先进复合材料修(张适龄).docVIP

第二十四届（2008）全国直升机年会论文 先 进 复 合 材 料 修 理 张适龄 李忠平 (国营锦江机械厂 四川成都 610043) 摘 要： 随着航空工业的迅猛发展，先进复合材料在航空产品上得到了前所未有的应用，广泛的应用对复合材料构件的维护也提出了相应的要求。 本文主要介绍了复合材料的种类、相关特性；复合材料构件的检测手段以及常见的缺陷、损伤的类型、原因，以及修理方法、修理工艺。其中修理工艺包括五个阶段：①表面准备阶段，②修理区确定标准与修理方案选择阶段，③损伤表面的预处理阶段，④固化前的准备阶段，⑤修补阶段。上一道工序是下一道工序的基础，只有严格控制每道工序，才能达到复合材料构件修理的目标。 关键词：复合材料 损伤 修理 检测 前言 在高新技术迅猛发展的今天，特别是航空、航天和海洋等开发领域的拓展，使材料的使用环境变得愈加恶劣，因此对材料提出了更加苛刻的要求。具有高的比强度、高的比模量、耐烧蚀、抗侵蚀、抗核、抗粒子云、透波、吸波、隐身、抗高速撞击等一系列优点的先进复合材料，在相关领域得到了广泛的应用。为了进一步提高航空装备使用的有效性，因此对产品的维护也提出了更高的要求。 复合材料及应用 复合材料是由两种或两种以上的独立物理相通过化学或者物理化学组合而成的一种固体材料。复合材料由基体和增强剂两个组分构成。 通常把玻璃纤维复合材料称为近代复合材料，把碳、硼、SiC等纤维增强复合材料称为先进复合材料。先进复合材料的比强度大于4×106cm,比模量大于4×106cm。 复合材料按基体分类：一般包括树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料和碳基复合材料等。 复合材料在新一代军用战斗机、民用客机和直升机上的用量比例已分别达到机身结构重量的24%、11%和54%，复合材料在飞机上的用量及其性能水平已成为飞机先进性的重要标志之一 树脂基复合材料具有良好的成型工艺性、高的比强度、高的比模量、低的密度、抗疲劳性、减震性、耐化学腐蚀性、良好的介电性能、较低的热导率等特点，用于制造飞机机翼、机身、鸭翼、平尾和发动机外涵道；其中碳/环氧复合材料被大量用做次承力和主承力结构，如机体结构、机翼、旋翼等。 金属基复合材料具有高的比强度、高的比模量、良好的高温性能、低的热膨胀系数、良好的尺寸稳定性、优异的导电导热性。其中碳化硅纤维增强钛基复合材料具有良好的耐高温和抗氧化性能，是高推重比发动机的理想结构材料，目前已进入先进发动机的试车阶段。 陶瓷基复合材料具有密度低、比强度高、热机械性能和抗热震冲击性能好的特点，陶瓷基复合材料主要用于制作飞机燃气涡轮发动机喷嘴阀，它在提高发动机的推重比和降低燃料消耗方面具有重要的作用。 碳－碳复合材料质量轻、耐高温、吸收能量大、摩擦性能好等特点，广泛用于制作高速军用飞机的刹车片。 复合材料构件缺陷、损伤的类型、及检测技术 3.1 复合材料缺陷、损伤类型 缺陷是构件在成型过程中产生的，可归纳为气孔、分层、界面分离、夹杂、树脂固化不良、钻孔损伤等类型；损伤是构件在使用过程中形成的，损伤的形式有脱胶、分层、基体龟裂、空隙增长、纤维断裂、皱褶变形、腐蚀坑、划伤、下陷、烧伤等。构件可能只出现一种形式的缺陷、损伤，也可能是几种缺陷、损伤形式的组合。它对结构的影响可以分为两类：一类缺陷或损伤对结构的强度和刚度影响很大，已达到设计不能允许的水平，此类结构必须进行修补或更换；另一类缺陷或损伤较轻，对结构的整体强度和刚度没有影响，但在使用条件下可能扩展，使结构的剩余强度逐步接近甚至达到不能接受的水平。 3.2无损检测技术: 复合材料构件在生产和使用过程中不可避免地存在大量的损伤缺陷，复合材料的损伤缺陷一般由目视检查和一些无损检测等手段来检查。其中无损检测的的方法主要有： 目视检查 采用目视捡查可发现撞击损伤压痕、擦伤、边缘分层、边缘脱胶、裂纹、紧固件损伤、雷击和烧伤等损伤． 射线检测 主要是x 射线，通过检测损伤与无损伤部位对射线的吸收能力差异判定损伤区的射线检测可检测出构件的表面裂纹．也可以检测出目视不能到达的内部裂纹。对于撞击、雷击等常规损伤，可以采用射线法确定损伤程度． 超声波检测 在无损检测中，常用的是l～5MHz的超声波 对于复台材料结构的分层和脱胶损伤，采用超声波检测法进行检测是最有效的方法。 声发射检测通过特定的加载程序 用声响应变片检测复台材料主受力件在加载情况下的内部拭伤情况。 通过这些检测手段．可以准确地知道缺陷的位置、大小。 复合材料修补 复合材料的修补方法是将已固化的、半固化的或未固化的复舍材料预投料片．用胶接的方法贴补到破坏损伤部位而完成修理的一种方法。 4.1. 复合材料修补主要类型： (1)非补强的装饰性修补：这种修理类型是采用非结构性的方法．保护已产生的允许损伤的部位；这些允许的损