碳纤维增强铝基复合材料及其构件的空间环境特性

碳纤维增强铝基复合材料(Cf／Al)具有高比强度、高比刚度、低热膨胀、良好的尺寸稳定性等优异的性能。针对空间环境的应用需求,综述了Cf/Al复合材料的研究成果,分析了Gf／A1复合材料舱体构件的结构强度和结构刚度。研究表明,复合材料纵向弹性模量为230GPa,弯曲强度为1400MPa,耐空间辐照环境特性优异,复合材料圆筒形舱体构件可以比壁厚大一倍的镁合金舱体的结构刚度和结构

第1 8卷第 1期21年 1 02月

载人航天Ma n d S a e ih n e p c fg t l

Vo.1 No 1 1 8 .73

碳纤维增强铝基复合材料及其构件的空间环境特性武高辉，张云鹤 z,陈国钦，修子扬，姜龙涛，苟华松(.尔滨工业大学金属复合材料与工程研究所，尔滨 10 0; 1哈哈 50 1 2东北林业大学机电工程学院， .哈尔滨 104 ) 50 0摘要碳纤维增强铝基复合材料 (g 1具有高比强度、高比刚度、低热膨胀、良 C A)

好的尺寸稳定性等优异的性能。针对空间环境的应用需求，综述了 C A复合材料的研究成 C1果。分析了 C A复合材料舱体构件的结构强度和结构刚度。研究表明，复合材料纵向弹性]1模量为 2 0 P,弯曲强度为 10 MP,耐空间辐照环境特性优异，复合材料圆筒形舱体构 3G a 40 a件可以比壁厚大一倍的镁合金舱体的结构刚度和结构强度高 3倍和 35。碳纤维增强铝复 .倍合材料对新一代航天器小型化、轻量化设计提供技术保障。 关键词碳纤维；铝基复合材料；力学性能；成型技术

中图分类号：V 5文献标识码：A文章编号：17— 85 (02 0— 03 0 4 64 5 2 2 1) 107— 4

l引言金属基复合材料 ( e l a i C m oi, MC M t tx o pseM ) aM r t是以金属为基体，与一种或几种金属或非金属增强相

的航天、航空部件应用的报导阎。

c/l A复合材料的空间应用首先要突破 c与 A l的界面反应问题 c/l,复合材料高品质制备技术问 A 题、 l c,复合材料复杂形状薄壁构件成型问题等技 A术障碍。作者发明了 c,l 复合材料还原气氛一陕 A速压力浸渗制备技术有效地抑制了碳纤维高温损伤、,

人工合成的材料。它与聚合物基复合材料、陶瓷基复合材料以及碳/碳复合材料一起构成现代复合材料体系。目前对铝基、镁基、铜基、钛基等金属复合材料研究较多，中铝基复合材料的研究和应用最为广泛。其 金属基复合材料品种繁多，按增强体类型还可分为连续纤维增强和非连续增强两大类，非连续增强包括颗粒增强、晶须增强、短纤维增强等。与树脂基复合材料相比，金属基复合材料具备耐热性、耐辐照、不气化

、不老化、导热、电等特性，导在导弹、电气机械、火

碳纤维和铝合金界面不良反应等问题，成功制备出高致密、刚度、间耐候性能好的航天用碳纤维增强高空

铝复合材料。发明了复杂薄壁构件的一次成型方法l l o l,低成本地制备出变直径回转体构件、变截面多法兰复杂构件、热膨胀可设计、高尺寸稳定 l的光学构件。生 本文综述了 C/1 A复合材料面向空间应用的基础性能的研究成果，包括 c/l A复合材料的组织、常温力学性能、热膨胀性能、尺寸稳定性以及在空间辐照环境下的力学性能，以及 C,l合材料的结构 A复件的力学性能特点。

箭推进系统、运载火箭结构和航天飞机等方面有广泛应用前景。在现今的各类材料中，维增强铝基碳纤

复合材料 ( A ) C/1具有高比强度、比刚度、高低热膨

胀、良好的尺寸稳定性等优异的性能，倍受航空航天部门的广泛关注__ 3。国外已有在卫星波导管、 _ 7天

2 C/1 f复合材料的显微组织 A图 1出了采用压力浸渗专利技术制备的 c/给

线骨架、卫星桁架等对重量、度、强刚度要求很高收稿日：0 1O— 6修回日：0 11-9期 2 1- 12;期 2 1- 12

作者简介：武高辉 (9 5 )男， 15一，博士，教授，主要从事金属复合材料组织设计及制备研究工作。 - a: u h h . u n E m i w g@ i d . l t a e