納米材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用課件

納米材料在航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用

納米技術(shù)第一組:張磊李宙翰張航岳劍波劉晨1精選課件PPT1材料的主要類型2納米結(jié)構(gòu)材料在航空航天中的應(yīng)用3納米功能材料在航空航天中的應(yīng)用納米材料在航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用

2精選課件PPT納米材料在航空航天有著極其廣泛的應(yīng)用前景:

①納米結(jié)構(gòu)材料②納米功能材料③納米粉體

④納米涂層3精選課件PPT航空材料有哪些？4精選課件PPT5精選課件PPT機載設(shè)備材料和武器航空材料包括：{飛機機體材料發(fā)動機材料大量采用高比強度和高比模量的輕質(zhì)材料，提高飛機的結(jié)構(gòu)效率，降低結(jié)構(gòu)重量系數(shù)。飛機的心臟，針對高溫材料的發(fā)展需求，開發(fā)高推重比材料。各種微電子、光電子、傳感器等的的光、電、聲、磁、熱的多功能材料。6精選課件PPT火箭發(fā)射航天材料有哪些？7精選課件PPT彈頭材料彈頭材料設(shè)計：減輕重量，耐熱問題（熱障，8000-10000K，10MPa）8精選課件PPT航天功能材料航天材料包括：運載火箭及導(dǎo)彈材料航天飛行器材料{要求：減輕重量,絕對的可靠性；“為減輕每一克重量而奮斗”。運載火箭箭體材料、導(dǎo)彈彈頭材料、發(fā)動機材料衛(wèi)星、空間站、載人飛船等的材料控制系統(tǒng)、衛(wèi)星遙感、遙控和跟蹤所需材料9精選課件PPT航空航天技術(shù)的發(fā)展對材料科學(xué)提出的新要求：

l

高強度l

低的密度l

耐高溫(部分材料)l

耐腐蝕(部分材料)l

耐摩擦(部分材料)l

耐高壓等性能(部分材料)10精選課件PPT航空航天飛行器在飛行時不同部位的溫度

11精選課件PPT

納米金屬納米陶瓷納米聚合物納米復(fù)合材料

2納米結(jié)構(gòu)材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用12精選課件PPT制造飛機及航天器的主要結(jié)構(gòu)材料包括：金屬材料（鋁合金、鎂合金、鈦合金、鋰合金、合金鋼等）非金屬材料（特種陶瓷等）高分子材料（工程塑料、纖維復(fù)合材料等）復(fù)合材料（各類復(fù)合材料等）13精選課件PPT

機身及其輔助裝置；機翼；發(fā)動機及其部件；螺旋漿；火箭噴嘴；點火器等。納米結(jié)構(gòu)材料正廣泛用于航空航天飛行器中：14精選課件PPT現(xiàn)代各種軍用和民用飛機及航天器結(jié)構(gòu)用材的新格局：鋁合金為主，鋼用量明顯減少，鈦合金用量明顯增加。鋁合金

質(zhì)量輕，強度高，傳統(tǒng)的飛機或飛行器蒙皮材料；（新）鋁-鋰，鋁-鈧。鈦合金

比強度高(是鋁合金的5倍）,發(fā)動機和飛機構(gòu)架上?！拔磥淼慕饘佟背辖疰嚮?、鐵基和鈷基合金的總稱復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料、樹脂基復(fù)合材料、C-C復(fù)合材料、梯度功能材料15精選課件PPT蒙皮翼肋加強隔框起落架機翼后梁機翼前梁鋁合金飛機高溫粉冶鋁合金在減輕飛行器重量、降低成本和可保養(yǎng)性等方面具有明顯的優(yōu)勢。典型鋁合金：Al-0.071Fe-0.06Ce,Al-0.08Fe-0.01V-0.01Si16精選課件PPT鈦及其合金“未來的金屬”航空工業(yè)：飛機機身和蒙皮、發(fā)動機、尾錐、噴管、彈射艙、防火壁、夾層結(jié)構(gòu)機身機架、連結(jié)件和其它零件。宇宙航行工業(yè)：飛船的液體燃料貯箱、高壓容器、船艙、蒙皮、結(jié)構(gòu)骨架、制動火箭主起落架、火箭、導(dǎo)彈高壓容器、液體燃料貯箱、外殼、噴嘴、火箭發(fā)動機。具有重量輕、強度大、耐熱性強、耐腐蝕等許多優(yōu)特性，是具有發(fā)展前途的新型結(jié)構(gòu)材料。17精選課件PPT制造飛機和航天器的主要結(jié)構(gòu)材料馬赫數(shù)與用材的一般規(guī)律：

>3.5：發(fā)動機入口溫度已很高，需用超級合金了，但其機身用鈦量則顯著增加。<2：飛機發(fā)動機使用一部分鈦及其合金，機身一般用鋁合金。=2：其發(fā)動機用鈦量增加，而且機身也部分需要用鈦。18精選課件PPT鈦和鈦合金：“航空金屬”。強度高、耐熱性和耐腐蝕性好。主要用于飛機發(fā)動機和機身。典型鈦合金：Ti-0.06Al-0.04V19精選課件PPT如：密度只有約鋁合金50%的鋰-鎂合金等，以其塑性好、強度高等特性開始大量用作導(dǎo)彈、宇宙飛船的結(jié)構(gòu)材料。為了進一步提高這些新型合金的性能，納米相及納米金屬間化合物彌散補強合金的研究已引起各國科技人員的關(guān)注。

采用納米金屬及其復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的原因：納米增韌補強的新型復(fù)合結(jié)構(gòu)材料將可大幅度提高材料的強度，降低材料的用量，減輕飛行器的質(zhì)量，從而提高飛行器的飛行速度和性能。20精選課件PPT（y

為屈服應(yīng)力，o是移動單個位錯所需的克服點陣摩擦的力，K是常數(shù)，d是平均晶粒尺寸）。還記得Hall-Perch(H-P)關(guān)系嗎？表明：隨晶粒尺寸的減小，屈服強度和硬度是增加的，它們都與d-1/2成線性關(guān)系，同時保持良好的塑性和韌性。當晶粒減小到納米級時，材料的強度和硬度隨粒徑的減小而增大，近似遵從經(jīng)典的Hall-Petch關(guān)系式，即：y=o+Kd-1/2。如果用硬度來表示，關(guān)系式可表示如下：

H=Ho+Kd-1/2

21精選課件PPT構(gòu)成金屬材料的晶粒尺寸減小到納米量級，材料在室溫下應(yīng)具備很好的塑性變形能力納米晶銅，在室溫下冷軋竟從1厘米左右的長度延伸到近1米，厚度也從1毫米成為20微米（圖下方）。室溫下的超塑性變形達50多倍而沒有出現(xiàn)裂紋。22精選課件PPT金屬材料強度與韌性的關(guān)系23精選課件PPT納米金屬的典型應(yīng)用例1.6nm的鐵晶體壓制而成納米鐵材料，比普通鋼鐵強度提高12倍，硬度提高2～3個數(shù)量級，可以制成高強度、高韌性的特殊鋼材。例2.納米銅或納米鈀的塊體材料的硬度比起常規(guī)材料來足足提高了50倍，屈服強度也提高了12倍。例3.納米Co-WC的硬度比普通Co-WC提高1倍以上，且韌性和耐磨性均顯著改善。24精選課件PPT納米金屬的典型應(yīng)用

納米鋁合金和鎂合金及其納米金屬間化合物彌散補強的新型材料大幅度提高材料強度，減輕飛行器的質(zhì)量，從而提高飛行器的速度與性能。納米氧化物彌散強化高溫合金具有良好的高溫強度、優(yōu)異的抗氧化、耐摩擦以及耐高溫腐蝕等性能，已部分用于航空發(fā)動機導(dǎo)向葉片、渦輪工作葉片。25精選課件PPT幾種納米金屬及其特殊用途：納米鐵；高性能磁記錄材料；磁流體；吸波材料；導(dǎo)磁漿料；納米導(dǎo)向劑。納米銅；金屬和非金屬的表面導(dǎo)電涂層處理；高效催化劑；導(dǎo)電漿料。納米鎳；磁流體；高效催化劑；高效助燃劑；導(dǎo)電漿料；高性能電極材料；活化燒結(jié)添加劑；金屬和非金屬的表面導(dǎo)電涂層處理。納米鈷；高密度磁記錄材料；磁流體；吸波材料。納米鋅；高效催化劑。26精選課件PPT(2)“發(fā)汗”金屬出汗是生物體一種常見的現(xiàn)象，出汗有著重要的生理作用，其主要作用之一是調(diào)節(jié)體溫，通過汗液的蒸發(fā)帶走部分熱量。問題：在航空航天技術(shù)中，人們能否向生物學(xué)習(xí)，研制出“發(fā)汗”金屬，使其在高溫下出汗散發(fā)熱量呢？研究背景和原因：在通過火箭作為運載工具，將衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機發(fā)射到天空時，由于火箭燃燒室內(nèi)化學(xué)燃料燃燒時產(chǎn)生高溫高壓氣體，通過噴嘴高速向后噴射產(chǎn)生巨大的反作用力，從而推動火箭體高速飛行，飛行速度可高達4000m/s。高速飛行的火箭體與空氣摩擦產(chǎn)生極高的溫度。就是最高熔點的金屬鎢(熔點3380℃)也難以承受如此的高溫高壓。27精選課件PPT把金屬鎢制成介孔的金屬骨架，以相對低熔點的銅或銀等填充在孔隙或“汗孔”中，就能制成“發(fā)汗金屬”。用“發(fā)汗金屬”制成的火箭噴嘴，隨著溫度的升高，銅或銀就逐漸熔化、沸騰、蒸發(fā)，并及時吸收大量的熱量，從而保護了噴嘴骨架，保證了火箭的正常運行。

關(guān)鍵：為保證發(fā)汗金屬的冷卻效果及骨架的強度，納米介孔復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)非常有效?！鞍l(fā)汗金屬”的研究：28精選課件PPT另一方面，隨著顆粒比表面積的提高，擴散速率大幅度上升。因為具有較大的界面體積百分比的物質(zhì)具有高的擴散系數(shù)。納米材料或納米顆粒具有極高的界面或表面比，利用納米材料高的擴散速率，可實現(xiàn)特殊金屬材料的固態(tài)擴散結(jié)合。納米材料應(yīng)用于納米焊接的原因：一方面，隨著顆粒尺寸的減小，納米材料的熔點下降；研究原因：金屬焊接通常都是在高于金屬熔點的高溫下進行，但是，對于飛行器外殼或其他部件的焊接將是非常困難的，為了保證相關(guān)儀表及傳感器不受影響，只有采用納米焊接。(3)納米焊接29精選課件PPT

俄羅斯科學(xué)院專家們利用納米焊接技術(shù)對“和平號”太空站的外殼裂紋及儀表等進行了多次成功的納米焊接修補。使和平號太空站的服役時間延長了近3倍。納米焊接的應(yīng)用左：俄羅斯“和平號”站，世界上第一個長久性空間站。其核心艙于1986年2月20日發(fā)射，能提供基本的服務(wù)、航天員居住、生保、電力和科學(xué)研究能力。聯(lián)盟-TM載人飛船為和平號接送航天員，進步-M貨運飛船則為和平號運貨。右：新一代空間站:國際空間站30精選課件PPT納米陶瓷1、納米粉體對陶瓷燒結(jié)過程的影響；2、納米粉體在陶瓷改性中的應(yīng)用特殊環(huán)境舍我其誰?以其良好的耐高溫、耐腐蝕、抗氧化、高強度、高硬度等性能，廣泛用作航空航天飛行器和火箭等的發(fā)動機、燃燒室等熱阻型高強材料和耐高溫涂層材料等。31精選課件PPT配料根據(jù)不同種類材料的理化性能、尺寸及外形、并考慮有關(guān)工