自然界中的各種物質(zhì)都可以被我們通過加工直接或者間接進行使用,地球上擁有豐富的金屬資源,是現(xiàn)代工業(yè)中重要且應(yīng)用極多的物質(zhì)。金屬具有良好的強度與剛度,在機械加工制造中擁有不可替代的地位,但隨著科技發(fā)展,更多材料被人們研發(fā)使用,金屬不可替代的地位也逐漸被打破,在很多同樣的使用要求下,有些非金屬材料也越來越受到重視,如陶瓷制品,如我們今天要說的碳纖維制品。如今碳纖維制品已經(jīng)在航空航天工業(yè)中得到應(yīng)用。
航空航天業(yè)生產(chǎn)中,發(fā)動機更加的輕盈是從業(yè)者不斷追求的目標(biāo),那么如何在條件允許的情況下盡量減小材料的密度是一個可以考慮的方法,曾經(jīng)鈦合金能夠被廣泛應(yīng)用就是為此。但是作為金屬,鈦合金抗疲勞性差,當(dāng)制品內(nèi)部受到變化的力,只要這個力足夠大、作用的時間足夠長,那么材料就會產(chǎn)生微裂紋,直至徹底裂開。而使用碳纖維材料就避免了這樣的問題。
碳纖維制品用于航空航天業(yè),材料自身具有的明顯的優(yōu)勢就是輕,碳纖維密度一般在1400—2000kg每立方米,經(jīng)過環(huán)氧樹脂強化的碳纖維密度也不過1600kg每立方米而已,遠遠優(yōu)于金屬材料。此外,碳纖維具有極高的抗拉強度,沒有所謂的“疲勞強度”的概念,就避免了我們上面說的金屬材料強度足夠,但是抗疲勞能力差,使用容易開裂的問題。航空器材要有夠輕的質(zhì)量,要承受巨大、復(fù)雜的載荷,而碳纖維材料密度小、強度高、抗疲勞能力強的自身優(yōu)勢用于航空器材是特別適合的。此外,碳纖維材料還可以用來制造飛機的外殼,制造火箭的燃料儲藏罐,我們在“ 碳纖維制品應(yīng)用于航空航天設(shè)備構(gòu)件的優(yōu)缺點”內(nèi)容中也為大家分析過,有些國外先進民用客機制造中,碳纖維的使用比例已經(jīng)超過了50%。
碳纖維制品在航空航天業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用,但是在有些在火箭、飛機結(jié)構(gòu)上是無法使用碳纖維材料的,如航空發(fā)動機上的風(fēng)扇葉片,有名的羅羅公司就曾因為使用碳纖維做葉片而差點導(dǎo)致破產(chǎn)。碳纖維材料雖然能承受大的荷載,強度很高,但是剛度不足,用于對結(jié)構(gòu)變形控制很嚴(yán)的構(gòu)件容易發(fā)生變形。