Le blog de willy

如果在停车场发现车上门板洼陷，自然就少不了要去一趟修车厂，也就不得不付一笔额外费用。但是如果你的车门板是采 用一种叫做形状记忆合金（SMA）的材料或聚合物制成的话，可能就只需开回家，用个吹风机就能修补好——这种“智能材料”会在加热后恢复“初始记忆”的形 状，所以能实现简单的自行修补。

要使上述场景真正在现实生活中出现，可能还需十年甚至更长的时间。但是这个理念还是很棒的。智能材料和技术可能实现的性能，对于众多材料科学家和汽车工程师而言，更是个很大的动力，驱使他们不断研究以开发智能材料的多种应用方式。

比如，在未来几年内，有些车型将配置以形状记忆合金制成的空气抑制板、内饰抓扶把手等零部件。能够自我修复的外饰涂料和以弹性体制成的能遮挡风雨的零部件，将变得越来越普遍。能够自行调整的主动减振器和自紧式紧固件可以长期应用在汽车上。

智能表现

德尔福公司新业务开发技术经理Andrzej Pawlak说：“迄今为止，全世界在智能材料领域已出现10万多个专利，已记录在档的专利比过去十年多了一倍。应用在汽车传感器和能量转换执行器上的智能材料，是发展最快的领域。”

尽 管多年前汽车工程师就已明了智能材料的优势，但是它们的商业化进程还是受到阻碍而延缓了。阻碍的因素也是常常阻碍其他新技术发展的，比如：无竞 争力的成本，性能可靠性、供应短缺、对于“非本处发明产品的性能”的疑虑。不过智能材料的支持者还是认为：越来越多的智能材料，成本已开始降至量产可接受 程度。

“严格说来，智能材料和技术集成系统能够察觉并回馈不断变化的环境条件，”斯坦福咨询研究所（SRIC-BI）技术分析家 Carl Telford说：“这是一个充满可能性的领域，也是一个受到太多吹捧的领域。许多技术和材料都被称为‘智能’，但是对于纯粹主义者而言，它们还算不上 ‘智能’，只是性能表现比较‘聪明’罢了。”

Telford说：智能材料已成为一个包罗万象的词，其中许多“边缘”材料其实只在建设途径上挖掘了某些内在特征，还谈不上“智能”。比如，许多汽车制造商正在考虑应用能够直接将热能转化为电能的热电材料，以回收发动机废气中产生的热能。

“这就是真正的智能吗？”Telford认为：“其实不是。但是人们还是经常将这种应用方式归入智能材料领域。”

不 管究竟如何定义，智能材料是多种多样的。许多材料是“具有场依存性的”固体，能够经受尺寸变化（承受拉伸力），对电场或磁场做出回应。这些物质 包括压电陶瓷（比如锆钛酸铅）、塑料（比如聚偏二氟乙烯和聚酰亚胺）以及磁致伸缩材料（比如铽镝铁或Terfenol-D）。其它还有记忆金属合金、塑料 以及磁流液，磁流液的粘度提高可以回应其中的应用磁场。 </span>

<span> 由波兰James Owen设计工作室出品的米其林EAP智能轮胎， 采用电活性聚合物（EAP）制成，已应用于马自达RX-9混合动力车。</span>

<span> “汽车上还 有一些技术颇为智能，但是大家通常并不把它们视为智能材料技术，”Telford说。比如，有些共轨柴油发动机，采用配载了压电校准器的燃料喷射系统，可 以为气缸输送准确的燃料量，有助于满足排放标准。采用磁流液的主动悬架系统，比如德尔福和Lord公司共同推出的磁流变减震系统 (MagneRide)，在通用汽车公司推出的模型车以及法拉利车型上，可作为备选零部件使用。由电致变色材料制成的智能玻璃，其实并不属于严格的“智能 材料”这个定义，但是它可以广泛用于后视镜，自动调节光线变暗。

形状记忆合金在行动

Telford认为：现今的汽车工业正处于智能材料使用量不断增加的时代。他认为在不久和更远的未来，在校准、振动控制、智能夹紧、扭矩传递、触觉及转向系统领域、光热控制、自我修护涂层和零部件以及智能轮胎上大有可为。

多家汽车行业组织都在研究形状记忆合金校准器的应用，比如菲亚特技术研究中心和通用汽车公司研发中心。通用汽车公司研发中心执行总监Alan I. Taub说：“我们希望零部件都可以采用形状记忆合金移入车内。”比如：车门锁、车窗、风挡雨雪刷以及液体喷射器。

“通常我们用电机、电缆、操作杆或校准器等移动零部件，”Taub说：“现在我们更喜欢通过加热镍-钛形状记忆合金进行这一操作。记忆合金可以替代常规校准器，成本更低、重量更轻，需要的零部件及耗费的能源都更少。它还能让我们将动力设备与零部件打包配置。”

Taub 解释说：通用汽车公司以一种特殊的方式处理形状记忆合金，这样他们就能在一个较容易控制的温度下改变形状百万次。公司研发人员发现镍钛金 属可以开关散热器百叶窗，经电阻加热激活后，可以展开后空气阻流板或内饰扶手。Taub说：通用汽车公司还将引进“几种更复杂的应用方案”，有望在 2012年推出的通用车型上与大众见面。 </span>

<span> 由Francois Tournilhac和Ludwik Leibler发明的自愈式超分子橡胶材料， 撕开后再拼接就能自行修复，适用于挡风雨条和其它汽车零部件。</span>

<span> 其他专家对形状记忆 合金的量产满怀期待。福特研发和高级工程中心材料科学及纳米技术经理Matthew Zaluzec说：“镍钛形状记忆合金材料非常适合需要应用精准、可靠性极高的领域，不过量产仍需一定时间。 要是有人能让它尽快满足量产技术要求，我们一定对他脱帽致敬。目前看来这项技术不是短期就能成功应用的。”

福特调研人员一直努力 关注电活性聚合物的技术发展，这种聚合物在校准器和传感器上均有应用。从斯坦福研究院分离出来的Artificial Muscle Inc.公司，是领先的智能材料供应商，但是福特对它们短期内投入实际量产的可能性仍有疑虑。“Artificial Muscle的代表曾来过我们的实验室，展示了开发的技术。它们当然很吸引人，但是我们还不知道它们的实际应用情况如何。” </span>

<span> 通用汽车公司推出的散热器护栅，应用了镍钛形状记忆合金丝。</span>

<span> 可能性

本 田（美国）研发中心总工程师Lara Minor认为：智能校准材料在汽车上还有一个很重要的可能性应用，就是可调安全带。与本田基金一起，俄亥俄州立大学机械工程师Marcelo Dapino正在进行此项用途研发，对施加在安全带上的加载力和加载率监控，为实现最优抑制效率，自动调整D环摩擦和皮带张力。Dapino说：滑动带的 纵向摩擦将由压电驱动超声波振动控制，改变速度，实现较好的安全性能，降低重量，使设计更简化、更灵活。

斯坦福咨询研究所的Telford预测：在未来二十年，“我们应该能够见证形状记忆材料在智能架构上的技术突破，还有智能塑料和聚合光纤材料制成的零部件。”

目前，针对新架构的开发已经启动。早在2007年，蒂森克虏伯就与SMA零部件公司在转向柱上开始合作，致力于设计一款撞击时能够立即改变形状的转向柱，以提高乘客安全保护。

最 近，这两家公司在由磁滞伸缩材料制成、能感受到直升机旋翼组装的振动并对其进行控制的压电式设备上取得了一些技术进展。这些技术可以应用在道路 车辆上的主动型减震器或自动疲劳磨损监视器上。加州大学欧文分校工程师Lizhi Sun负责本田汽车的技术支持，他希望能够开发出磁激活阻尼器，未来有一天它或许能够应用到减震器、轴衬和发动机架上。

其高效磁滞胶质阻尼器以Terfenol-D、二氧化硅、氯硅烷为基础，它们分散在纳米铁颗粒制成的悬架上。当这些颗粒暴露在磁场上就会形成磁场线，可抵御滞流的影响。

与 形状记忆合金同期开发的智能坚固件，现大多用于电子应用领域，也能用于汽车上。弗吉尼亚理工大学工程师Daniel J. Inman解释说：其中可自行加热的螺栓，配备了“加热便还原（heat-to-recover）” 形状记忆合金制成的垫片，能够快速拆卸，重新安装。多年来，Inman及其同事一直致力于自紧固螺栓系统。在这个系统内有“一个微缩芯片”监视螺栓张力， 如果感觉到螺栓松动，就会电阻加热激活形状记忆合金垫片，将螺栓紧起。

扭力传递是未来使用智能材料的又一大领域，比如洛德公司推出的机 械传动离合器，可替代标准从动盘系统，它应用了磁流变（MR）流体技术，可提供更大抗磨性能和长期可靠性。还有一种产品是冷却风扇离合器。尽管有些工程师 还在考虑是否在汽车传动系统上进行类似项目，绝大多数的专家还是一致认为：这些系统的实际普及起来还有待长足发展。

Telford认为： 或许有一天，智能材料还能应用在转向器和触觉系统上。洛德公司与瑞典船艇制造商沃尔沃遍达（Volvo Penta）公司一起，为自动、线控转向舵机系统开发触觉回馈技术，力求降低转向力。“它提供转向力反馈，”如果这些设备应用成功，“我们就有机会将这种 技术应用在汽车转向系统上。”

工业观察家们期望广大汽车工程师能够尽可能多地选择智能材料，应用在新车设计上，以提高效能、降低成本、增加实用性。毕竟，在今天这个崇尚“聪明”的时代，选择“聪明”材料的工程师才够聪明。 </span>

引用出處：

 http://www.newmaker.com/art_38615.html

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弊社の製品の供給調達機能は：

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BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт  www.tool-tool.com  для получения большей информации.

BW is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web  www.tool-tool.com  for more info.

近年来，汽车轻量化技术已经被广大汽车企业所高度认同和重视，骨干汽车企业都在加大投入，在确保和提升车辆安全性的基础上不断提高产品的轻量化技术水平，汽车轻量化技术创新战略联盟各项工作也取得了较好的进展，已经被国家科技部列为首批试点联盟之一。

由于纤维强化树脂的强度比高强度钢还高，而密度仅为1.5g/cm3~2.0 g/cm3，比铝合金还要低。利用纤维强化树脂制造压气机叶轮，可达到减轻涡轮增压器质量的目的。

1 碳纤维强化树脂PKU的特性

新 开发的聚合物材料是以聚醚酮系树脂PKU为基础的30%质量的碳纤维增强复合材料， 用于制造压气机叶轮，以代替以往使用的铝合金材料。表中所列为两者特性的比较。碳纤维强化树脂PKU具有良好的耐蠕变性、耐腐蚀性、耐磨损性和热伸缩性小 （-65℃~105℃之间无伸缩）等特点。与其它碳纤维复合材料相比，PKU/CF30的玻璃转移温度较高（比聚醚酮系树脂约高30℃），适合于压气机叶 轮的使用环境。

特性参数 纤维强化树脂PKU/CF30 铝合金，相当于JIS ACA4D

密度g/cm3 1.38 2.7

抗拉强度MPa 290 320

延伸率 1.6 3.8

杨氏模量GPa 25.3  72.5

107疲劳强度（MPa）   常温100℃ 155140 —123

1000h蠕变破坏强度（MPa） 150℃ 127 132

2 碳纤维强化树脂的定向控制技术

为 了提高树脂制叶轮的耐久性和可靠性，增加最大应力发生部位的强度和使用寿命，控制复杂形状碳纤维的方向性非常重要。通过三维有限元法对压气机叶 轮的离心应力进行分析，结果表明，最大应力发生在轴孔部位。因此，如图1所示那样，在射出成形金属模的下型设置深度为L的可调整材料积存坑（余料坑），使 碳纤维的方向最佳化。图2所示为从树脂制叶轮上切取试样进行蠕变试验的寿命的比较。试样是从图2所示的部位，从垂直于轴的方向切取的。由图可知，采用材料 积存坑的试样可大幅度提高碳纤维强化树脂的蠕变寿命。 </span>

<span> 图1 射出成形金属模的结构</span>

<span> 图2 蠕变寿命的比较结果</span>

<span>3 树脂制压气机叶轮的应用效果

通过涡轮增压器加速性能试验，表明压气机叶轮材料用碳纤维强化树脂代替铝合金后，可使旋转体的惯性降低27%，从踏下加速踏板起到设定增压压力的时间缩短8%~9%，明显改善了涡轮增压器的加速响应性。

在涡轮增压器上应用纤维强化树脂代替耐热合金和铝合金，可达到轻量化的目的。今后，随着材料的结合技术和零件设计技术等相关技术的发展，轻量化材料在汽车上将得到广泛应用。(end) </span>

引用出處：

 http://www.newmaker.com/art_39214.html

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先进复合材料具有比强度和比模量高、耐疲劳、各向异性和可设计性、材料与结构的一次成型等性能，自上世纪60年代问世以来，很快获得广泛应用，成为 航空航天4大材料之一。随着其材料性能和制造技术的不断改进，复合材料未来在战斗机、大型军用运输机、无人机等平台上必将占有重要地位。

为 满足新一代战斗机对高机动性、超音速巡航及隐身的要求，进入90年代后，西方的战斗机无一例外地大量采用复合材料结构，用量一般都在25％以上，有的甚 至达到35％，结构减重效率达30％。应用部位几乎遍布飞机的机体，包括垂直尾翼、水平尾翼、机身蒙皮以及机翼的壁板和蒙皮等。 无人战斗机是未来航空武器的一个重点发展方向。为满足采购政策、隐身性能、机动性、生存力对材料的特殊需求，为尽可能地降低结构重量、提高燃油装载量，无 人战斗机结构的一个显著特点就是大量应用复合材料。以波音公司的X-45A 为例，除机身的龙骨、梁和隔框采用铝合金外，其余的机体结构都是由复合材料制成。诺斯罗普•格鲁门公司的X-47A的机体除一些接头采用铝合金外，整个机 体几乎全部采用了复合材料。

航空工业中制备复合材料制件的主要要求为：可支付得起；高度自动化；好的质量控制；降低模具成本及缩短生产 周期。为了达到这些要求，航空工业正着眼于：编 织技术；先进的铺带技术；非热压罐技术；注射工艺；先进的固化工艺；全质量概念及热塑性工艺。本文主要针对其预形件制造技术及零件成形技术进行讨论。

预成形体及蜂窝夹芯结构制造及应用技术

目前复合材料预成形体的制造技术主要有以下几种：

（1） 缝合技术。

缝合织物增强复合材料是采用高性能纤维和工业用缝合机将多层二维纤维织物缝合在一起，经复合固化而成的纺织复合材料。它通过引用贯穿厚度方向的纤维来提高抗分层能力，增强层间强度、模量、抗剪切能力、抗冲击能力、抗疲劳能力等力学性能，从而满足结构件的性能需求。

到 目前为止，大部分的缝合复合材料结构的开发项目都是以美国的NASA为主进行的。其中最著名的是利用缝合技术制造的复合材料机翼，其中采用了波音公司开 发的28m长的缝合机制造飞机机翼蒙皮复合材料预成形体。该缝合机能够缝合超过25mm厚的碳纤维层，缝合速度达3000针/分。除了缝合蒙皮预成形体 外，还可缝合加强筋。缝合完成后采用RFI 技术进行加热和加压。这样生产出的结构件相对于同样的铝合金零件重量减少25%，成本降低20%。

在 欧洲，EADS公司也开发了该技术，利用该技术首先制造的零件是A380后机身压力隔框，该材料为干态碳纤维预成形体，比粘性的预浸料较易处 理。每片复合材料使用自动缝合机连接在一起，可靠性和可重复性好。采用的缝合机是几种长度的碳纤维织物并排铺放在长和宽都为8m 的台面上。缝合头由一个金属横梁带着前后移动，曲形针缝合材料的速度达到每分钟100针。工程师使用一种特殊的曲形针能够实现单边缝合，因而可以连接任何 长度的材料。连接后的后压力隔框板成为一块“毯子”。接着，“毯子”放在一个模具上被卷起来再铺开，看起来像一个倒扣的大碗，为了获得必要的强度，6块这 样的“毯子”按不同方向交替铺叠。预成形体的叠层板缝合在一起，然后将纤维板和树脂一起放在热压罐里在真空状态下加热加压熔化，最后固化。由于整个过程自 动化程度较高，因此成本低且可靠。

缝合复合材料具有良好的层间性能、成本低、效率高，且可设计。缝合还可代替复合材料传统的机械连接方 法，从而提高整体性能。因此有望用于大型整体复杂结构 件制造，特别是可用于大型军用运输机的机体结构，减轻重量和降低成本。该技术的关键技术包括：专用设备的研制以及缝合工艺。

（2） 穿刺。

穿 刺是复合材料结构三维加强的一种简单方法，在几方面优于缝合技术。但是它不能用于制造预成形体。在这个工艺中利用薄的削棒以正确的角度在固化前或固化时 插入二维的碳纤维环氧复合材料层板中，从而获得三维增强复合材料结构。Z向削棒可以是金属材料（一般是钛合金），也可采用非金属材料（一般采用碳纤维环氧 复合材料）。复合材料的削棒直径一般是0.25mm和0.5mm。将削棒插入的方式有两种，一是采用真空袋热压的方法，二是采用超声技术。真空袋热压法更 适合于相对大或无障碍部位进行Z向结构加强，而超声法则对难到达部位或局部需要Z向加强的结构部位更为有效。另外，超声法还可利用金属削棒插入已固化的复 合材料中实现分层复合材料的修理。

穿刺技术与缝合技术的出现和应用极大改进了复合材料的断裂韧性，意味着复合材料能够承受更高冲击强度 和剥离应力。事实上，Z向增强技术已用于 GE90发动机风扇叶片，对强度要求的部位进行加强。在飞机上，该技术用于泡沫夹芯蒙皮结构，是传统上采用的铝蜂窝结构的挤压强度的3倍。该技术比缝合技 术更具发展潜力，主要是因为其节省了高成本的缝合机，尺寸不受限制，特别是能够进行局部结构的加强，因此是未来飞机机体应用的关键技术。

（3） 三维机织。

该 工艺目前已经广泛用于复合材料工业，主要用于生产单层、宽幅织物，作为复合材料的增强体。三维异型整体机织技术是国外上世纪80年代发展起来的高新纺织 技术，它创造了一类新的复合材料结构形式。采用三维异型整体机织技术制造的复合材料制件具有整体性和力学的合理性两大特点，是一种高级纺织复合材料。三维 异型整体机织技术的突出特点是纺织异型整体织物，如T形、U形、工形、十字形等型材和圆管等，灵活的机织工艺还可以创造出许多新的复杂形状织物。

目 前主要开展纤维束排列布局的设计、编制工艺过程的动态模拟，实现三维异型整体机织的自动化、提高三维机织复合材料的质量和生产率、加速三维异型整体机织 复合材料的发展和推广应用。国外还利用三维机织技术在飞机和发动机的其它结构上进行了验证，如飞机的T型框、带加强筋的壁板、发动机安装架等，最先进的是 在Scramjet发动机原型机上应用了三维机织蜂窝夹芯复合材料燃烧室，材料为陶瓷基复合材料，其采用三维机织的最大益处是形成整体燃烧室结构，解决了 由一般制造方法带来的连接和泄漏问题。

（4） 编织。

编织是一种基本的纺织工艺，能够使两条以上纱线在斜向或纵向互相交 织形成整体结构的预成形体。这种工艺通常能够制造出复杂形状的预成形体，但其尺寸受设备 和纱线尺寸的限制。在航空工业，目前该技术主要集中在编织的设备、生产和几何分析上，最终的目的是实现完全自动化生产，并将设备和工艺与CAD/CAM进 行集成。该工艺技术一般分为两类，一类的二维编织工艺，另一类是三维编织工艺。

传统的二维编织工艺能用于制造复杂的管状、凹陷或平面零 件的预成形体，它与其它纺织技术相比成本相对较低。它的研究主要集中在研发自动化编织机来减少生产 成本和扩大应用范围。它的关键技术包括质量控制、纤维方向和分布、芯轴设计等。它在航空工业的应用包括制造飞机进气道和机身J 型隔框。该技术通常与RTM和RFI技术结合使用，另外也可以与挤压成形和模压成形联合使用。其应用水平在洛克希德•马丁公司生产F-35战斗机进气道制 造中最能体现其先进性，加强筋与进气道壳体是整体结构，减少了95% 的紧固件，提高了气动性能和信号特征，并简化了装配工艺。为了克服二维编织厚度方面强度低的问题，开发了三维编织技术，为制造无余量预成形体提供了可能。 但是该技术同样受到设备尺寸限制。

目前，一般的编织设备只能生产小于100mm截面的预成形体，而飞机零件的大型化则需要大尺寸且昂贵 的编织机。该技术虽然从60年代就已发展起 来，经历了四步编织、二步编织到多层互锁编织技术。随着三维编织机的发展，其在飞机制造的未来仍具有很大应用潜力。三维编织的C、J、T板材和I型梁、连 杆、机体大梁、F型机身隔框、机身筒形件等都已得到验证。

（5） 针织。

针织用于复合材料的增强结构始于上世纪90年 代。由于它的方向强度、冲击抗力较机织复合材料好，且针织物的线圈结构有很大的可伸长性，易于制造非承力的复 杂形状构件。目前国外已生产了先进的工业针织机，能够快速生产复杂的近无余量结构，而且材料浪费少。用这种方法制造的预成形体可以加入定向纤维有选择地用 于某些部位增强结构的机械性能。另外，这种线圈的针织结构在受到外力时很容易变形，因此适于在复合材料上成形孔，比钻孔具有很大优势。但是它较低的机械性 能也影响了它的广泛应用。

（6） 经编。

针织在航空航天工业的应用很有潜力。而采用经向针织技术，并与纤维铺放概念相 结合，制造的多轴多层经向针织织物一般称为经编织物。这种材料由于不弯曲，因 此纤维能以最佳形式排列。经编技术可以获得厚的多层织物且按照期望确定纤维方向，由于不需要铺放更多的层数，极大提高经济效益。国外目前已经能够在市场上 获得各种宽幅的玻璃和碳纤维经编织物。这种预成形体有两个优点：一是与其他纺织复合材料预成形体相比成本低；二是它有潜力超过传统的二维预浸带层压板，因 为它的纤维是直的，能够在厚度方向增强从而提高材料的层间性能。但是目前限制其应用的主要原因是原材料成本高以及市场化程度不够。国外航空航天工业部门正 在研究将这种技术用于次承力和主承力构件，已经在飞机机翼桁条和机翼壁板上进行了验证，预计未来将在飞机制造中广泛应用。

针对以上预成形体制造技术，国外近年还开展了多种研究，如美空军实施复合材料结构斜织预成形体开发计划，取消铺层工序，以降低加工整体复合材料结构的复杂程度及成本。

（7） 层板及蜂窝结构制造技术。

纤 维增强金属层板（FRML）是由金属薄板和纤维树脂预浸料交替铺放胶合而成的混杂复合材料。改变金属类型和厚度、纤维树脂预浸料系统、铺贴顺 序、纤维方向、金属表面处理和后拉伸度等可改变FRML的性能，以用于不同地方。现在的FRML主要使用铝合金薄板。由于使用铝锂合金可提高FRML的比 刚度，使用钛合金可大大可提高FRML的耐温性，所以以铝锂合金或钛合金为基的FRML也在考虑和研究中。FRML中的纤维可以是玻璃纤维、芳纶纤维和碳 纤维，它们各自与铝合金板组合后可构成三种性能不同的FRML，分别称为GLARE、ARALL和CARE。如今，FRML多指这三种材料。纤维预浸料用 的胶主要是热固性的环氧树脂胶，也可使用热塑性塑料如PEEK、聚苯硫醚和聚酰胺等取代热固性树脂胶。胶接蜂窝夹层结构也是一种特殊的结构用复合材料，它 把蜂窝开关的夹芯材料夹在两块面板之间并用胶粘剂粘接。因为具有良好的比强度和比刚度，因此在未来的大型军用运输机及无人机等机体具有相当广泛的应用前 景。

这些技术虽然民用更为广泛，但在军用飞机上的应用潜力也很大。如A380在复合材料成熟技术支撑下，除碳纤维复合材料之外，空客还选 定玻璃纤维增 强的铝合金层板Glare来制造27块机身壁板。这一技术是A380 大型运输机将大范围地采用创新材料的一个关键里程碑，StorkFokker公司的工厂已开始使用新型加工工艺大批量地生产该机机身壁板。被称为 Glare 的材料，是一种短玻璃纤维增强铝合金，这种材料是由铝合金薄板与环氧树脂玻璃纤维夹芯粘接在一起形成的金属和复合材料交叠结构。Glare大约比铝合金轻 25%，有更好的抗疲劳强度和抗冲击性。Glare 材料的一个优点是成形零件可以像铝合金构件一样铆接到飞机上。事实上，Glare材料可以如同整体铝合金件一样钻孔和切削，因此可以使用同样的工具进行修 理。Glare材料的使用将使A380飞机减重近1t（800kg），上机身壁板使用面积达470m2，共使用27块Glare壁板，最长的达11m。生 产厂扩建了12000m2以适应这种材料的制造，目前已经制造了机身壁板。但是Glare板比铝合金昂贵，但如果成形为零件，如双曲度壁板，则最终成本与 拉伸铝合金壁板几乎一样。这一技术在大型军用运输机上具有广泛的应用前景。

复合材料零件成形及制造技术

目前在飞机机体上采用的复合材料零件成形技术主要包括：

（1） 树脂转移模塑成形技术。

RTM 工艺的主要原理是在模腔中铺放按性能和结构要求设计的增强材料预成形体，采用注射设备将专用树脂体系注入闭合模腔，模具具有周边密封和紧固以及注射 及排气系统，以保证树脂流动流畅并排出模腔中的全部气体和彻底浸润纤维，还具有加热系统，可加热固化成形复合材料构件。它是一种不采用预浸料，也不采用热 压罐的成形方法。因此，具有效率高、投资、绿色等优点，是未来新一代飞机机体有发展潜力的制造技术。

树脂转移模塑成形技术是一种低成本 复合材料制造方法，最初主要用于飞机次承力结构件，如舱门和检查口盖。1996年美国防务预研局开展了高强度主承力构件 的低成本RTM 制造技术研究。目前中小型复合材料RTM零件的制造已经获得了较广泛的应用，而大型RTM件也在JSF的垂尾上应用成功。该方法的优点是环保、形成的层合 板性能好且双面质量好，在航空中应用不仅能够减少本身劳动量，而且由于能够成形大型整体件，使装配工作量减少。但是树脂通过压力注射进入模腔形成的零件存 在着孔隙含量较大、纤维含量较低、树脂在纤维中分布不匀、树脂对纤维浸渍不充分等缺陷，因此该技术还有改进潜力。

由于该技术还存在以上 缺点，因此未来发展是降低工装成本、提高结构件性能、减少废品率。因此，在该技术基础上又开发了真空辅助树脂注塑成形（VARI）技 术，辅助树脂被织物吸收，不仅可降低孔隙率，预成形纤维更紧密，真空形成的负压，树脂就顺真空通路沿预成形体各层面流动，从而充分浸渍纤维，并使纤维/树 脂分布均匀。其中提高性能，主要是为了采用RTM制造高强度主要结构件，为此，美国国防预研局开发了Z向纤维增强RTM技术，该技术可在织物横向或增强蒙 皮界面处采用不连续纤维增强。这种新型制造理论可不通过编织或缝合实现三维结构。该技术在应用过程中有几项关键技术要解决：充填过程模拟技术、热传递和固 化反应研究、注射方法研究、RTM 设备研究。

（2） 树脂浸渍技术。

RFI工艺是一种树脂膜熔渗和纤维预制体相结合 的一种树脂浸渍技术。其成形过程是将树脂制备成树脂膜或稠状树脂块，安放于模具的底部，其上层覆以缝合或三 维编织等方法制成的纤维预制体。然后依据真空成形工艺的要点将模腔封装，于热环境下采用真空技术将树脂由下向上抽吸。树脂膜受热后黏度降低，沿着预制体由 下向上爬升，从而填满整个预制体空间，随即依照固化工艺，制成复合材料制件。该技术由于只采用传统的真空袋压成形方法，免去了RTM工艺所需的树脂计量注 射设备及双面模具的加工，在制造出优异的制品的同时大大降低了制品的成本。目前在航空领域主要应用于飞机雷达天线罩。但是该工艺虽然不采用热压罐固化零 件，但还需要真空袋系统进行固化，而且工艺温度要求高，所以要求核心材料和工装能够承受高温。该技术包括的关键工艺技术包括：预形件成形（三维编织及缝合 等技术）、树脂流动模拟及控制、编织及缝合设备研究。

（3） 纤维缠绕。

该工艺主要用于空心、圆形及椭圆零件，如管路 及油箱。纤维束通过一个树脂池后以各种方向和速度缠绕到芯轴上，方向和速度由纤维进给机控制。这是一项已经发 展较为成熟的技术，无论是在自动化、速度、变厚度、质量和纤维方向上都得到了巨大改进。它是筒形件的低成本快速制造方法。目前三维编织主要是成本高、自动 化程度低；未来可能用于昂贵的钛合金接头和发动机叶片等，而且在成本上有所减少。

（4） 拉挤。

拉挤成型工艺是将浸渍 树脂胶液的连续玻璃纤维束、带或布等，在牵引力的作用下，通过挤压模具成型、固化，连续不断地生产长度不限的玻璃钢型材。这种工艺最 适于生产各种断面形状的玻璃钢型材，如棒、管、实体型材（工字形、槽形、方形型材）等。拉挤成型是复合材料成型工艺中的一种特殊工艺，其优点是：

· 生产过程完全实现自动化控制，生产效率高； · 拉挤成型制品中纤维含量可高达80%，浸胶在张力下进行，能充分发挥增强材料的作用，产品强度高； · 制品纵、横向强度可任意调整，可以满足不同力学性能制品的使用要求； · 生产过程中无边角废料，产品不需后加工，故较其它工艺省工，省原料，省能耗； · 制品质量稳定，重复性好，长度可任意切断。拉挤成型工艺的缺点是产品形状单调，只能生产线形型材，而且横向强度不高。

挤成型工艺过程是由 送纱、浸胶、预成型、固化定型、牵引、切断等工序组成。无捻粗纱从纱架引出后，经过排纱器进入浸胶槽浸透树脂胶液，然后进入预 成型模，将多余树脂和气泡排出，再进入成型模凝胶、固化。固化后的制品由牵引机连续不断地从模具拔出，最后由切断机定长切断。在成型过程中，每道工序都可 以有不同方法：如送纱工序，可以增加连续纤维毡，环向缠绕纱或用三向织物以提高制品横向强度；牵引工序可以是履带式牵引机，也可以用机械手；固化方式可以 是模内固化，也可以用加热炉固化；加热方式可以是高频电加热，也可以用熔融金属（低熔点金属）等。

拉挤成型工艺除立式和卧式机组外，尚 有弯曲形制品拉挤成型工艺，反应注射拉挤工艺和含填料的拉挤工艺等。目前该技术在航空领域应用并不广泛，一是由于模压 技术水平难于达到其它金属模压质量要求，二是相对其它金属型材成本高。此外，该技术的未来发展必须能够制造多种截面材料，如变截面形状和曲面型拉挤工艺。

（5） 自动铺放技术。

该 技术虽然在现代飞机上已经获得广泛应用，并取得了巨大进展。但飞机复合材料零件的生产由于规模有限，因此全自动化可能并不是最经济的手段，但半 自动化生产则是较可行的制造方法。现有的自动铺叠技术已经在速度和准确度上有很大增长，而且计算机技术对它产生了很大影响，铺叠面积也有所增长。虽然目前 还没有一定突破，但是技术改进将是连续不断进行的。在切割技术方面近年有了很大进展。目前有三种方法：机械、激光和水切割机，每种有其优缺点。但目前还未 看到有新的突破。

（6） 丝束铺放技术。

丝束铺放(Tow Placement)相对较新并在近年格外受到关注。它兼顾了自动铺叠与纤维缠绕的优点。能够制造复杂形状结构件，对纤维角度不限制。而且有极大减少生产 成本的潜力。在空军的MANTECH和NASA的ACT项目中，该技术的价值已得到证实。未来的开发包括最佳化控制系统、铺放头位置反馈、在线快速检测、 准确和高质量产品。

（7）其他。

在以上技术基础上，国外还开展了复合材料快步成形法（采用快步成形法将取消热压罐，代 之以浮动模和流动振动的流体进行固化。从而将固化时间从 24h降至1h。所需压力从传统热压罐法的60～ 200psi降至1～4psi1MPa=145psi）。）、流动成形法（是用热塑性复合材料来制造大型零件的一个突破，是一种低成本生产技术，可制出高 比强度的复合材料。）、新注塑成形法等技术。隔膜成形原是一种为热塑性复合材料开发的成形工艺，后发现用于热固性复合材料具有很广泛的用途。它具有成形过 程中纤维不易滑动、从而不易产生皱折的特殊功效，非常适用于加工大型飞机机翼前梁的C型截面。在近年推出的A400M等大型飞机前梁C 型截面中，已广泛采用了这种工艺方法。

另外还开发了复合材料连接件、低成本工装、用磨擦发光材料检测复合材料结构损伤、应用高温传感器检 测碳-碳复合材料的结构完整性以及层合复合材料断裂及失效的预测技术等。随着纳米技 术的发展，在美国国防预先研究局的资助下，得克萨斯大学和都柏林的Trinity学院的研究人员，已成功制备出连续碳纳米管复合材料纤维，该种纤维可吸收 的能量是目前用于制作防弹背心的Kevlar纤维的17倍。其他潜在的军事用途还包括储能“电子纺织品”，人工肌肉以及能制造微型飞行器的多功能纤维。此 外，美国LVH涂层公司应用纳米复合材料技术来实现航空航天工业用的透明电沉积层，其耐磨性据称是传统有机涂层的10倍以上。它是在电脉涂层工艺中加入陶 瓷基纳米复合材料来实现的，具有抗金属划伤及磨损能力。纳米复合材料技术应用了陶瓷球、晶体、非晶体物质、管子或其它小于100纳米的形体与有机树脂组合 而成。这种纳米复合材料涂层虽是传统工艺，但采用电泳进行沉积对LVH公司带来许多难点。这种技术在保留涂层透明性等装饰性能的同时，使涂层耐划伤及耐磨 损。

工艺技术存在的问题

困扰着复合材料大量应用的另一瓶颈技术是其工艺技术中尚存在许多有待解决的问题。为降低复合材 料成本，近年来开发了多种低成本工艺技术，包括自动铺带、自 动铺丝、液态成形、非热压罐固化等。其中自动铺带和自动铺丝技术发展比较平稳，而液态成形、非热压罐固化以及模具、连接等配套技术在发展中却面临着大量棘 手问题。

（1）纺织预成形体+ 液态成形技术问题。

VARTM技术尽管很有发展前途，但其重复性受到限制，主要原因是：

·原材料的可变性。包括增强体和树脂系统。 ·各步工艺过程的自动化。特别是预成形体的铺层以及熔渗过程的自动化。 ·虚拟设计工具，主要包括树脂流动预测软件、综合化的复合材料有限元软件包。

干 的增强体通常以各种成卷的织物形式供应。机织产品由于在织物中会产生皱褶，因此强度会有所降低。而经编织物由于其渗透性明显低于机织物，因而通 常又不易进行浸渗。与传统预浸料相比，干的增强体使得独立的丝束/纤维在切割及装卸过程中非常易于移动，因此有可能造成纤维取向的歪斜或导致针孔，从而在 生产中造成局部缺陷。目前，织物的铺叠未实现自动化，因此，操作者的操作精确程度将显著影响最终预成形体的精度。在预成形体的生产过程中将耗费大量的劳动 力，因而会增加制造成本。解决的方法是研究自动铺放机。

普通的RTM件由于模具复杂、模具变形大、缺少低黏度树脂，目前仅用于加工一些 梁、肋、框等小型构件。事实上，目前RTM树脂所具备的韧性仅达到第一代环 氧的水平。在F-22制造过程中，由于构件偏大，控制模具的变形非常困难。为改进RTM件韧性偏低的问题，由Cytec开发了Priform技术。最近该 公司展出了用新型式的Priform技术制造的后压力隔框。标准的Priform用热塑性增韧剂纺成纤维并与碳纤维编织在一起，新型式的Priform的 增韧剂用的则是热吹的可溶膜，该膜插入碳纤维带之间，形成一种非编织的织物，薄膜溶解并与环氧基体交混在一起形成增韧构件。

在RTM的 各种派生技术中，在VARTM的各种派生工艺中，可控气氛压力树脂熔渗（CAPRI）和真空辅助成形（VAP）是两种比较有特点的方法。其中 CAPRI法的优点是可使纤维体积含量提高5%～10%。VAP 采用在真空袋下放置带有微孔的掩膜，在熔渗过程中可实现排气，从而减少气孔的产生。

（2）非热压罐固化技术问题。

非 热压罐固化在过去一直颇受争议。如在787 生产过程中，非美国承包商原提议RFI件采用非热压罐固化，但波音公司经过验证，认为韧性不满足规范要求，因此还需热压罐固化。其中关键的问题是如何界定 “热压罐质量”。目前，越来越多的制造商对于原有的假定产生质疑。他们认为，非热压罐固化确实会使纤维体积含量减少，但其影响甚小，如在VARTM技术 中，单向带及织物的纤维体积含量已分别达到60% 和56%，而热压罐固化所能达到的相应值也仅为62%和58%。因此，相对于热压罐法而论，韧性的降低大约处于3%～4%之间。而判定一种产品的可接受 性，仅评价性能未免偏激，减重、零件数、可制造性、加工时间、表面质量以及成本因素也应综合考虑，因而，非热压罐固化还是前景看好。

较之 VARTM和RTM更接近传统方法的是采用为非热压罐固化开发的专用预浸料，然后在固化炉中固化。目前，先进复合材料公司的首个热压罐外固化复合材料 MTM44-1已取得空客认可用做结构件。MTM44-1是一种两步固化（130℃～180℃）高性能韧化环氧基预浸带，经低压真空袋处理后，具有低孔隙 率。可制造大型整体结构。MTM44-1有两种预浸带形式（带及织物）。目前正在应用并进行合格认证的其他三种预浸带有MTM45-1、MTM46 以及MVR444。

（3）模具问题。

先进复合材料成形用的模具制造是一种精密的技术，必须尺寸精确、表面光洁度好，能经受多循环的固化。因此，起制造成本高昂，特别是殷伐钢模具的制造成本有时占结构件制造成本的75%。为此，模具的制造需要不断创新，主要表现在：

· 镍合金薄壳模具； · 采用低压RTM； · 在复合材料模具上采用金属涂层； · 碳/ 双马材料制的模具； · 烘箱中固化用的模具； · 形状记忆聚合物模具； · 碳泡沫材料制模具； · 纳米技术对模具的改性； · 采用石墨/ 环氧复合材料模具。(end) </span>

引用出處：

 http://www.newmaker.com/art_33754.html

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A380飛機的大部件結構零件采用了新一代CFRP復合材料和先進的金屬材料，除了減重效果外，還能提供更具優勢的使用可靠性，且維護和維修更簡便。主要創新包括：

　　?上機翼蒙皮采用了GLARE材料;

　　?在下機身蒙皮應用了6000系列鋁合金和激光焊接技術;

　　?中央翼盒為碳纖維增強塑料;

　　?開發了一種先進的鋁合金用于翼盒;

　　?采用了鋁鋰合金;

　　?采用了一種新型鈦合金并且提高了鈦相當于鋼的比例。

A380的壽命要達到40-50年，因此必須選用先進且新型材料和工藝技術，為未來飛機搭建技術平臺。這些技術不僅經過了大量全尺寸試驗驗證而且經過了航空公司維修專家的評審(符合檢查和維修標準)。

A380結構設計準則。重復的拉伸載荷加上載荷的變化將會在金屬結構內產生微小的疲勞裂紋。裂紋增長速度以及殘余強度(當裂紋產生時)將指導選擇何種材料。為了防止結構由外物損傷，需要考慮材料的損傷容限性能。　　

　  壓 力載荷需要考慮采用屈服強度和剛度好的材料，以增加穩定性。抗腐蝕能力是選擇材料和工藝的另一個重要準則，尤其是在機身下部。選擇材料和工藝目標的一部分 是使結構輕量化。因此，復合材料是很好的選擇，但必須了解設計準則和維修需要。材料的選擇不僅僅是考慮設計準則，同時還要考慮生產成本和采購問題。

1. 新型且先進的金屬材料

　　從A380選材的分布來看，鋁合金占的比重最大，達機體結構重量的61%，因此要實現性能改進，必須開發創新的鋁合金材料和工藝技術，具體是提高強度和損傷容限，加強穩定性并提高抗腐蝕能力。尤其是在A380機翼部位(機翼的80%以上是鋁合金材料)要提高性能。　　

A380-800飛機在鋁合金結構上取得的主要成就包括：

　　·在機身壁板上引用了很寬的鈑金材料，減少了連接件從而減輕了重量;

　　·在主地板橫梁上采用了先進的鋁鋰合金擠壓件，在這一部位的應用可與碳纖維增強塑料相媲美;

　　·在機翼大梁和翼肋上選擇了新型7085合金，這種合金在很薄的板材和很大鍛件上性能優于通常的高強度合金;鈦合金由于具有高強度、低密度，高損傷容限和抗腐蝕能力使其代替鋼而廣泛應用，但是它的高價格使其應用受到限制。在A380的結構中，鈦合金用量較空中客車其它機型有所增加，達到10%。僅僅掛架和起落架的鈦合金用量就增加了2%。

　　·A380掛架的主要結構是空中客車公司第一次采用全鈦設計。在A380飛機上采用最廣泛的鈦合金是Ti-6Al-4V，在B退火狀態下最大的斷裂韌性和最小的裂紋增長速度。

　　·在A380上第一次采用了新型鈦合金VST55531，這種新的鈦合金是空中客車公司與俄羅斯制造商共同開發的，能夠為設計者提供良好的斷裂韌性和高強度綜合性能。這種合金目前用于A380飛機的機翼和掛架之間的連接件，進一步的應用還在研究當中。

2. A380復合材料的應用

A380是空中客車第一次大范圍在大型民用運輸機上應用復合材料的飛機。在空中客車公司，A310是第一次在襟翼盒上應用復合材料的飛機;A320是投產的第一架全復合材料尾翼飛機;A340飛機的機翼的13%重量是復合材料;而A340/500-600則采用了碳纖維增強塑料龍骨梁。而A380飛機是空中客車第一次將碳纖維增強塑料(CFRP)應用于中央翼盒的飛機，這種結構與鋁合金相比減重1.5噸。A380上的中央翼盒重8.8噸，其中5.3噸是復合材料。面臨的主要問題是翼根的連接和零件的厚度，復合材料零件的厚度能夠達到45mm。但是有生產A340/500-600則采用了碳纖維增強塑料龍骨梁(16m長，23mm厚，每根梁承載450噸)的經驗。另外在A340-600飛機上還有襟翼翼盒、方向舵以及水平安定面和升降舵的整體復合材料設計經驗。

　　A380飛機的CFRP水平尾翼與A310飛機的懸壁式機翼相近，而在中央翼盒上采用了合理的自動鋪帶技術。此外，上地板梁和后壓力隔框也采用了CFRP材 料。這些零件的第一個采用了擠壓成形工藝，第二個試用了樹脂模浸漬工藝和自動纖維鋪放技術，最后由于形狀的原因，最后選擇了樹脂模浸漬工藝。在后機身非承 壓部位由于是雙曲度壁板，所以采用了自動化纖維鋪放技術生產蒙皮壁板，高載荷承力框則采用高強鋁合金加工，而承載較小的框則采用RTM制造工藝。A380機翼固定前緣為熱塑性復合材料，能夠減重并節約成本。這項技術已經在A340-600飛機上驗證，改善了損傷容限和可檢測性，進一步的應用還在研究中，例如應用于機身的次承力支架系統。

　　機翼后緣移動面采用了CFRP，并在難以用一般技術獲得的成形零件上采用了RTM技術，如移動面的鉸鏈和翼肋零件。內側襟翼與增升裝置容易受到外來物的損傷，但考慮到減重問題，金屬結構設計在這方面并不優于復合材料設計。因此，在A380飛機的襟翼跟蹤梁的設計中采用了金屬與復合材料的混合結構，在橫向壁板和次承力翼肋處用CFRP代替了鋁合金。另外，空中客車公司還首次將CFRP翼肋用于翼盒中代替鋁合金。最終在襟翼的中外翼部分、襟翼的整流罩以及擾流板和副翼上也采用了CFRP材料。

　　在夾層結構方面，主要的創新是采用輕型蜂窩代替了原來使用的芳綸紙蜂窩。在A380上的典型應用包括腹部整流罩(超過300平方米)及地面這類大尺寸結構件。用整體設計概念代替夾層結構的發展趨勢，有可能在A380的機身和機翼起落架艙門上得到應用。

　　但是復合材料技術的應用必須在合理的成本下提供高的性能。因此，在A380飛機上采用了自動絲束鋪放、自動鋪帶、樹脂膜浸漬以及樹脂轉移成型這些低成本生產技術，不僅能夠生產大型復合材料零件，而且降低了裝配成本。

GLARE蒙皮用于A380飛機的上機身蒙皮。采用GLARE工藝技術可以實現局部增強，并且厚度變化可以通過一次固化實現。這種制造方法相對于鋁合金壁板來說可以增加機身寬度，從而減少了縱向壁板連接點。在機身上應用GLARE材料主要是由于其斷裂機械性能好，能夠顯著提高抗裂紋增長能力。另一方面，玻璃纖維與鋁合金相比彈性模量低，同樣厚度下與普通鋁合金Al2024相比剛性小15%。這是為什么在穩定性和抗彎能力要求高的結構零件中不選用GLARE材料的原因。GLARE材料相比鋁合金的另一個優點是抗腐蝕及防火能力強，為此空中客車公司開展了許多局部及全尺寸樣件的試驗，以驗證這種新材料的性能。自從1999年10月以為，德國空軍就在A310多用途飛機的機身上采用了GLARE材料，該設計通過了驗證并且發布了相關的結構修理手冊。在A380-800飛機蒙皮上應用了大約500平米的GLARE材料。GLARE材料的進一步應用還在研究中，有望替代尾翼前緣，從而改善鳥撞性能。

激光焊是空中客車公司在A318飛機上開發的用于機身下壁板制造工藝。該工藝在A380飛機上代替鉚接首先應用于下機身壁板的桁條，從而使結構概念從組裝結構過渡到整體結構，減少了裂紋增長。激光焊技術的發展還促進了可焊合金Al6056和Al6013的發展。用激光焊接的壁板已經過了壓力試驗并進行了單雙曲度壁板的驗證。結果證明該工藝不僅節約成本，而且提高抗腐蝕能力并可減重。激光焊在A380上的進一步應用可能是蒙皮與卡箍的連接部位以及起落架艙處的壓力隔框。

　來源：internet    上海佰衡儀器科技　

引用出處：

 http://www.bh17.net/zh-tw/bh17_Affiche_141366.html

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