在航空航天领域使用复合材料的优势

由于多种因素，复合材料在航空航天工程中越来越受欢迎。它们比金属等传统材料轻得多。减轻重量在航空航天工程中至关重要，因为它可以提高发动机性能并减少排放。轻质复合材料可用于减少航空航天部门的成本支出和生态影响。

复合材料具有高度通用性，因为它们能够模制成复杂的配置。在不受传统材料限制的情况下，工程师可以制造出符合特定飞机要求的定制零件。

复合材料还具有极强的耐候性和抗疲劳性，使其成为飞机制造的理想选择。它们承受异常高温的能力是一个主要优势，特别是对于航天器和重返大气层飞行器的应用。由于这些原因，复合材料被用于建造飞机和航天器的主要承重结构，例如机翼、机身、起落架、发动机舱等。

用于航空航天应用的增强碳纤维复合材料

在过去几年中，碳纤维增强聚合物（CFRP）复合材料以其紧凑的尺寸、优异的耐用性和耐腐蚀性能成为航空航天和风能设备的重要材料。由于密度低，碳纤维增强碳基复合材料，也称为碳/碳（C/C）复合材料，是轻质复合材料的重要组成部分。

空中客车A350和波音787这两款广受欢迎的远程飞机，超过50%的机身由CFRP制成。A380是第一款采用CFRP复合材料芯翼盒的飞机，与最先进的铝合金相比，重量减轻了1.5吨。

在《Composites Part B》上发表的最新文章中，作者详细介绍了由碳化铪纳米线（HfC_NWs）强化的紧凑型碳纤维复合材料。研究人员将HfC_NWs结合到C/C复合材料中，从而开发了轻质HfC_NWs -C/C复合材料，并评估了在1800°C、2100°C和2450°C温度下退火后两种类型复合材料的拉伸强度。

研究发现HfC_NWs -C/C的机械强度保持率（MSR）大于C/C。含有HfC_NWs的C/C 复合材料的质量烧蚀率降低。这是因为HfC_NWs的分解有助于消融过程中的重量增加。

因此，它被证明是一种轻质超高温复合材料，具有出色的高温效率，显示出在航空航天领域用作热结构部件的巨大潜力。

航空航天工业中的镁和陶瓷复合材料

镁复合材料具有多种用途，包括航空航天飞行器的发动机组件、制动元件和运动轴。在F16飞机上，铝制入口通道已被碳化硅颗粒强化的镁复合材料取代，从而提高了疲劳寿命。

燃气轮机叶片尤其需要耐高温的材料。极轻的复合材料涡轮叶片可在大约1050 °C的涡轮排气温度下保持强度。

在汽车和航空航天领域，制动技术是目前的一个重要研究领域。在飞机上，制动机构根据流经圆盘（转子和定子）的液压流体进行调整，产生摩擦，将陶瓷复合材料部件体积的外部温度提高到1500°C至3000°C之间。在商用客机制动系统中使用这种材料可以减轻经济重量。

波音公司正在开发用于商用飞机的复合材料Nextel 610/铝硅酸盐排放喷嘴和声学结构。通用电气航空公司在陶瓷复合材料方面投入了大量资金，F414发动机的分流排放密封件最初由陶瓷Ox/Ox复合材料制成。

航空航天工业中的自修复复合材料

根据发表在《Polymers》杂志上的最新文章，自修复复合材料在航空航天领域越来越受欢迎。复合材料的劣化是由冲击载荷引起的。冲击损坏从微小的空洞开始，然后发展到严重的微观开裂和结构破坏。由于其增强的细胞流动性，聚合物及其复合材料作为自修复材料变得无处不在。

共静电纺丝已被用于制造在界面处具有自修复核壳纳米纤维的混合多尺度聚碳酸酯复合材料。在层压复合材料中，当发生分层等界面损伤时，芯壳设计为可自我修复。含有修复剂的微胶囊被添加到碳纤维增强塑料（CFRP）复合材料中，用于航空航天，以避免分层断裂。

自修复复合材料通常用作机身、机翼、内燃机、叶栅等航空结构中的保护层或障碍物。碳基体中的硅和硼基结晶成分也被用作自修复材料。

纳米复合材料在航空航天工业中的应用

《Nanotechnology Reviews》上发表了一篇介绍纳米复合材料在航空航天工业中的应用的文章。由纳米二氧化硅和三元乙丙橡胶（EPDM）橡胶组成的纳米复合材料被用作热阻物质，用于在发射期间保护航天器的结构部件。已经对用纳米复合材料替代固体火箭发动机（SRM）中的传统聚合物基复合材料进行了研究。为了提高隔热性，热塑性PU弹性体纳米复合材料（TPUN）已被用于取代SRM中的传统Kevlar增强EPDM。

用于变形飞机的SHM的基于纳米复合材料的可拉伸传感器的制造，用于跟踪航空航天变形系统中断裂的发展是另一个重要的应用。

使用碳纳米管CNT增强聚丙烯纳米复合材料，构建了受自然影响的微型飞行器的扑翼概念。实验分析表明，人工构建的翅膀的原始频率与蜻蜓翅膀的共振频率非常相似。

根据发表在《聚合物》杂志上的研究，磁性聚合物纳米复合材料也进入了航空航天领域。作为电磁干扰（EMI）屏蔽材料，采用了经过磁化金属纳米粒子处理的聚合物基复合材料。已经开发出基于辅以无机物质的聚合物基质纳米复合材料的涂料和颜料。

这种方法有几个好处，包括经济成本、可比的制造简单性以及坚固轻质材料的生产。结构健康监测（SHM）是确定航空航天部件结构完整性的基本方法。作为航空航天传感仪表的可行元件，使用了无机/有机复合压电材料。

航空复合材料市场概况

根据Marketsandmarkets发表的报告，2022年全球航空航天复合材料市场预计为297亿美元，预计到2027年将达到516亿美元，2022年至2027年的复合年增长率为11.7%。市场正在扩大，因为航空航天复合材料具有卓越的性能特征，可以承受严苛的条件。此外，全球对节油飞机的需求不断增长，预计将在短期内推动市场扩张。

简而言之，复合材料是航空航天结构领域的支柱，世界各地的研究人员都在准备制造新型复合材料以确保卓越的强度和性能。