飞机材料技术中非金属材料的应用与研究

于跃 赵国庆

摘要：组成飞机的零部件的基础材料成分都有所区别，在飞机制造的过程中，应用的材料有金属的、非金属的，同时也存在着一些性质比较特殊的材料，这些材料所属的类别和特点意味着在飞机零部件的构造和设计上将会有很大的差异。本文将对当前飞机材料技术应用中非金属材料进行探究，通过对非金属材料的类别、材料的结构以及材料的具体应用的深入阐述，来说明非金属材料在飞机制造过程中的重要作用。

关键词：非金属材料;飞机材料技术;应用研究

引言

我国飞机制造材料主要以金属材料为主，但随着材料科学技术的高速发展，越来越多的非金属材料被应用到了航空领域当中，例如陶瓷、复合材料的应用越来越广泛，这些材料的存在价值并非是金属材料的替代品，有些自身具有不可替代的作用，依据行业选用、研制的原则，结合国内外先进技术结合的方式来探讨各种材料具体应用的特点，以期为相关行业发展提供有效的经验的借鉴。

1 非金属材料中高分子材料的应用

高分子材料在飞机材料技术应用覆盖面较广，其又叫做高聚物或者聚合物材料，依据材料的实际来源情况又可以划分为天然高分子材料，主要是从动植物当中提取而来的，还有合成性的高分子材料。经过对两者进行对比，合成性高分子材料的耐磨性、抗腐蚀性、绝缘性能更具有优势，并且材料更轻。根据合成性高分子材料的机械性能还有使用时呈现出来的状态，还可以将其划分为五大类，即橡胶、塑料、合成纤维、涂料和胶黏剂。

1.1塑料

人们普遍比较熟悉的塑料制品更多是在日常生活实际当中接触到的，但是塑料实质上还可以分出三个类型，即通用塑料、工程塑料还有特种塑料。其中通用塑料指的就是我们日常生活中常使用的塑料，主要是聚乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料等类别，这些类型的塑料生产产量已经达到塑料总体产量的四分之三以上了;工程塑料则是以结构材料的形式在工程结构当中进行应用。这类塑料主要涉及到聚酰胺、有机玻璃、聚甲醛、ABS等，通常这部分类型的工程塑料的机械性能和加工稳定性都比较好，且比通用塑料更具有耐热性、耐磨性、耐腐蚀性和绝缘性，在航空领域的应用也比较广泛，例如飞机盖板、手柄、管接头、手柄、胶带、套筒、电线电缆覆盖等。特种塑料具有特殊的使用性能，主要集中在医疗行业等特殊使用场合。

1.2橡胶

橡胶是一种高弹性的线性高分子材料，其保持高弹性的温度通常梓零下四十摄氏度到零上八十摄氏度之间，有些橡胶甚至能够在零下一百摄氏度到零上二百摄氏度还保持着良好的高弹性。其次，橡胶的弹性模量也处在较低的水平，变形量高达百分之一百到百分之一千之间。

1.3合成纤维

纤维是长度能够延长和保持在比直径还要大100倍以上的呈现均匀状态的条状或者丝状的材料，主要有天然纤维和化学纤维两个类别，而化学纤维也可按照制造工艺的不同划分成人造纤维和合成纤维两种。人造纤维主要是利用自然界自然产生的纤维经过人力加工而成的，诸如人造棉、人造丝此类的。合成纤维比较复杂，通常是用石油、天然气还有煤等制作而成的，诸如尼龙、腈纶、涤纶等，除了常见作为织物用品外，飞机发动机也会使用到合成纤维。

1.4合成胶黏剂

通俗来将，胶黏剂就是普遍所说的法为胶，其用途是粘结零部件，操作过程较为简便，同时还能保持接头处应力分布均匀，具有较高的密封性、耐腐蚀性和绝缘性，因此也投入到飞机制造材料的使用过程当中。胶黏剂也分为自然胶黏剂和合成胶黏剂，合成胶黏剂应用领域要比自然胶黏剂来的广泛，并且依据飞机制造材料的不同需要应用的合成胶黏剂也有区别，两种性质不同的材料在粘结的时候选用的胶黏剂需要符合双方共性需要。不同的胶黏剂的使用方法也具有差异性，有的需要对温度加以控制，有的则需要将其融入到容易挥发的溶液当中。

1.5涂料

作为一种有机高分子胶体混合而成的溶液，涂胶主要应用在零部件的表面，待其成膜之后，可以防止机身出现氧化、磨损、腐蚀的问题。涂料当中含有的物质有粘结剂、溶剂还有颜料以及其他的辅助性材料。粘结剂主要用来强化膜和被涂物的牢固程度，颜料则是用来上色同时来提升膜的强度、耐磨性能还有耐腐蚀的性能。

2 非金属材料中复合材料的应用

飞机材料技术当中，非金属材料除了高分子材料之外，复合材料的应用也越加普及。复合材料，顾名思义，是由两种或者两种以上的，具有不同化学本质的材料经过人工加工重组后形成的，为多相结构[1]。按照其基体的不同可以划分为金属基复合材料，陶瓷基复合材料和高分子基复合材料，其中金属基和高分子基复合材料应用的较多，按照结构性质来分类的话，还能够分出功能复合材料和结构复合材料，在航空领域，后者应用的情况比较普遍，同时还能划分出纤维增强复合材料和顆粒增强复合材料等，纤维增强复合材料中比较常见的有碳纤维、玻璃纤维、硼纤维等，下文将对复合材料特点进行简单阐述：

第一，在航空领域当中，其应用设备和飞机本身的结构对于材料具有强度和重量上的要求，这就需要用到比强度，即强度/比重，以及比模量，即弹性模量/比重这两个比值较高的材料，复合材料中的碳纤维以及环氧树脂组合而成的材料物质，其强度要比钢高上7倍，比模量则要比钢大上3倍。

第二，复合材料具有较高的耐疲劳性能，其是从承载力比较弱的纤维初开始产生疲劳破坏，慢慢延伸到基体和纤维相互结合的层面上，但是基体和增强纤维之间的界面对裂纹扩张具有很好的阻挡作用。

第三，复合材料耐高温性能也异常突出，例如增强纤维即使处在高温的状态，也能够将其强度保持在一定的范围内，特别是其中由硼纤维或者碳纤维组成的纤维增强金属基复合材料，温度在四百摄氏度，其强度还有弹性模量与在常温条件下的比值是基本一样的。

结束语

飞机材料技术当中非金属材料虽然与金属材料应用的普及程度还存在一定的距离，但是其应用的比例也在逐渐攀升，例如复合材料风扇叶片、导管、复合材料机匣等，随着应用领域的不断延伸，也将对非金属材料的应用标准提出更高的标准，需要相关行业人员持续进行探索。

参考文献：

[1]顾轶卓，李敏，李艳霞，王绍凯，张佐光，飞行器结构用复合材料制造技术与工艺理论进展[J]航空学报，2015（08）：2773-2790.

作者简介：于跃，1987.3，男，山东临沂 职务：飞机机械加工与修理教研室， 助理讲师，硕士研究生，

赵国庆，1972.8，男， 江西宜黄人， 职务：飞机机械加工与修理教研室主任，讲师，本科。