飛機材料技術中非金屬材料的應用與研究

于躍 趙國慶

摘要：組成飛機的零部件的基礎材料成分都有所區別，在飛機制造的過程中，應用的材料有金屬的、非金屬的，同時也存在著一些性質比較特殊的材料，這些材料所屬的類別和特點意味著在飛機零部件的構造和設計上將會有很大的差異。本文將對當前飛機材料技術應用中非金屬材料進行探究，通過對非金屬材料的類別、材料的結構以及材料的具體應用的深入闡述，來說明非金屬材料在飛機制造過程中的重要作用。

關鍵詞：非金屬材料;飛機材料技術;應用研究

引言

我國飛機制造材料主要以金屬材料為主，但隨著材料科學技術的高速發展，越來越多的非金屬材料被應用到了航空領域當中，例如陶瓷、復合材料的應用越來越廣泛，這些材料的存在價值并非是金屬材料的替代品，有些自身具有不可替代的作用，依據行業選用、研制的原則，結合國內外先進技術結合的方式來探討各種材料具體應用的特點，以期為相關行業發展提供有效的經驗的借鑒。

1 非金屬材料中高分子材料的應用

高分子材料在飛機材料技術應用覆蓋面較廣，其又叫做高聚物或者聚合物材料，依據材料的實際來源情況又可以劃分為天然高分子材料，主要是從動植物當中提取而來的，還有合成性的高分子材料。經過對兩者進行對比，合成性高分子材料的耐磨性、抗腐蝕性、絕緣性能更具有優勢，并且材料更輕。根據合成性高分子材料的機械性能還有使用時呈現出來的狀態，還可以將其劃分為五大類，即橡膠、塑料、合成纖維、涂料和膠黏劑。

1.1塑料

人們普遍比較熟悉的塑料制品更多是在日常生活實際當中接觸到的，但是塑料實質上還可以分出三個類型，即通用塑料、工程塑料還有特種塑料。其中通用塑料指的就是我們日常生活中常使用的塑料，主要是聚乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料等類別，這些類型的塑料生產產量已經達到塑料總體產量的四分之三以上了;工程塑料則是以結構材料的形式在工程結構當中進行應用。這類塑料主要涉及到聚酰胺、有機玻璃、聚甲醛、ABS等，通常這部分類型的工程塑料的機械性能和加工穩定性都比較好，且比通用塑料更具有耐熱性、耐磨性、耐腐蝕性和絕緣性，在航空領域的應用也比較廣泛，例如飛機蓋板、手柄、管接頭、手柄、膠帶、套筒、電線電纜覆蓋等。特種塑料具有特殊的使用性能，主要集中在醫療行業等特殊使用場合。

1.2橡膠

橡膠是一種高彈性的線性高分子材料，其保持高彈性的溫度通常梓零下四十攝氏度到零上八十攝氏度之間，有些橡膠甚至能夠在零下一百攝氏度到零上二百攝氏度還保持著良好的高彈性。其次，橡膠的彈性模量也處在較低的水平，變形量高達百分之一百到百分之一千之間。

1.3合成纖維

纖維是長度能夠延長和保持在比直徑還要大100倍以上的呈現均勻狀態的條狀或者絲狀的材料，主要有天然纖維和化學纖維兩個類別，而化學纖維也可按照制造工藝的不同劃分成人造纖維和合成纖維兩種。人造纖維主要是利用自然界自然產生的纖維經過人力加工而成的，諸如人造棉、人造絲此類的。合成纖維比較復雜，通常是用石油、天然氣還有煤等制作而成的，諸如尼龍、腈綸、滌綸等，除了常見作為織物用品外，飛機發動機也會使用到合成纖維。

1.4合成膠黏劑

通俗來將，膠黏劑就是普遍所說的法為膠，其用途是粘結零部件，操作過程較為簡便，同時還能保持接頭處應力分布均勻，具有較高的密封性、耐腐蝕性和絕緣性，因此也投入到飛機制造材料的使用過程當中。膠黏劑也分為自然膠黏劑和合成膠黏劑，合成膠黏劑應用領域要比自然膠黏劑來的廣泛，并且依據飛機制造材料的不同需要應用的合成膠黏劑也有區別，兩種性質不同的材料在粘結的時候選用的膠黏劑需要符合雙方共性需要。不同的膠黏劑的使用方法也具有差異性，有的需要對溫度加以控制，有的則需要將其融入到容易揮發的溶液當中。

1.5涂料

作為一種有機高分子膠體混合而成的溶液，涂膠主要應用在零部件的表面，待其成膜之后，可以防止機身出現氧化、磨損、腐蝕的問題。涂料當中含有的物質有粘結劑、溶劑還有顏料以及其他的輔助性材料。粘結劑主要用來強化膜和被涂物的牢固程度，顏料則是用來上色同時來提升膜的強度、耐磨性能還有耐腐蝕的性能。

2 非金屬材料中復合材料的應用

飛機材料技術當中，非金屬材料除了高分子材料之外，復合材料的應用也越加普及。復合材料，顧名思義，是由兩種或者兩種以上的，具有不同化學本質的材料經過人工加工重組后形成的，為多相結構[1]。按照其基體的不同可以劃分為金屬基復合材料，陶瓷基復合材料和高分子基復合材料，其中金屬基和高分子基復合材料應用的較多，按照結構性質來分類的話，還能夠分出功能復合材料和結構復合材料，在航空領域，后者應用的情況比較普遍，同時還能劃分出纖維增強復合材料和顆粒增強復合材料等，纖維增強復合材料中比較常見的有碳纖維、玻璃纖維、硼纖維等，下文將對復合材料特點進行簡單闡述：

第一，在航空領域當中，其應用設備和飛機本身的結構對于材料具有強度和重量上的要求，這就需要用到比強度，即強度/比重，以及比模量，即彈性模量/比重這兩個比值較高的材料，復合材料中的碳纖維以及環氧樹脂組合而成的材料物質，其強度要比鋼高上7倍，比模量則要比鋼大上3倍。

第二，復合材料具有較高的耐疲勞性能，其是從承載力比較弱的纖維初開始產生疲勞破壞，慢慢延伸到基體和纖維相互結合的層面上，但是基體和增強纖維之間的界面對裂紋擴張具有很好的阻擋作用。

第三，復合材料耐高溫性能也異常突出，例如增強纖維即使處在高溫的狀態，也能夠將其強度保持在一定的范圍內，特別是其中由硼纖維或者碳纖維組成的纖維增強金屬基復合材料，溫度在四百攝氏度，其強度還有彈性模量與在常溫條件下的比值是基本一樣的。

結束語

飛機材料技術當中非金屬材料雖然與金屬材料應用的普及程度還存在一定的距離，但是其應用的比例也在逐漸攀升，例如復合材料風扇葉片、導管、復合材料機匣等，隨著應用領域的不斷延伸，也將對非金屬材料的應用標準提出更高的標準，需要相關行業人員持續進行探索。

參考文獻：

[1]顧軼卓，李敏，李艷霞，王紹凱，張佐光，飛行器結構用復合材料制造技術與工藝理論進展[J]航空學報，2015（08）：2773-2790.

作者簡介：于躍，1987.3，男，山東臨沂?職務：飛機機械加工與修理教研室， 助理講師，碩士研究生，

趙國慶，1972.8，男， 江西宜黃人，?職務：飛機機械加工與修理教研室主任，講師，本科。