复合质料，是由两种或两种以上差别性质的质料，通过物理或化学的要领，在宏观（微观）上组成具有新性能的质料。种种质料在性能上相互取长补短，爆发协同效应，使复合质料的综合性能优于原组成质料而满足种种差别的要求。复合质料的用量已成为权衡军用装备先进性的重要标记。复合质料的兴起富厚了现代质料家族。尤其是具备高强度、高模量、低比重碳纤维增强复合质料的泛起，使其成为种种军民装备重要的候选质料之一。

复合质料可以凭据基体质料类别、增强质料形态、复合质料功效的差别来进行分类。

1、按基体质料类别，复合质料可分为金属基、有机非金属基与无机非金属基，如树脂基、铝基、钛基复合质料等；

2、按增强质料形态，复合质料可分为纤维增强、颗粒增强、短纤维增强、片状增强等，如纳米碳管、碳纤维复合质料等；

3、按质料功效，复合质料可分为结构复合质料、功效复合质料及智能复合质料，如导电复合质料、光导纤维、形状影象合金等。

复合质料的的特性

与普通质料相比，复合质料具有许多特性，可改善或克服简单质料的弱点，充分发挥各质料的优势，并付与质料新的性能；可凭据构件的结构和受力要求，给出预定的漫衍合理的配套性能，进行质料***佳性能设计等。

具体体现在：

1、高比强度和髙比模量。复合质料的突出优点是比强度和比模量高。如碳纤维增强树脂复合质料的比模量比钢和铝合金高5倍，比强度比钢和铝合金也高3倍以上。

2、耐疲劳性高。纤维复合质料，特别是树脂基复合质料对缺口、应力集中敏感性小，并且纤维和基体的界面可以使扩展裂纹尖端变钝或改变偏向，即阻止了裂纹的迅速扩展，因而疲劳强度较髙，碳纤维不饱和聚酯树脂复合质料疲劳极限可达其拉伸强度的70%~80%，而金属质料只有40%~50%。

3、抗断裂能力强。纤维复合质料中有大宗独立保存的纤维，一般每平方厘米上有几千到几万根，由具有韧性的基体把它们结合成整体，当纤维复合质料构件由于超载或其他原因使少数纤维断裂时，荷载就会重新分派到其他未断裂的纤维上，使构件不至于在短时间内爆发突然破坏。因此复合质料都具有比较高的抗断裂韧性。

4、减振性能好。结构的自振频率与结构自己的质量和形状有关，并与质料比模量的平方根成正比。若质料的自振频率高，就可制止在事情状态下爆发共振及由此引起的早期破坏。

5、耐高温性能好，抗蠕变能力强。由于纤维质料在高温下仍能坚持较高的强度，所以纤维增强复合质料，如碳纤维增强树脂复合质料的耐热性比树脂基体有明显提高。而金属基复合质料在耐热性方面更显示出其优越性，如铝合金的强度随温度的增加下降很快，而用石英玻璃增强铝基复合质料，在500°C下能坚持室温强度的40%。碳化硅纤维、氧化铝纤维与陶瓷复合，在空气中能耐1200~1400°C的高温，要比所有超髙温合金的耐热性横跨100°C以上。

6、耐腐化性好。许多种复合质料都能耐酸碱腐化，如玻璃纤维增强酚醛树脂复合质料，在含氯离子的酸性介质中能恒久使用，可用来制造耐强酸、盐、酯和某些溶剂的化工管道、泵、阀、容器和搅拌器等设备。

7、较优良的减摩性、耐磨性、自润滑性。由于复合质料构件制造工艺简单，体现出良好的工艺性能，所以适合整体成型。在制造复合质料的同时，也就获得了制件，从而减少了零部件、紧固件和接头的数目，并可节省原质料和工时。

复合质料的生长对航空装备的生长有着重要意义。飞机性能一半取决于设计，另一半取决于质料。质料的优劣对速度、高度、航程、机动性、隐身性、服役寿命、宁静可靠性、可维修性等性能起无可置疑的重大影响。凭据统计，飞机减重中有70%是由航空质料技术进步孝敬的。使用碳纤维增强树脂基复合质料的飞机，在减轻飞机重量、减少燃油、减少维修本钱和延长飞机使用寿命上有明显优势。

军用飞机

目前世界先进军机中复合质料用量占全机结构重量的20%-50%不等，主要应用复合质料的部位包括整流罩、平尾、垂尾、平尾翼盒、机翼、中前机身等。如果复合质料占飞机总重量的50%左右，则全机绝大部分结构件由复合质料制成，如B-2隐形轰炸机。

民用飞机

复合质料在民机的应用或许经历了4个历程。

***个阶段，20世纪70年代中期，复合质料主要应用于受力较小的前缘、口盖、整流罩、扰流板等构件上。

第二个阶段，20世纪80年代中期，复合质料主要应用在受力较小的升降舵、襟副翼等构件。

第三个阶段，复合质料应用在受力较大的垂尾、平尾等构件上。例如波音777飞机的垂尾、平尾都接纳了复合质料，复合质料占结构总重量的11%。

第四个阶段，复合质料在飞机***主要受力部件机翼、机身上获得应用。波音787梦想飞机的复合质料用量为50%，凌驾了铝、钢、钛等金属质料重量的总和。

直升机

军用、民用和轻型直升机均大宗应用碳纤维复合质料，直升机复合质料用量已抵达结构重量的40%-60%。例如，美国武装直升机RAH-66的复合质料使用量为50%；欧洲NH-90直升机的复合质料使用量抵达80%，接近全复合质料结构。

无人机

军用无人机对减重有着迫切的需求，因此复合质料大宗应用于无人机上。例如，美国X-45系列飞机的复合质料用量达90%以上；X-47系列飞机基本上为全复合质料飞机，“全球鹰”无人侦察机复合质料用量达65%，其中机翼、尾翼、后机身、大型雷达罩等均由复合质料制成；欧洲的试验无人机“梭鱼”、美国远程攻击无人机“臭鼬”等的情况也基本如此。

航空发动机

复合质料的用量和占比也成为权衡航空发动机先进水平的一个怀抱。树脂基复合质料优异的比强度和比模量性能关于高推比航空发动机的减重、提高推进效率、降低噪声和排放以及降低本钱等都具有重要意义，主要应用在航空发动机的冷端部件上，事情温度在150-200℃以下，例如涡扇发动机压气机叶片、导向叶片及其框架组件、涡扇发动机鼻锥及整流装置等。

在热端部件上，由于高温等特殊条件的要求，金属基、陶瓷基及碳/碳复合质料有着重要应用。

SiC长纤维增强钛基复合质料（Ti-MMC）具有高比强度、高比刚度、耐高温、抗疲劳性好和蠕变性能好的优点，Ti-MMC叶环取代压气机盘可使零部件减重70%。未来航空发动机压气机叶片和镜子叶片、整体叶环、机匣和涡轮轴等都将接纳金属基复合质料进行制造。陶瓷基复合质料一直是高温质料研究的重点，精细陶瓷和氮化硅制造的发动机部件可以在1371℃温度下事情，性能甚至优于高温合金。

目前，海内险些所有在役军机均在差别部件上接纳了复合质料。目前海内形成了以环氧、双马和聚酰亚胺为主要集体的复合质料体系，以热熔预浸制造技术和热压罐成形技术为主的复合质料成型技术体系。我国航空树脂基复合质料的力学性能已经开端满足主承力结构的要求，结构——功效一体化事情尚在预研，低本钱技术仍然比较薄弱。航空树脂基复合质料在现役飞机上的应用包括前机身、垂尾、平尾、副翼、偏向舵、鸭翼、腹鳍、机翼隔板、种种口盖等。在直升机上的应用主要包括旋翼、垂尾、机身和尾桨等。

在新一代军机上，复合质料主要应用在机翼、鸭翼、尾翼、垂尾、中机身壁板、腹鳍、武器舱门等，用量抵达结构重量的19%。大型运输机的复合质料用量在10%左右，主要用在垂尾、平尾、偏向舵、升降舵、襟翼、副翼、蒸馏张等。新一代直升机的复合质料用量在34%左右，主要有斜梁、平尾、整流罩、蒙皮、尾梁、中机身侧壁板等，部分承力结构对复合质料的使用使得复合质料的应用规模有了实质改变。

预计随着相关复合质料和结构质料技术的突破，未来国产军机中复合质料用量将提高到25%左右，减重效率由20%提高到30%，在机翼、机身等主承力结构上更多的接纳复合质料，减重的同时将充分发挥复合质料耐腐化、隐身、保形天线等优势。

文章来源：军工会

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