碳纖維材料航空領(lǐng)域應(yīng)用.ppt

1、碳纖維材料航空領(lǐng)域應(yīng)用,主講人 王姍,概述,碳纖維（carbon fiber，簡稱CF），是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機(jī)纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料,工業(yè)化生產(chǎn)碳纖維按原料路線可分為聚丙烯腈（PAN）基碳纖維、瀝青基碳纖維、粘膠基碳纖維酚醛基碳纖維、氣相生長碳纖維,碳纖維,PAN原絲制備,預(yù)氧化,碳化,石墨化,表面處理,卷取,世界碳纖維產(chǎn)量達(dá)到每年4萬噸以上，世界主要是日本美國德國以及韓國等少數(shù)國家掌握了碳纖維生產(chǎn)的核心技術(shù)，并且有規(guī)?；笊a(chǎn)。,中國對碳纖維的研究開始于20世紀(jì)60年代 80年代開始研

2、究高強(qiáng)型碳纖維 21世紀(jì)以來發(fā)展較快，安徽率先引進(jìn)了500噸每年原絲、200噸每年P(guān)AN基碳纖維，使中國碳纖維工業(yè)進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化 2011年中國碳纖維市場規(guī)模達(dá)到6811噸,技術(shù)的落后直接導(dǎo)致中國碳纖維產(chǎn)品質(zhì)量與進(jìn)口產(chǎn)品之間的明顯差距中國碳纖維產(chǎn)品在應(yīng)用上集中于低端領(lǐng)域，在碳纖維質(zhì)量要求較高的航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用比例僅為3%,結(jié)構(gòu),碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)類似人造石墨的亂層石墨結(jié)構(gòu)，各層面間的間距約為3.39A到3.42A，各平行層面間的各個碳原子，排列不如石墨那樣規(guī)整，層與層之間靠范德華連接在一起,通常也把碳纖維的結(jié)構(gòu)看成由兩維有序的結(jié)晶和孔洞組成,性能,強(qiáng)度、彈性模量高,其強(qiáng)度比鋼大4-5倍 密度小、

3、質(zhì)量輕 碳纖維的密度為1.5-2g/cm3, 相當(dāng)于鋼密度的1/4 熱膨脹系數(shù)小, 導(dǎo)熱率隨溫度升高而下降, 耐驟冷、急熱, 摩擦系數(shù)小, 并具有潤滑性 導(dǎo)電性好 耐高溫(非氧化條件)和低溫性好 耐酸性好，耐油、抗輻射,CF拉伸強(qiáng)度約為2到7GPa，拉伸模量約為200到700GPa (1GPa就等同于10000個大氣壓) CF具有極好的纖度（纖度的表示法之一是9000米長纖維的克數(shù)），一般僅約為19克 碳纖維比鋼堅硬，比頭發(fā)還輕軟,碳纖維之所以具有如此高的強(qiáng)度，目前普遍認(rèn)為是由于碳原子排列很整齊所致。 纖維越細(xì)其相對強(qiáng)度也越大，這是因為細(xì)纖維上的缺陷少。 增大層狀結(jié)構(gòu)的面積。并把它們像層層地疊

4、加起來，可以提高纖維的硬度模數(shù)。,碳纖維的主要用途是與樹脂、金屬、陶瓷等基體復(fù)合，制成結(jié)構(gòu)材料簡稱碳纖維復(fù)合材料 碳纖維復(fù)合材料在密度、剛度、重量、疲勞特性等有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域，在要求高溫、化學(xué)穩(wěn)定性高的場合都頗具優(yōu)勢,應(yīng)用,美國阿波羅飛船指揮艙表面的最高溫度達(dá)2740。利用CFRP系列中的分支碳/碳復(fù)合材料制成燒蝕材料，熱力學(xué)性能優(yōu)異，防熱效果好。,我國的第一顆實用通信衛(wèi)星應(yīng)用了碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料拋物面大線系統(tǒng) 第一顆太陽同步軌道“ 風(fēng)云一號” 氣象衛(wèi)星采用了多折迭式碳纖維復(fù)合材料剛性太陽電池陣結(jié)構(gòu) 2011年發(fā)射的嫦娥二號探月衛(wèi)星，其定向天線的重要支撐部分，定向天線展開臂,樹脂基碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用在火箭的排氣錐體、 發(fā)動機(jī)的蓋、 殼體、 整流罩等部位,樹脂基碳纖維復(fù)合材料由于具有密度小比強(qiáng)度高和耐高溫等固有特性在航空渦輪發(fā)動機(jī)上應(yīng)用的范圍越來越廣,碳化硅纖維增強(qiáng)的鈦基復(fù)合材料在壓氣機(jī)葉片、整體葉環(huán)、盤、軸、機(jī)匣、傳動桿等部件上已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用,陶瓷基復(fù)合碳纖維材料 已經(jīng)開始應(yīng)用于發(fā)動機(jī)高溫靜止部件(如噴嘴、火焰穩(wěn)定器) ,并正在嘗試應(yīng)用于燃燒室火焰筒、渦輪轉(zhuǎn)子葉片、渦輪導(dǎo)流葉片等部件上。,波音公司的B787飛機(jī)，復(fù)合材料應(yīng)用率50%。CFRP廣泛應(yīng)用在機(jī)翼、機(jī)身、垂尾、平尾、機(jī)身地板梁、后承壓框等部位,中國自行研制的碳纖維