航天複合材料是由兩種或兩種以上異質、異形、異構的材料通過專門成型工藝複合而成的一種套用於航天飛行器的高性能的新材料體系，複合的目的是要改善材料的性能，或使材料能滿足某種特殊的物理性能（如光、電、熱、聲、磁等）要求。複合材料按使用要求大致分為結構複合材料和功能複合材料，在航空航天領域，和今後 20～30 年的發展主流是用於製造空天飛行器結構件的碳纖維增強樹脂基複合材料（簡稱 CFRP），在此基礎上發展結構/功能一體化和智慧型化結構複合材料，以滿足越來越先進的空天飛行器的要求。
基本介紹
- 中文名：航天複合材料
- 外文名：Aerospace composite
- 分類：結構複合材料、功能複合材料
- 特點：兩種或兩種以上材料複合而成
- 套用對象：航天飛行器
- 發展方向：結構/功能一體化、智慧型化
概況,樹脂基複合材料,金屬基複合材料,陶瓷基複合材料,
概況
複合材料是通過科學的設計和合理的工藝，把兩種以上不同材料組合成一種新型材料。
複合材料的構想是第二次世界大戰中提出來的。在大戰中，正義的國家為打敗侵略者使用了各種可能的技術。各種技術在戰爭中都受到了實際的檢驗。一個明顯的結論是一切武器所用的材料，既要具有高強度又要輕巧，既可靠牢固，又具有多功能。這就對材料提出很高的要求，其出路之一是發揮單一材料的優點，把兩種或多種材料組成複合材料。例如戰爭新材料既具有甲的高強度優點，又具有乙的輕巧靈活的長處，這自然是人們所期待擁有的新材料。
在航空航天領域，若用輕質高強度的複合材料製作飛行器，則重量會大幅度減輕，耗費能源就少，航程就可以更長；發射太空飛行器所需的火箭動力將大為減小；利用火箭發射飛彈，若各級火箭殼體都使用複合材料，則射程將從中程變為遠程。正因為複合材料具有航天技術對材料高要求的獨特優點，所以複合材料首先在航天技術中得到有效的套用。
樹脂基複合材料
在聚乙烯、聚丙烯及尼龍等樹脂塑膠中加入滑石、碳酸鈣、碳黑等粒子狀增強材料，可以提高複合材料的剛性、強度和耐磨性等。這種複合材料已用於汽車內的零部件製作及食品包裝。使粒子形成中空的小球體而加入塑膠基質中的實驗已獲得成功，這可以使材料輕巧和具有保溫性能。
複合材料首先在航空航天技術和軍事上得到套用。如軍用飛機上硼纖維增強環氧樹脂作飛行舵、水平安定面、機翼後緣等。美國中程潛艇對地飛彈北極星A一2的第二級固體火箭發動機殼體用玻璃纖維增強環氧樹脂纏繞製件，比鋼質殼體輕27%；而後又用高性能玻璃纖維取代普通玻璃纖維，使北極星A．3的第一級火箭殼體重量比鋼殼體減輕50%，第二級也相應減輕，終於使北極星A。3飛彈的射程由1700km增加到4500km。
碳纖維增強樹脂複合材料已在飛彈、太空梭和衛星上套用，效果優秀。高矽氧玻璃纖維增強酚醛樹脂和碳纖維織物纏繞增強酚醛樹脂在火箭頭部作為蝕燒防熱材料，有著良好的效果。
金屬基複合材料
利用纖維增強金屬組成複合材料的研究始於20世紀60年代，套用結果顯示出它比樹脂基複合材料更好。為了方便引用一個符號：A/B，其中A代表增強纖維，B代表基質材料，如硼/鋁，為硼纖維增強鋁基複合材料。
硼/鋁、硼/鈦、碳化矽/鋁、碳化矽/鈦等複合材料已在飛機和太空梭上得到套用，具有耐高溫、高強度、良好的導熱性、高電導性、不吸濕和不老化等優點，是樹脂基複合材料所不及的?樹脂基複合材料通常只能在350℃以下使用，更高溫度的環境就無能為力了。金屬基複合材料可以在350～1200℃下使用，適應了迅速發展的高技術領域的需求。美國正在執行一項國家航空太空梭(NASP)計畫，其中金屬基複合材料將成為飛行器各種構件的主要材料。
碳纖維增強基複合材料，主要用於洲際飛彈或遠程飛彈頭部燒蝕防熱錐。碳纖維進行三方向或多方向編織，作為複合材料的增強體，然後用化學澱積或浸漬瀝青的方法填充織物空隙，最後在一定壓力下高溫石墨化而成。用於火箭發射、飛彈頭錐、火箭噴管、太空梭構件等。
飛彈發射後穿過大氣層進入外層空間，當到達目標上空後當然要再次進入大氣層，這時飛彈頭周圍將產生高溫電漿，形成一個鞘體包圍著飛彈頭，使電波難以通過，造成“再入通信中斷”，得不到遙控數據。研究人員在飛彈頭彈頭燒蝕防熱複合材料層中加入親電子材料(如泰氟隆)，從而減少電子密度，部分解決了“再入通信中斷”問題。
在航天技術領域設計師們曾提出“為減輕1g重量而奮鬥”，複合材料研究的不斷進展，無疑對此做出了貢獻。
陶瓷基複合材料
陶瓷具有高硬度、高強度、耐高溫和耐腐蝕等十分突出的優秀性能，但它又有脆性高的缺點，這限制了它的廣泛套用。工藝上採取陶瓷纖維加入陶瓷基質的辦法，來增大它的韌性，取得有效的效果，這樣既達到了增加韌性又不降低強度的目的。已經可以滿足1200~1900℃高溫環境下使用的要求。納米複合陶瓷正處於積極研究開發之中，應是更具有特色的又一種新型複合材料。
