到65％ 。业内专家预言，在今后的2O～30年将是CFRP发展的新时期，飞机上大规模采用CFRP将带来航空制造产业链革命性的变革。例如，创新的设计概念，将促使设计人员组成和知识结构的改变；而材料与结构件成形的同时完成，可以从生产纤维、树脂的原材料供应商或二级供应商直接向飞机制造商供货；CFRP的独特性能无疑会对飞机维修业提出新的、未预见到的挑战 。
我国的CFRP自20世纪60年代末起步，几十年来在 结构设计、树脂基体研发、制造成形工艺及应用等方面都取得了很大成就，已形成了独立自主的CFRP产业，但与国际先进水平相比，在应用水平与规模、材料基础与配套、制造工艺与设备、设计方法与理念等方面，都存在相当大的差距，甚至有越来越大的趋势。其中应用的落后是根本的落后，我们应该清醒地认识到这一严峻的现实。其原因主要是：首先是思想认识和理念上远落后于世界前进的步伐，没有看到世界上现已出现的飞机结构材料复合化的大趋势；其次是国内缺乏战略总体规划与研究，规划落后，缺乏长远发展与竞争的意识，研究力量分散，基础研究薄弱，预研不踏实，导致许多基础理论和工程实践的关键问题未
获或未很好解决，项目低水平重复，设计与制造分离，投资严重不足；再就是机制与体制上的问题，缺乏相对统一的组织与领导、合 作与协调，存在多方领导，多方投入的问题。“十五”期间国家863计划设立了“高性能碳纤维关键技术专题”，围绕两种高强度PAN原丝和碳纤维的关键技术，一个技术平台和前沿探索等目标开展研发，以实现为军工提供合格的批量碳纤维的目的。经过“十五”863项目的研究，基本上实现了相当于日本T300的国产碳纤维ＣＣＦ－１的中试规模稳定生产，形成了ＣＣＦ－１规模制备的系统集成，突破了ＣＣＦ－１碳纤维吨级试验线的制备技术，性能和Ｔ３００基本相当，同时建立了跨科学、单位系统的公用测试平台。ＣＣＦ－１形成了２５ｔ／ａ原丝、１０ｔ／ａ的碳纤维中试线，并未提供了一定量的ＣＣＦ－１碳纤维进行应用试验，１００ｔ／ａ的碳纤维线已经开始建设中，但是，但目前为止，这些碳纤维生产线尚不能进行稳定的连续生产，不能提供产业应用的碳纤维产量。因此，加速国家碳纤维的产业化，形成规模化生产能力，对先进复合材料行业和我国国民经济其他行业的发展至关重要和迫切。
二碳纤维增强树脂基复合材料的应用现状与产业发展趋势
碳纤维增强树脂基复合材料是航空航天、舰船和地面兵器等领域的最重要、最基础的结构材料。在军用的带动下，其他市场迅速扩
展到交通运输行业（汽车、列车等）、基础工程建设（桥梁、公路设施等）、海洋工程（海上采油平台、近海岸工程设施等）、能源（风力发电）、体育器材与设备以及生物医用复合材料等民用领域。近年来，特别是在运输机、风能叶片、海洋油田领域对碳纤维增强树脂基复合材料的需求迫切程度尤为突出。
（１）碳纤维增强树脂基复合材料在运输机上的应用现状与产业发展趋势
近年来随着国际间合作越来越频繁，各种运输机，特别是大型客机需要量与日俱增。
受到能源短缺和高燃油价格的影响，如何降耗提效一直是飞机制造界得最关心话题之一。据统计，飞机结构减重是实现降耗提效的主要途径，并且将会带来巨大的经济效率，作为先进复合材料，轻质高强的特征正是实现减重目标的有力保证，利用该材料替代已有的金属材料也是实现飞机结构减轻重量的最有效的途径之一。作为复合材料中先进高性能的碳纤维增强树脂基复合材料，运输机对其需求量更是非常巨大。２００５年是商用飞机用碳纤维增强树脂基复合材料增长最快的一年，２００５年波音公司飞机合同６５０架，空中客机４１７架，到２００５年底两大飞机公司交付６２０架，复合材料用量约１７００ｔ，其中碳纤维增强树脂基复合材料达到１０２０ｔ。
(2)碳纤维增强体树脂基复合材料在风能领域的应用现状与产业发展趋势
全球能源紧张，石油价格不断上涨，风能作为人类可长期依赖
的绿色能源备受关注，因此风力发电近年来得到很快的发展。随着对能源需求量的逐渐增加和提高发动机的发电效能，风力发电向着大功率、大直径叶轮的方向发展。这种发动机不仅仅大大增加了能量的捕获量，而且增加了发动机功率，可在高容量低风速下工作。据称，叶片长度增加60%，可提供的发电量增加12%。因此世界八大风能叶片制造商纷纷推出大功率、长叶片计划。叶轮直径的延长，叶片的自重明显增加，例如单组发电机产生5MW的叶片长度达到61.5m，叶片的重量达到近18t。这对于叶片力学性能，特别是根部的力学性能提出了非常苛刻的要求，为高强度、高模量、低密度碳纤维增强树脂基复合材料的使用提供了机遇。另外德国叶片制造厂Ｎｏｒｄｅｘ Ｒｏｔｏｒ认为，叶片超过一定尺寸后，碳纤维叶片的制作成本并不比玻璃纤维的高。ＶＥＳＴＡＳ的V-90型风力机容量为3.00MW，叶片长44m，其试样采用了碳纤维增强体树脂基复合材料制造；GAMESA在直径为87m、90m叶轮的叶片制造中包含了碳纤维；ＮＥＧＭｉｃｏｎ正在制造碳纤维增强环氧树脂的４０ｍ叶片。
除此之外，其他产业对碳纤维增强树脂基复合材料的应用发展也比较迅速，包括在深海油田领域、体育用品、轨道交通、基础设施的修复、更新和加固；汽车的刹车系统、转动轴、车身以及环保汽车用的压缩天然气瓶；电子领域的应用主要有通信、广播、地球观测、空间探测以及各种飞行器的高精度天线、设备套壳；医疗器械；集装箱等。
由上分析可知，无论是在国内，还是国外，碳纤维增强树脂
基复合材料都具备有广泛的应用前景，但对于碳纤维生产技术落后，主要依赖进口的国内而言，面对碳纤维国际市场紧缺和中国的限制出口碳纤维的局面，其发展速度已经收到了严重的制约。
参考文献 1
《中国新材料产业发展报告》2004，化学工业出版社 2
《中国新材料产业发展报告》2006－－航空航天材料专辑，化学工业出版社 3
《中国新材料产业发展报告》2007，化学工业出版社 4
施凯耀，聚丙烯晴PNA基碳纤维发展，尖端材料科技协会（季刊），No.5,2007，
第七版