航空航天工業(yè)中，航天器的制造，需要對飛行過程中自然力對材料的影響，有敏銳的理解。

GE 陶瓷基復(fù)合材料

在地球表面，就人類對元素的理解而言，生命是相當有序的，但在太空中，溫度波動、輻射和化學(xué)相互作用都可能對用于建造航天器的材料的彈性產(chǎn)生巨大影響。

在選擇航天器材料時，除了環(huán)境因素外，還必須考慮重量、質(zhì)量、重力和能源使用等因素。就像傳統(tǒng)飛機一樣，航天飛行器必須保持重量平衡，才能安全地獲得升力并保持飛行。

在軌道運行時，航天器的質(zhì)量會影響其使用推力和保持導(dǎo)航矢量的能力。因為重量（Weight）和質(zhì)量（Mass）在設(shè)計中經(jīng)常是相關(guān)的，所以在選擇航天器的材料時必須考慮這兩個因素。

為了解決上述挑戰(zhàn)，復(fù)合材料通常用于制造航空航天飛行器。與傳統(tǒng)的航空合金相比，航空復(fù)合材料具有許多優(yōu)點，但這些優(yōu)點的價值取決于飛行器的類型和任務(wù)。

復(fù)合材料飛機通常更輕，因為它是由塑料和碳纖維等材料制成的。這些復(fù)合材料制造的飛機既輕又耐用，還能抵抗極端溫度的影響。

航空航天設(shè)計中的復(fù)合材料也可以采用單體殼成型，進一步減輕環(huán)境壓力。

最初，20世紀50年代使用的復(fù)合材料利用了玻璃纖維與樹脂一起排列在基體中的優(yōu)勢。這些設(shè)計被用于商用客機，但碳纖維很快成為更具性能的復(fù)合材料選材。

此外，碳纖維層壓板已被用于制造飛機零件設(shè)計的三明治結(jié)構(gòu)，如副翼和尾翼部件。芳香族聚酰胺纖維，也被稱為芳綸纖維，也被用于航空航天設(shè)計中，因為這些纖維含有很強的耐熱性能及拉伸強度。

如上所述，航空航天復(fù)合材料還必須能夠處理極端的溫度波動。在太空中，溫度可以降到零下450華氏度（約232℃）以下。在重返地球大氣層時，溫度可飆升至華氏3000度（約1649℃）以上。

這意味著航空航天材料必須能夠散熱和抵御寒冷，同時屏蔽內(nèi)部的乘員或有效載荷。復(fù)合材料已被證明在這些任務(wù)中是有效的，同時在高海拔的太空旅行和常規(guī)航空中保持抗強壓力的彈性。

航天材料的重大創(chuàng)新

盡管復(fù)合材料已經(jīng)超越了傳統(tǒng)的單元素合金，但航空航天工業(yè)的工程師們一直在研究有望提供更好性能的新型合金材料。

鈹是一種重量輕、強度高的化學(xué)元素，已與鈦、鋁等材料一起用于制造混合合金材料。

美國輕質(zhì)材料制造創(chuàng)新研究所的產(chǎn)品“未來輕量化合金”也在推進用于航空航天設(shè)計的合金生產(chǎn)和著色等新技術(shù)。

該計劃的重點是與航空航天工業(yè)的制造商和材料加工商合作，研發(fā)為飛行應(yīng)用的新合金和混合材料。

“未來輕量化合金”計劃的創(chuàng)新之處在于發(fā)現(xiàn)了對合金進行熱處理以改善其性能的新方法。此外，合金的切割方式也會對其性能產(chǎn)生影響。

在切割航空航天材料時，表面完整性是一個重點，因為包含缺陷的小區(qū)域可能導(dǎo)致升空后災(zāi)難性的問題。此外，用于切割的工具和設(shè)備的磨損會導(dǎo)致成本增加和不一致的切割結(jié)果。

“未來輕量化合金”計劃的目標之一，正是改進切削工藝，降低成本并提高表面完整性。