【摘 要】
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非金属复合材料是一种低密度、高强度、高模量的高性能材料,目前已经成为航天卫星上不可或缺的关键结构材料.但与此同时,该类材料也是一种极难加工的各向异性非均质材料,采用传统的接触式方法加工易产生崩边、分层、起毛、撕裂等问题.激光制造技术作为一种开始逐步走向实用化的先进制造技术,具有材料去除能力强、加工精度高、损伤可控等一系列优点,是一种实现非金属复合材料高性能加工、满足现有和未来需求的理想方法.本文围绕航空航天领域应用较为广泛的碳纤维复合材料、芳纶纤维复合材料和陶瓷基复合材料,系统地综述了国内外激光加工非金属
【机 构】
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北京卫星制造厂有限公司,北京 100094
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非金属复合材料是一种低密度、高强度、高模量的高性能材料,目前已经成为航天卫星上不可或缺的关键结构材料.但与此同时,该类材料也是一种极难加工的各向异性非均质材料,采用传统的接触式方法加工易产生崩边、分层、起毛、撕裂等问题.激光制造技术作为一种开始逐步走向实用化的先进制造技术,具有材料去除能力强、加工精度高、损伤可控等一系列优点,是一种实现非金属复合材料高性能加工、满足现有和未来需求的理想方法.本文围绕航空航天领域应用较为广泛的碳纤维复合材料、芳纶纤维复合材料和陶瓷基复合材料,系统地综述了国内外激光加工非金属复合材料的研究与应用进展.其中技术分支涉及切割、制孔、铣削刻蚀、清洗等实体减材制造技术.最后对非金属复合材料激光加工方法的未来研究重点和工程应用前景进行了总结与展望.
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采用溶胶凝胶和前驱体浸渍裂解混合工艺,制得了不同SiO2/SiC比例的C/SiC-SiO2复合材料,研究了SiO2添加量对复合材料微观结构、力学性能的影响.结果 表明:当添加SiO2的质量分数约25％时,材料的拉伸强度和压缩强度与C/SiC材料性能相当;而当添加SiO2的质量分数超过25％时,材料的强度与模量均随SiO2含量的增加呈降低趋势.此外,SiO2含量约25％的C/SiC-SiO2复合材料的浸渍相成本较C/SiC材料降低约24％左右,这为C/SiC复合材料的快速低成本制备提供了新的技术支撑.
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为了提高复合材料螺旋桨叶片的结构刚度,分区域优化设计了叶片复合材料结构的铺层角度.根据螺旋桨叶片的厚度和载荷条件,将其划分为4个区域.铺层优化以0°、45°、90°及-45°四个方向的铺覆在各个区域的模拟结果为基础.与初始的铺层方案[0/45/0/-45]sn相比,优化后叶片的铺层方案能使铺层的主方向接近叶片各截面中心点的连线.优化后螺旋桨叶片的1阶和3阶频率提高超过了25％,2阶频率提高超过了5％;表面均布载荷下叶片变形减小了50％,热载荷下叶片变形减小了约25％;优化达到了提高叶片结构刚度的预期效果.
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