耐高温材料在航天应用

      材料是先进科技发展的重要物质基础。“一代材料，一代装备”，以高科技含量的航空航天领域为例，新型航空、航天飞行器的诞生往往建立在先进新材料研制的基础上，航空、航天飞行器性能的突破很大程度上受到材料发展水平的制约。高性能树脂基复合材料以其轻质、高比强、高比模、高耐温和极强的材料—性能可设计性而成为发展中的高技术材料之一，其在航空、航天工业中的应用也显示出了独特的优势和潜力，是航空、航天材料技术进步的重要标志。

      腈基树脂目前主要应用于制造航天航空飞行器中各种耐高温结构部件，从小型的热模压件(如轴承)到大型的真空热压罐成型结构件(如发动机外罩和导管等)。在西方国家，这些材料的应用已有近20年的历史，积累了大量的实验数据。随着航空技术的发展，航空器的巡航速度越来越高，第四代战斗机的一个重要特征就是能够超音速巡航，即在1.4×104 m～1.5×104 m高空，在不加力的情况下，保持1.5马赫的巡航能力。在这种情况下飞行气动中心后移，气动加热明显加大，对作为气动表面材料的树脂基复合材料的使用温度、湿度提出更苛刻的要求，如战斗机机翼蒙皮温度最高达300℃(高湿环境下)。大功率涡轮发动机已成为现代军用和民用飞机的动力装置，为保证战斗>机的高速巡航、非常规机动及民用飞机的超音速飞行，必须将涡轮发动机的推重比提高到15%～20％，这主要通过提高涡轮进口工作温度与减轻发动机质量来实现。树脂基复合材料目前主要用于有轻质、高强、高模要求的发动机冷端部分，应用范围主要在反推力装置、涵道、整流件及风煽系统等部件上，工作温度一般低于180℃，最高耐温为300℃，涉及部件占发动机质量的35％左右。而使用耐温等级更高的复合材料以取代靠近发动机中心体结构件，是目前和今后的研究与开发方向。腈基树脂正在尝试应用在发动机的导向叶片和内涵道部件上，从而明显改善发动机的耗油量与单位成本，以此带动飞机的速度、载重、噪音与机动性能的明显改善。

     为进一步提高巡航导弹的突防能力，其飞行速度已由目前的亚音速向中音速(680 m/s～1 700 m/s)发展。美国计划在2010年前后使巡航导弹的飞行速度达到2 720 m/s～3　060 m/s, 而法国、俄罗斯等国家届时的巡航导弹的飞行速度争取达到2 040 m/s～2　380m/s。因此，提高巡航导弹的飞行速度是今后发展的必然趋势，但中、高、超音速导弹在研制过程中将解决一个不可避免的重大难题，即

如何解决耐高温的轻质高强低成本的结构材料。众所周知，当巡航导弹飞行速度为680 m/s～1　020　m/s时，弹体和弹翼蒙皮的表面温
度高达200℃～300℃，常规的高强铝合金(如2219、7050等)和环氧树脂基复合材料就不能满足上述要求。目前只能大量采用钛合金(如Ti—6Al—4V)和耐热粉末铝合金(如Al—Fe—V—Si)作为弹体结构材料。当巡航导弹的速度为1　020 m/s时，巡航导弹整流罩和尾翼等部件的表面温度将分别达到316℃和371℃，在这种情况下，除可采用高温高强钛合金外，正在尝试采用腈基树脂复合材料满足其要求。

    腈基树脂基复合材料不但有优异的耐高温性能和力学性能，通过选择适当的增强材料，也可具有优良的介电性能和透波性能等特殊功能，因此，还是一种比较理想的高速巡航导弹的雷达天线罩材料。