航空航天材料

待升空的美国航天飞机

波音757 AV8B 鹞式飞机

航空航天材料的发展 18世纪60年代发生的欧洲工业革命使纺织工业、冶金工业、机器制造工业得到很大的发展，从而结束了人类只能利用自然材料向天空挑战的时代。 1903年美国莱特兄弟制造出第一架装有活塞式航空发动机的飞机,当时使用的材料有木材(占47％),钢（占35％）和布（占18％）,飞机的飞行速度只有16公里/时。 1906年德国冶金学家发明了可以时效强化的硬铝，使制造全金属结构的飞机成为可能。 40年代出现的全金属结构飞机的承载能力已大大增加，飞行速度超过了600公里/时。在合金强化理论的基础上发展起来的一系列高温合金使得喷气式发动机的性能得以不断提高。 40年代初期出现的德国 V-2火箭只使用了一般的航空材料。

航空材料 材料的主要性能取决于母体，加入合金元素成分将改善金属的物理及机械性能—强度、耐力、使用寿命。在飞机发动机中一种掺镍化合物制成称作718合金被广泛的用于制造波音777客机上的发动机的压缩机、叶片及紧固件。

航空航天材料的发展 50年代钛合金的研制成功和应用对克服机翼蒙皮的“热障”问题起了重大作用，飞机的性能大幅度提高,最大飞行速度达到了3倍音速。 50年代以后，材料烧蚀防热理论的出现以及烧蚀材料的研制成功，解决了弹道导弹弹头的再入防热问题。 60年代以来,航空航天材料性能的不断提高,一些飞行器部件使用了更先进的复合材料，如碳纤维或硼纤维增强的环氧树脂基复合材料、金属基复合材料等，以减轻结构重量。 返回型航天器和航天飞机在再入大气层时会遇到比弹道导弹弹头再入时间长得多的空气动力加热过程，但加热速度较慢，热流较小。采用抗氧化性能更好的碳-碳复合材料、陶瓷隔热瓦等特殊材料可以解决防热问题。 飞行器发展到80年代已成为机械加电子的高度一体化的产品。它要求使用品种繁多的、具有先进性能的结构材料和具有电、光、热和磁等多种性能的功能材料。

碳、硼纤维及环氧化合物复合材料非常轻，可以在某特定方向上增加强度（用于特殊目的）。

(6) Spaceflight materials 首架复合材料飞机 (6) Spaceflight materials 8

航空航天材料的发展 航空航天材料的进展取决于下列3个因素: ①材料科学理论的新发现：例如，铝合金的时效强化理论导致硬铝合金的发展；高分子材料刚性分子链的定向排列理论导致高强度、高模量芳纶有机纤维的发展。 ②材料加工工艺的进展：例如，古老的铸、锻技术已发展成为定向凝固技术、精密锻压技术，从而使高性能的叶片材料得到实际应用；复合材料增强纤维铺层设计和工艺技术的发展，使它在不同的受力方向上具有最优特性，从而使复合材料具有“可设计性”，并为它的应用开拓了广阔的前景；热等静压技术、超细粉末制造技术等新型工艺技术的成就创造出具有崭新性能的一代新型航空航天材料和制件，如热等静压的粉末冶金涡轮盘、高效能陶瓷制件等 ③材料性能测试与无损检测技术的进步：现代电子光学仪器已经可以观察到材料的分子结构；材料机械性能的测试装置已经可以模拟飞行器的载荷谱，而且无损检测技术也有了飞速的进步。

航空材料的主要要求是: 耐高温、高比强、抗疲劳、 耐腐蚀、长寿命和低成本。 多功能化、复合化、精细化、智能化 10

Examples 波音公司开发之机体与复合材料 J 11

航空航天材料分类 按材料的化学成分不同可分为：金属与合金材料、有机非金属材料、无机非金属材料和复合材料。 按材料的使用对象不同可分为：飞机材料、航空发动机材料、火箭和导弹材料和航天器材料等

航天材料的选用 航天材料的选用需要非常慎重。一发火箭、导弹、卫星往往上亿元，如果选材不当造成发射失败，损失无法估量。1986年1月美国航天飞机挑战者号在进行第10次飞行时，右侧固体发动机后部连接处密封材料失效，液体外漏，导致升空73秒后爆炸。7名机组成员全部遇难 . 美国某公司的一名技工曾把一枚废旧的铆钉装在航天飞机上，被发现后，这家公司被罚款一亿美元，而这名技工则被判了20年徒刑。 我国1991年12月28日发射的东方红2号甲通讯卫星就是因为一个小小的继电器中残留有金属屑而导致失效。

各种材料的测试方法 结构用材料 化学性能：如材料成分等在化学或光谱试验室用液相色谱法或红外光谱法进行测定； 力学性能：如冲击韧性、断裂韧性等在力学试验室用万能材料试验机测定； 物理性能：如断口形貌、微观组织等在金相试验室用显微镜等设备测定；

各种材料的测试方法 功能材料：分别由各有关试验室测定 软磁、硬磁、硅钢、电阻、双金属、膨胀等类材料在电磁试验室用电桥法、方圈法、冲击法、介质测量仪、LCR仪等方法测定； 橡胶、密封、灌注、粘合、石油等有机材料用有机材料试验室相应设备测定； 用于微波频段的材料如雷达天线军等则要在微波试验室用网络分析仪在相应频段测试。 以上试验大都有国家标准，特殊的有航天行业标准。但针对航天特殊环境和条件要求的材料，如超高温、超低温、高压、腐蚀等严酷条件，甚至模拟火箭发肘火焰对材料的影响等条件下的测试，则需要研制一系列庞大的设备。反复多次地测试材料的承受能力，性能变化等情况，才能掌握材料的全面情况，确保航天事业的万无一失。

材料应具备的条件 用航空航天材料制造的许多零件往往需要在超高温、超低温、高真空、高应力、强腐蚀等极端条件下工作，有的则受到重量和容纳空间的限制，需要以最小的体积和质量发挥在通常情况下等效的功能，有的需要在大气层中或外层空间长期运行，不可能停机检查或更换零件，因而要有极高的可靠性和质量保证。 不同的工作环境要求航空航天材料具有不同的特性。

材料应具备的条件 高的比强度和比刚度 　对飞行器材料的基本要求是：材质轻、强度高、刚度好。减轻飞行器本身的结构重量就意味着增加运载能力，提高机动性能，加大飞行距离或射程，减少燃油或推进剂的消耗。比强度和比刚度是衡量航空航天材料力学性能优劣的重要参数： 比强度＝σ/ρ 比刚度＝E/ρ 式中σ为材料的强度，E为材料的弹性模量，ρ为材料的比重。 飞行器除了受静载荷的作用外还要经受由于起飞和降落、发动机振动、转动件的高速旋转、机动飞行和突风等因素产生的交变载荷，因此材料的疲劳性能也受到人们极大的重视。

材料应具备的条件 RS-68在斯坦尼斯航天中心试车 航空航天材料-优良的耐高低温性能 飞行器所经受的高温环境是空气动力加热、发动机燃气以及太空中太阳的辐照造成的。航空器要长时间在空气中飞行，有的飞行速度高达3倍音速,所使用的高温材料要具有良好的高温持久强度、蠕变强度、热疲劳强度，在空气和腐蚀介质中要有高的抗氧化性能和抗热腐蚀性能，并应具有在高温下长期工作的组织结构稳定性。火箭发动机燃气温度可达3000°C以上，喷射速度可达十余个马赫数，而且固体火箭燃气中还夹杂有固体粒子，弹道导弹头部在再入大气层时速度高达20个马赫数以上，温度高达上万摄氏度，有时还会受到粒子云的侵蚀，因此在航天技术领域中所涉及的高温环境往往同时包括高温高速气流和粒子的冲刷。在这种条件下需要利用材料所具有的熔解热、蒸发热、升华热、分解热、化合热以及高温粘性等物理性能来设计高温耐烧蚀材料和发汗冷却材料以满足高温环境的要求。 太阳辐照会造成在外层空间运行的卫星和飞船表面温度的交变，一般采用温控涂层和隔热材料来解决。

材料应具备的条件 低温环境的形成来自大自然和低温推进剂。 飞机在同温层以亚音速飞行时表面温度会降到-50°C左右,极圈以内各地域的严冬会使机场环境温度下降到-40°C以下。 在这种环境下要求金属构件或橡胶轮胎不产生脆化现象。液体火箭使用液氧(沸点为-183°C)和液氢(沸点为-253°C)作推进剂，这为材料提出了更严峻的环境条件。 部分金属材料和绝大多数高分子材料在这种条件下都会变脆。 通过发展或选择合适的材料，如纯铝和铝合金、钛合金、低温钢、聚四氟乙烯、聚酰亚胺和全氟聚醚等，才能解决超低温下结构承受载荷的能力和密封等问题。

铝合金                                                                    铝合金 铝合金 铝合金

钛合金                                  钛合金 钛合金 钛合金是以钛为基加入其他元素组成的合金。钛有两种同质异晶体：钛是同素异构体，熔点为1720℃，在低于882℃时呈密排六方晶格结构，称为α钛；在882℃以上呈体心立方品格结构，称为β钛。利用钛的上述两种结构的不同特点，添加适当的合金元素，使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金（itaniumalloys）。 目录 [隐藏] 1 合金元素 2 分类 3 性能 4 热处理 5 切削 6 相关词条 7 参考资料 钛合金 合金元素         合金元素根据它们对相变温度的影响可分为三类：①稳定α相、提高相转变温度的元素为α稳定元素,有铝、碳、氧和氮等。其中铝是钛合金主要合金元素，它对提高合金的常温和高温强度、降低比重、增加弹性模量有明显效果。②稳定β相、降低相变温度的元素为β稳定元素，又可分同晶型和共析型二种。前者有钼、铌、钒等；后者有铬、锰、铜、铁、硅等。③对相变温度影响不大的元素为中性元素，有锆、锡等。 氧、氮、碳和氢是钛合金的主要杂质。氧和氮在α相中有较大的溶解度,对钛合金有显著强化效果，但却使塑性下降。通常规定钛中氧和氮的含量分别在0.15-0.2％和0.04-0.05％以下。氢在α相中溶解度很小，钛合金中溶解过多的氢会产生氢化物，使合金变脆。通常钛合金中氢含量控制在0.015％以下。氢在钛中的溶解是可逆的，可以用真空退火除去。 钛合金 分类 α钛合金 它是α相固溶体组成的单相合金，不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下，均是α相，组织稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强。在500℃～600℃的温度下，仍保持其强度和抗蠕变性能，但不能进行热处理强化，室温强度不高。 β钛合金 它是β相固溶体组成的单相合金，未热处理即具有较高的强度，淬火、时效后合金得到进一步强化，室温强度可达1372～1666MPa；但热稳定性较差，不宜在高温下使用。 α+β钛合金 它是双相合金，具有良好的综合性能，组织稳定性好，有良好的韧性、塑性和高温变形性能，能较好地进行热压力加工，能进行淬火、时效使合金强化。热处理后的强度约比退火状态提高50％～100％；高温强度高，可在400℃～500℃的温度下长期工作，其热稳定性次于α钛合金。 三种钛合金中最常用的

航空航天材料-耐老化和耐腐蚀 各种介质和大气环境对材料的作用表现为腐蚀和老化。航空航天材料接触的介质是飞机用燃料(如汽油、煤油)、火箭用推进剂（如浓硝酸、四氧化二氮、肼类）和各种润滑剂、液压油等。其中多数对金属和非金属材料都有强烈的腐蚀作用或溶胀作用。 在大气中受太阳的辐照、风雨的侵蚀、地下潮湿环境中长期贮存时产生的霉菌会加速高分子材料的老化过程。耐 腐蚀性能、抗老化性能、抗霉菌性能是航空航天材料应该具备的良好特性。

材料应具备的条件 航空航天材料-适应空间环境 空间环境对材料的作用主要表现为高真空(1.33×10-10帕)和宇宙射线辐照的影响。  空间环境对材料的作用主要表现为高真空(1.33×10-10帕)和宇宙射线辐照的影响。 金属材料在高真空下互相接触时，由于表面被高真空环境所净化而加速了分子扩散过程，出现“冷焊”现象； 非金属材料在高真空和宇宙射线辐照下会加速挥发和老化，有时这种现象会使光学镜头因挥发物沉积而被污染，密封结构因老化而失效。 航天材料一般是通过地面模拟试验来选择和发展的，以求适应于空间环境。

为了减轻飞行器的结构重量，选取尽可能小的安全余量而达到绝对可靠的安全寿命，被认为是飞行器设计的奋斗目标。 航空航天材料-寿命和安全 为了减轻飞行器的结构重量，选取尽可能小的安全余量而达到绝对可靠的安全寿命，被认为是飞行器设计的奋斗目标。 对于导弹或运载火箭等短时间一次使用的飞行器，人们力求把材料性能发挥到极限程度。 为了充分利用材料强度并保证安全，对于金属材料已经使用“损伤容限设计原则”。这就要求材料不但具有高的比强度，而且还要有高的断裂韧性。在模拟使用的条件下测定出材料的裂纹起始寿命和裂纹的扩展速率等数据，并计算出允许的裂纹长度和相应的寿命，以此作为设计、生产和使用的重要依据。 对于有机非金属材料则要求进行自然老化和人工加速老化试验，确定其寿命的保险期。 复合材料的破损模式、寿命和安全也是一项重要的研究课题。 导弹 摘要： 导弹，是一种依靠制导系统来控制飞行轨迹的可以指定攻击目标，甚至追踪目标动向的无人驾驶武器，其任务是把战斗部装药在打击目标附近引爆并毁伤目标或在没有战斗部的情况下依靠自身动能直接撞击目标以达到毁伤效果。简言之，导弹是依靠自身动力装置推进，由制导系统导引、控制其飞行路线，并导向目标的武器。 提问 编辑摘要 目录 [隐藏] 1 介绍 2 原理 3 构造组成 4 分类 4.1 分类特点 5 各种导弹 6 发展历史 7 重要地位 8 未来展望 导弹 介绍         弹道导弹DF-11(M11 CSS-7 导弹是一种可以指定攻击目标，甚或追踪目标动向的飞行武器。在导弹的制导的分类上通常有两类，一种是讯号传送媒体的不同，如：有线制导、雷达制导、红外线制导、雷射制导、电视制导等。另外一种分类是导弹的制导方式的不同，如：惯性制导、乘波制导、主动雷达制导和指挥至瞄准线制导等。 按照导弹的作用分类可以简单地分为战略导弹和战术导弹。导弹的分类原则是由两个部分所构成：发射的载具的特性与攻击的目标性质。 发射的载具的特性包括：空射，面射，潜射等。攻击的目标性质包括：对空，对面，对潜。把这两项原则合并在一起就是目前最常见的各类导弹的分类系统。 虽然发射载具是导弹分类的一项原则，不过同一种导弹往往可以在简单的改装下自不同的载具上发射，因此许多导弹往往会在不同的类别当中重复出现。譬如说鱼叉反舰导弹可以自潜艇、水面舰艇与飞机上发射，因此她会分别出现在潜射反舰导弹、舰射反舰导弹以及空射反舰导弹当中。 导弹 原理 舰载导弹发射 制导原理比较多，不管雷达制导还是其他很多制导方式。比如光学制导，比如无线电指令制导等等，导弹上不装雷达，通过发射平台的指令照样可以知道往哪里飞。红外制导靠的是体的红外特征，在发射之前导弹已经将目标的各种运动参数装如导弹的电脑，以此来识别目标，但是由于红外点源制导看到的目标只是一个点，所以很容易受到干扰，而先进的红外成象制导看到的是目标的红外图象，所以能够准确识别目标。隐形飞机的隐形是全面的，主要是雷达和红外，更何况导弹制导除了导弹自身之外，发射平台的控制也是很重要的，如果发射平台都发现不了隐形飞机，那么无论什么导弹都

　　隐身材料的基本原理 　　(1)降低目标自身发出的或反射外来的信号强度； 　　(2)减小目标与环境的信号反差，使其低于探测器的门槛值； 　　(3)使目标与环境反差规律混乱，造成目标几何形状识别上的困难。

　　隐身材料按照电磁波吸收剂的使用，可分为涂料型和结构型两类，它们都是以树脂为基体的复合材料。

隐身材料 电磁波隐身材料 微波隐身材料 可见光隐身材料 红外隐身材料 激光隐身材料 声隐身材料 多功能隐身材料

隐身材料 隐身材料是指能够减少军事目标的雷达特征、红外特征、光电特征及目视特征的材料的总称。 由于雷达是军事目标侦查的主要手段，所以雷达波吸收材料的研制是关键。

隐身材料 军用飞行器都要有隐身特性。 美国、俄罗斯、日本、西欧都在研制隐身飞行器和隐身导弹。 在技术上将采用外形隐身、材料隐身、红外隐身技术相结构的综合隐身技术，与其相应的融合体结构、吸波材料与涂层制造技术将成为军用飞行器的关键制造技术而得到更广泛的应用和发展。

军事领域： 中国022隐身导弹护卫艇 美国F22隐身战斗机 瑞典的隐身装甲战斗车 美国AGM129A隐身巡航导弹

民用方面： 防辐射键盘 防辐射天线 铁氧体电磁吸收环（用于通信，导航，电磁兼容）

1. 雷达隐身 ①精心设计武器的外形 ②采用雷达吸波材料和透波材料 ③采用电子措施降低兵器的雷达截面 ④等离子体隐身技术

1. 雷达隐身 ①精心设计武器的外形 外形设计对隐身飞行器隐身性能的贡献占2/3，材料占1/3，需要对隐身性能和飞行器的气动力性能进行折中。现在最具特点的隐身外形是：F-117的"钻石型"和B-2的"飞行翼"型。隐身外形设计的原则是：避免飞行器外形出现任何较大平面和凸状弯曲面、边缘、棱角、尖端、间隙、缺口和垂直交叉的接面，飞行器外形应成为一种平滑过度曲线形体，消除镜面反射和角反射器。隐身外形设计的重点部位是：发动机进气口、排气口、座舱、外挂架、垂尾等

1. 雷达隐身 ②采用雷达吸波材料和透波材料 吸波材料是能够将电磁波能量通过吸收、散射、干涉等作用进行转化或损耗的一类材料。 雷达吸波材料是吸收衰减入射的电磁波，并将电磁能转换成热能而耗散掉，或使电磁波因干涉而消失，或使电磁能量分散到另外方向上的这种材料。 按其用途可将其分为涂层和结构型吸波材料； 按工作原理可分为干涉型和转换型。干涉型是使雷达波在入射和反射时的相位相反，或材料表面的反射波与底层的反射波发生干涉，相互抵消。转换型是材料与雷达波相互作用时，产生磁滞损耗或介质损耗，使电磁波能量转为热能而散发掉。

吸波材料 吸波材料最早应用于二战时的电子对抗与反对抗中。海湾战争中隐身飞机F117的成功使世界各国加大对吸波材料的研究。 35

吸波材料的发展过程 传统：电阻损耗型、介电损耗型、磁损耗型、干涉型 特点：重、厚、窄、弱 目前仍在研究的热点：碳纤维掺杂，铁氧体掺杂，FSS。 新型：纳米吸波材料，等离子体吸波材料，手性吸波材料等 特点：轻、薄、宽、强 其中纳米吸波材料最有潜力，正在朝着多层、复合以及 涂敷型的方向发展 。 目前研究的热点：纳米金属微粒，碳纳米管，纳米磁性 薄膜，纳米陶瓷。

纳米吸波材料 将纳米材料作为吸收剂制成涂料，不仅对电磁波吸收性能好，而且涂层薄，吸收频带宽。 金属、金属氧化物和某些非金属材料的纳米磁性超细微颗粒对电磁波具有强烈的吸收能力，这是由于纳米磁性超细微颗粒处于表面的原子数非常多，大大增强了纳米材料的活性，在电磁场的辐射下，原子、电子运动加剧，形成共振，使电磁能转化为热能，从而增大了对电磁波的吸收。 目前被称作“超黑色”的吸波材料对雷达波的吸收率可达99%，

为什么超微粒子，特别是纳米粒子对红外和电磁波有隐身作用呢？ 主要原因有两点： 一方面由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，因此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材料要强得多，这就大大减少波的反射率，使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱，从而达到隐身的作用； 另一方面，纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大3～4个数量级，对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多，这就使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低，因此很难发现被探测目标，起到了隐身作用。

为什么超微粒子，特别是纳米粒子对红外和电磁波有隐身作用呢？ 具有红外吸收功能的纤维制成军服供部队使用，这种纤维对人体释放的红外线有很好的屏蔽作用，可以不被非常灵敏的中红外探测器所发现，尤其是在夜间可以避免人身安全将受到威胁。 纳米磁性材料，特别是类似铁氧体的纳米磁性材料放人涂料中，既有优良的吸波特性，又有良好的吸收和耗散红外线的性能，在隐身方面的应用上有明显的优越性。另外，这种材料还可以与驾驶舱内信号控制装置相配合，通过开关发出干扰，改变雷达波的反射信号，使波形畸变，或者使波形变化不定，能有效地干扰、迷惑雷达操纵员，达到隐身目的。

雷达吸波涂层 涂敷在武器表面的一类吸波材料，它由胶粘剂中加入具有特定介质参数的吸收剂制成，吸收剂的特性决定吸波涂层的吸收雷达波的性能。 目前采用的吸收剂主要有： 一是羟基铁吸收剂--吸收能力强，应用方便，但其重量重，吸收剂体积占空比一般大于40％，面密度大于2千克/米2。

4、隐身复合材料 由于探测技术的飞速发展和多种探测器的综合使用，使得隐身材料也必须朝着多功能化、宽频带方向发展。 　　由于探测技术的飞速发展和多种探测器的综合使用，使得隐身材料也必须朝着多功能化、宽频带方向发展。 　　原来的金属、陶瓷、半导体、高分子隐身材料很难适应这一要求，因此复合隐身材料的发展就显得格外重要。

　　隐身涂层种类很多，有防紫外侦察隐身涂层、防红外侦察隐身涂层，以及防可见光、防激光、防雷达等侦察隐身涂层，还有吸声涂层等。

　　隐身涂层多采用涂料涂覆工艺。 　　涂料由粘结剂、填料、改性剂和稀释剂等组成。

　　粘结剂可以是有机树脂，也可以是无机胶粘剂。 　　填料是调节涂层与电磁波、声波相互作用特性的关键性粉末状原料。

　　金属、半导体、陶瓷等不同类型的粉末可以作为填料使用，由于它们在能带结构上的差别，可针对不同的探测装置进行隐身。 　　由于探测技术不断提高，隐身涂层也向具有多功能的多层涂层及多层复合膜方向发展。

结构型隐身复合材料 由于涂料型隐身材料存在重量、厚度、粘接力等问题，在使用范围上受到了一定限制； 　　由于涂料型隐身材料存在重量、厚度、粘接力等问题，在使用范围上受到了一定限制； 　　因此兼具隐身和承载双重功能的结构型隐身材料应运而生。

　　电磁波在材料中传播的衰减特性是复合材料吸波的关键。 　　实际上振幅不同的波来往传播，包括折射和散射。最后使射入复合材料的电磁波能得到衰减，达到吸收的目的。

　　此外，在设计中，使复合材料表面介质的特性尽量接近空气的特性，就会使表面反射小，从而达到隐身作用。

　　作为兼具隐身和承载双重功能的材料的设计，主要有混杂型和蜂窝形复合材料两大类。 　　所谓混杂型是基体为高聚物，增强体是不同类型纤维材料。

　　例如，选择酚醛材脂为基体，选择碳纤维、玻璃纤维、芳纶等为增强体，选择合适的混杂结构参数，界面尽量增多，这种复合材料不仅有较好的承载功能，同时也只有良好的吸收雷达波的性能。

　　蜂窝结构型隐身复合材料是一种外形上类似于泡沫塑料的纤维增强型材料，对电磁波有极好的吸收效果。 　　如采用多层结构，频率为8～12GHz时，吸收性能达到15dB。

B.结构型吸收雷达波材料 以非金属为基体（如环氧树脂、热塑料等）填充吸波材料（铁氧体、石墨等）、由低介电性能的特殊纤维（如石英纤维、玻璃纤维等）增强的复合材料，它既能减弱电磁波散射又能承受一定的载荷。 与一般金属材料相比，重量轻、刚度强、强度高。 结构型吸收雷达波材料有3种类型： 一是吸收剂散布型； 二是层板型； 三是夹芯结构。

结构型吸收雷达波材料 二是铁氧体吸收剂--价格低、吸波性能好，在低频、厚度薄的情况下性能仍很好；缺点是比重大。 三是金属及其氧化物磁性超细粉末--经过细化的吸收剂粒子的磁、电、光等物理性能发生了质的变化，兼具吸波、透波和偏振电磁波等功能。 四是耐高温陶瓷--如碳化硅，耐高温、强度高、膨胀系数小、耐腐蚀、化学稳定性好、密度低、吸波性能好。

结构型吸收雷达波材料 五是手性材料（chiral material）--是指一种物体与其镜像不存在几何对称性且不能通过任何操作使之与其镜像相重合的现象。具有手性特性的材料，能减少入射电磁波的反射并能吸收电磁波。 用于微波波段的手性材料都是人造的。采用手性材料的结构与微波相互作用的研究始于50年代，到80年代，有关手性材料对微波的吸收、反射特性的研究才受到一些研究部门的重视。 目前研究的雷达吸波型手性材料，是在基体材料中掺杂手性结构物质形成手性复合材料，尺寸范围为0.01～5毫米更合适。

结构型吸收雷达波材料 六是导电高聚物材料--主要是电子型导电高聚物，其物理化学性能独特，将它与无机磁损耗物质或超微粒子复合，可望发展成为一种新型的轻质宽频带微波吸收材料。 由于可以对导电高分子的厚度、密度和导电性进行调整,从而可以调整微波反射系数、吸收系数,其吸收系数可达105•cm-1。导电高分子作为微波吸收材料,其薄膜重量轻、柔性好,可作任何设备(包括飞机)的蒙皮。 美国、日本、法国、印度及中国相继开展了导电聚合物雷达波吸收材料的研制，尤其是美国空军投资开发的高聚物雷达波吸收材料，为隐身战斗机和侦察机制造“灵巧蒙皮”的设想和计划奠定了基础，进一步刺激了导电聚合物雷达隐身技术的发展。

5、其他功能复合材料 5.1 抗x射线辐射复合材料；（用于抵抗x射线辐射造成对材料结构的破坏效应的一类复合材料）。 5.2 仿生复合材料； 5.2 仿生复合材料； 5.3 摩擦功能复合材料；（具有低摩擦系数或高摩擦系数的复合材料） 5.4 透光复合材料； 5.5 热性能复合材料。

结构型吸收雷达波材料 七是纳米隐身材料--包括纳米微粒、纳米纤维、纳米膜和纳米固体。美国研制出的“超黑粉”纳米吸波材料，对雷达波的吸收率达99%；法国研制出一种宽频带纳米吸波涂层，在50MHz至50GHz内具有良好的吸波性能。纳米隐身材料正在向着覆盖厘米波、毫米波、红外、可见光等波段的纳米复合材料方向发展。 吸波材料： ——纳米Fe。 金属纳米粉体对电磁波有特殊的吸收作用。铁、钴、氧化锌粉末及碳包金属粉末可作为军事用高性能毫米波隐形材料、可见光—红外线隐形材料和结构式隐形材料，以及手机辐射屏蔽材料。

结构型吸收雷达波材料 八是多晶铁纤维吸收剂--欧洲伽玛(GAMMA)公司研制出一种新型的雷达吸波涂层，系采用多晶铁纤维作为吸收剂。这是一种轻质的磁性雷达吸收剂，可在很宽的频带内实现高吸收效果，且重量减轻40％～60％，克服了大多数磁性吸收剂所存在的过重的缺点。 九是席夫碱视黄基盐类，它含有碳－氮双键结构的有机高分子聚合物，具有很强的极性，能迅速使电磁波转换成热能散发出去。组合不同的盐类，可吸收不同频率的电磁波，因此它吸收频带宽，能使兵器的雷达散射波衰减80％，而重量只有铁氧体的1/10。

智能型隐身材料 智能型隐身材料和结构是80年代逐渐发展起来的一项高新技术，它是一种具有感知功能、信息处理功能、自我指令并对信号作出最佳响应功能的材料和结构，为利用智能型材料实现隐身功能提供了可能性。 目前，隐身技术正向着综合运用、权衡隐身性能和其他性能、扩展频率范围和应用范围、降低成本等方向发展。

③采用电子措施降低兵器的雷达截面 A.自适应加载技术。在飞行器的金属表面人为地附加集中参数或分布参数负载，例如，开槽缝并接腔体，或接集中参数阻抗对槽缝分流。当受到雷达波照射时，它即产生一个与雷达回波频率相同、极化相同、幅值相等、相位相反的电磁波，与雷达回波相消，从而使兵器避开敌方雷达的探测。这种方法的特点是，当飞行器的特征尺寸（L）与雷达波长（λ）满足0.5<2πL/λ<30关系时，飞行器的雷达截面减缩效果最好。

B.电子对抗措施。隐身兵器若再采用干扰措施，则隐身效果会更好，其生存能力可提高40％以上。目前所采用的干扰措施有有源干扰和无源干扰两种。应用先进的计算机技术来鉴定兵器可能遭到威胁的雷达工作频率，随即发射该工作频率的脉冲；安装干扰机；采用先进诱饵系统，使对方产生误会；投放箔条干扰；采用吸收型无源干扰。

C.采取有源对消技术。采用相干手段使目标散射场和人为引入的辐射场在雷达探测方向相干对消,使敌方雷达接收机始终位于合成方向图的零点,从而抑制雷达对目标反射波的接收。美国的B－2隐身轰炸机所载的ZSR－63电子战设备就是一种有源对消系统，它主动发射电磁波来消除照射在其机体上的雷达能量。

④等离子体隐身技术 等离子体隐身的基本原理是：利用等离子体发生器、发生片，或者放射性同位素在武器表面形成一层等离子云，通过设计等离子体的特征参数，使照射到等离子云上的一部分雷达波被吸收，一部分改变传播方向，从而返回到雷达接收机的能量很少，达到隐身的目的。据报道，采用等离子体隐身技术的飞行器被敌方发现的概率可降低99%。

④等离子体隐身技术 美国应用等离子体技术，可使一微波反射器的雷达截面在4～14吉赫兹频率范围内平均降低20分贝，即回波的信号强度减小到原来的1％。据报道，俄罗斯已开发出两代等离子体装置，并在飞机上进行过试验。第一代产品是等离子体发生片，其厚度0.5～0.7毫米，将其贴在飞行器的强散射部位，电离空气即可产生等离子体。第二代产品是等离子体发生器，在等离子体发生器中加入易电离的气体，经过"脉冲电晕"，即可产生等离子体。第二代产品的重量不到100公斤，它不仅能减弱雷达反射信号，还能向敌方发出一些假信号，以迷惑敌方的探测系统。俄罗斯正在研制第三代产品，它可以利用飞行器周围的静电能量来减小飞行器的雷达截面。

④等离子体隐身技术 等离子体隐身技术具有吸波频带宽、吸波率高、隐身效果好、使用简便、使用时间长、价格便宜；无须改变飞机的气动外形设计，不影响飞行器的飞行性能；维护费用低等优点。但利用等离子体技术实现隐身还存在一些问题：安装等离子体发生器的部位无法隐身，而且要求电源功率很高，设备大；采用放射性同位素的难点是同位素的剂量难以控制。实现等离子隐身的关键在于如何对等离子体包层的电子密度进行控制。

美国F-22猛禽战机 1997年服役，目前世界性 能最佳的制空战机之一 55%机身采用高強度、低重量 的复合材料 估計单价超过 2 亿美元

飓风式战机

先进复合材料与航空航天 航空航天材料服务的环境，大大区别于一般的机械，或者地面和水面的运载工具他们所用的材料，它最大的特点就是在空中运行。 空中或者空间飞行器，和一般机械的差异的另一个重要特点，是要千方百计减轻重量，因为它在空中飞行。 代表航空航天技术开发水平的一个重要标志是看聚合物复合材料使用数量的多少。

复合材料具有质量轻，较高的比张度、比模量、较好的延展性、抗腐蚀、导热、隔热、隔音、减振、耐高(低)温，独特的耐烧蚀性、透电磁波，吸波隐蔽性、材料性能的可设计性、制备的灵活性和易加土性等特点，被大量地应用到航空航天等军事领域中，是制造飞机、火箭、航天飞行器等军事武器的理想材料。

国内飞机使用的先进复合材料（ ACM ） 3家科研单位合作开发研制的某歼击机ACM垂尾壁板，比原铝合金结构轻21kg,减质量30%。 北京航空制造土程研究所研制并生产的QY8911/HT3双马来酞亚胺单向碳纤维预浸料及其ACM已用于飞机前机身段、垂直尾翼安定面、机翼外翼、阻力板、整流壁板等构件。 由北京航空材料研究院研制的PEEK/AS4C热塑性树脂单向碳纤维预浸料及其ACM，具有优异的抗断裂韧性、耐水性、抗老化性、阻燃性和抗疲劳性能，适合制造飞机主承力构件，可在120 oC下长期土作，已用于飞机起落架舱护板前蒙皮。

ACM在航空发动机上的应用 美国通用电器飞机发动机事业集团公司(GE-AEBG)和惠普公司等，都在用ACM取代金属制造飞机发动机零部件，包括发动机舱系统的许多部位推力反向器、风扇罩、风扇出风道导流片等都用ACM制造。如发动机进气罩的外壳是由美国聚合物公司的碳纤维环氧树脂预混料(E707A）叠铺而成，具有耐177 0C高温的热氧化稳定性，壳表面光滑似镜，有利于形成层流。又如FW4000型发动机有80个149 0C的高温空气喷口导流片，也是碳纤维环氧预浸料制造的。

ACM在机用雷达天线罩上的应用 机用雷达罩是一种罩在雷达天线外的壳形结构，其使用性能要求透微波性能良好，能承受空气动力载荷作用日保持规定的气动外形，便于拆装维护，能在严酷的飞行条件下正常土作，可抵抗恶劣环境引起的侵蚀。ACM具有优良的透雷达波性能、足够的力学性能和简便的成型土艺，使其成为理想的雷达罩材料。 目前制作雷达罩材料较多采用的是环氧树脂和E玻璃纤维，低介电D玻璃纤维，是一种硅硼纤维(72 % - 75%的Si，23%的B），主要用十制造雷达罩，目的是改善电性能和减少电气厚度以降低实心罩的质量。 随着对雷达罩性能要求的不断提高，D玻璃纤维、石英玻璃纤维等增张材料及改性双马来亚胺树脂、DAIP树脂、氰酸脂等具有更好介质性能的ACM也投入了使用。

ACM在防热方面的应用 导弹、卫星及其它航天器再入大气层的防热，是航天技术必须解决的关键问题之一。由于经过高空飞行以超高速进入稠密的大气层时，飞行器周围空气受到张烈压缩，使空气温度和压力急剧升高，再入体受到严重的气动力和气动热作用，如不采取有效防热措施，将像流星一样被烧毁。 早在1950年代，美国就采用石棉酚醛作为烧蚀防热材料，如“丘比特”中程导弹，苏联的“东方号”飞船也用该种材料。此后广泛地使用玻璃/酚醛、高硅氧/酚醛，美国的“MK-11A ”弹头和“水星号”飞船，苏联的“联眼号”飞船，法国第一代导弹的弹头等。 近期采用了碳基ACM(碳/酚醛和碳/碳)，美国的“MK-12A”弹头和法国的第二代导弹弹头已应用。 另外国内外均将高张度玻纤增张树脂基复合材料用十多管远程火箭弹和空空导弹的结构材料和耐烧蚀一隔热材料，使金属喷管达到了塑料化，耐烧蚀-隔热-结构多功能化，实现了喷管收敛段、扩张段和尾翼架多部件一体化，大大减轻了武器质量，提高了战术性能。

在卫星和宇航器上的应用 飞行器的减重的作用效果和飞行速度有关，飞行速度越快，每减重一克，或者一公斤，所取得的效益就越大。 我国在“风云二号气象卫星”及“神舟”系列飞船上均采用了碳/环氧ACM做主承力构件，大大减轻了整星的质量，降低了发射成本。 向阳面与背阳面温差260OC

ACM在舰船中的应用 玻璃纤维、碳纤维等增强的塑料具有吸波透波的性能。在海湾战争中,英国舰艇的上层建筑和武器装备就使用了吸波材料,以减弱雷回波。 美国海军用石墨纤维增强环氧树脂制造出无人操纵潜艇的耐压壳体,该艇的下潜深度为6 096m. 德国开发出碳纤维环氧树脂螺旋桨,该螺旋桨的浆叶高强度,比金属轻25 %～35 % ,有利于高速艇的加速,有良好的阻尼性能, 可使噪声等级相对于金属浆下降5dB 。 瑞典考库姆船厂制造的“维斯比”轻型护卫舰 ,其舰体、甲板和上层建筑基本都是碳纤维增强塑料夹层板制成的。这种材料不仅结构坚实,而且无磁性,有利于降低舰船产生的磁场,并有良好的抗震性能,而且可以绝热,对舰艇内各种机械设备产生的红外辐射有较好的屏蔽作用。这使得“维斯比”舰被敌方探测的距离可缩短至13km 以内。

耐极低温复合材料 世界第一个全超导非圆截面 托卡马克核聚变实验装置 （英文名称：EAST）

托卡马克装置 超导磁体浸渍胶 液氦导管 支撑柱

室温测试结果 液氮温度测试结果

环氧树脂耐极低温增韧体系

医用磁共振成像(MRI) 高灵敏度探头、超导磁体等 需要液氦冷却

谢谢！

隐身材料

隐身材料

航空航天制造技术重大发展 随着高性能新材料的发展，不断探索新结构制造技术。开发出以高性能复合材料结构、新型隐身结构和灵巧智能结构为代表的飞行器结构制造技术。 碳－碳复合材料结构制造技术 碳－碳复合材料将成为飞行器机体高温部位的结构材料，其制造技术的研究取得重大进展。