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丝丝入扣凭谁取，片片出云任我翔碳纤维复合材料在航空航天领域的应用浅析（一）?基础篇最近一个时期，坛子里的不少帖子，技术性和专业性有所增强，真是让人高兴。什么是素质，哪个叫水平，这些概念应当得到正确的建立。耸人听闻的标题党、子虚乌有的意淫贴、极端互骂的撒泼族，无论如何，都跟不上、配不上中国军工的高速发展。客观探讨、理性分析、观点多元、相互学习的趋势，才是中华网军事频道的幸事。看热闹，更看门道；知其然，亦知其所以然，也才是咱广大军迷们的骄傲。为了向各位专家型大虾致敬，这一次，兵器迷试着写一点专业性更强的东东，和大家分享。啥叫专业性？就是故事性不强，而专业术语多。这样的帖子，没啥水分，比较干。您吃着，可能有点拉嗓子。呵呵，没关系。兵器迷的描述，尽量往通俗方向走，而且咱把大段的干货，切成儿部分，分次发贴。一次别招呼太多，怕噎着了，呵呵。碳纤维复合材料的基本概念说起材料，似乎挺复杂的，其实不尽然。大家肯定都听说过石器时代、铜器时代和铁器时代。这很通俗、乂很清楚的表明了人类历史发展与材料的关系。到今天,全球材料结构中仍然有有大约一半是钢铁或其合金，从这个意义上讲，我们现在仍然处于铁器时代。一种用于结构的好材料，一般应具有较大的强度，或者外力作用下发生形变相对较小，或者重量较轻。而有时候，我们要求材料必须同时具备强度高、变形小和重量低这三种特性。因此，材料科学领域提出了比强度和比模量的概念。比强度(specificstrength)是材料的强度(断开时单位面积所受的力)除以其密度。乂彼称为强度一重量比。比强度高，简单的说，就是材料乂要结实，乂要轻。举个例子来说，比普通钢强度高7倍的合金钢，够结实。可是太重。要用合金钢增加结构强度，就必须同时增加重量，这对需要高速运动的物体，意义就不大了。因此我们说，合金钢的比强度还是不够高。比模量(specificmodulus)是材料的模量(在受力状态下的应力与应变之比)除以其密度，乂称劲度一质量比。比模量高，简单的说，就是材料乂要变形小，乂要轻。铝、钢，它们的比强度差别很大，但比模量其实都差他们之间相互替代的意义也并不大。对了，就是航空和航天丄业。飞行器的运动速度高，过载大，对材料强度和变形有严格要求。而且，商用飞机每减重一公斤，一年就能节约3000美元的燃料。远程火箭、太空飞船每减重一公斤，就能节约10,000美元的燃料。能够减少重量，就能够增加有效载荷，降低飞行成本。因此高速飞行领域对材料重量是很敬感的。当然，大家可以联想到，航空航天领域的材料，还需要一个特质，就是耐高温。有朋友说：那钛合金呢？没错，钛合金确实比钢铁更加符合飞行器的要求。但问题是钛资源很少，开采、提炼和加丄乂很麻烦，因此钛合金的价格相半昂贵。这部分的限制了钛的大规模商用，其至是大规模军用。对于钛合金，兵器迷将来巧有专贴分析，这里就不赘述了。强度高、变形小、重量低、耐高温、不太贵。这五个要求像是密集的交义火力，把绝大部分已知材料封杀殆尽。就在这个时候，咱们故事的主角，碳纤维复合材料，终于登场了。碳纤维，指碳的至量占90%以上的纤维状碳材料。碳纤维与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成的材料，就是碳纤维复合材料(CFRP)o各种工程材料，比如木材、不多，仅仅从比模量角度,强度高、变形小、重量低,什么地方会用到这样的材料呢?碳纤维复材中最重要的碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。其比模量比钢和铝合金高5倍，比强度要高3倍。而碳纤维的比重，一般在1?6左右，是铝的二分之一，钢的五分之一。碳在各种溶剂中不溶解，在隔绝空气的惰性环境中(常压下)，在高温时也不会熔融，而且是在2000摄氏度以上唯一强度不下降的已知材料。只有在lOMpa压力和3000K以上高温条件下，才不经液相直接升华。在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性高的场合，CFRP都具有很高的优势。东西是好东西。可在现代化学工业诞生之前，人们却一直以为，碳产品的脆性非常大，碳纤维也很难做出来。就是好不容易做出来了，力学性能乂极差。因此并没有认识到这...