铝及其合金在建筑、航天和包装行业的应用

第一篇：铝及其合金在建筑、航天和包装行业的应用

铝及其合金在建筑、航天和包装等行业的应用

（上海交通大学电子信息与电气工程学院

上海

200240）

摘要:铝是我们在日常生活中应用最为广泛的一种金属，铝及其合金几乎深入到了我们生活中的方方面面。本文主要介绍了铝及其合金在建筑、航天和包装等行业的应用，以此来加强我们对铝的了解，扩展一下知识面。同时，也为我们在今后的生产和生活提供新的思路。从铝及其合金的广泛应用，我们尝鼎一脔，可以深刻理解到贯穿人类发展始终的材料与文明之间的必然联系。

关键词: 铝及其合金；建筑；航天；包装

Abstract：Aluminum is applied in our daily lives the most widely used metal, aluminum and its alloys deep into almost every aspect of our life.In this paper, aluminum and its alloys in the construction, aerospace and packaging industries in the application of aluminum in order to enhance our understanding, expand knowledge about.At the same time, but also for our future production and provide a new way of life.From the extensive use of Aluminium and Its Alloy, we try a skinny tripod can be a deep understanding of the material through human development and civilization has always been the inevitable link between.Keyword：Aluminium and Its Alloys

Construction

Aerospace culture 0.前言

作为地球上含量极其丰富的金属元素——铝，其蕴藏量在金属中位居第二，铝具有质轻、可加工行、物理和力学性能好等诸多特点，从而使铝及其合金在诸多领域中被认为是最为经济而使用的材料。铝及其合金就像一棵生长繁茂的榕树一样，他的根须已经深深地扎入了人类生产生活所涉及的几乎一切方面。近10年来，随着国民经济高速发展，我国电解铝工业发展迅猛。由于电解铝工业属高耗能行业。最近几年，国家加大了对铝行业的调控，促使企业【1】进行升级改造。可见，我国的铝产业还是有着较大的发展空间。

1.铝及其合金在建筑反面的应用

铝合金在建筑中的应用我们也许早就司空见惯，比如我们随处可见的铝合金门窗，还有玻璃幕墙等。

1.1 玻璃幕墙、在很宽波长范围内，铝材料抛光后具有良好的反射性，可以反射各种能源的辐射，包括辐射能、可见光、辐射热和电波都能被铝材料有效地反射，而阳极氧化和深色阳极氧化的表面可以是反射性的，也可以是吸收性的。这些特性正好符合我们建筑幕墙所学要的特性。

建筑幕墙，特别是玻璃幕墙，如果涉及合理的话，可以有效利用太阳能，减低室外环境对室内环境的影响。一般的幕墙设计流程如下：

施工准备一骨架安装_+防火层安装一保温层安装一面层(玻璃幕墙、铝板幕墙、花岗岩幕墙)安装-÷填塞泡沫

棒、打耐候胶，完成墙面施工。单层铝板幕墙、干挂花岗岩幕墙部分，则利用轻钢龙骨及支持体系间形成空气夹层，然后在主体墙面上粘贴双面铝箔矿棉毡保温材料【密度16 k咖，导热系数0．053 W／(In·K)，厚50 mm]，利用空腔的保温和铝箔双重的反射效果，起到暖瓶内胆的作用，达到隔热、保温、防潮的目的。同时，保温层又与空心砖墙组成复合型保温

【2】外墙，使建筑墙体能耗大大降低，显示出极佳的保温隔热性能。

1.2铝门窗

铝合金门窗，是指采用铝合金挤压型材为框、梃、扇料制作的门窗称为铝合金门窗，简称铝门窗。包括以铝合金作受力杆件（承受并传递自重和荷载的杆件）基材的和木材、塑料复合的门窗，简称铝木复合门窗、铝塑复合门窗。

铝合金门窗有着多种分类标准。按开启方式分为：固定窗、上悬窗、中悬窗、下悬窗、立转窗、平开门窗、滑轮平开窗、滑轮窗、平开下悬门窗、推拉门窗、推拉平开窗、折叠门、地弹簧门、提升推拉门、推拉折叠门、内倒侧滑门。按性能分为：普通型门窗、隔声型门窗、保温型门窗。按应用部位分为：内门窗、外门窗。

与传统木质门窗相比，铝合金门窗有如下特点：1）宽阔的门扇开启幅度大，让居室采光更充足，还空间更多自由；2）而无地轨道的独特设计，让出入通行毫无障碍；上部的吊轮采用高强度优质滑轮，滑动自如、静音顺滑，开合时噪音小，门扇新颖美观，其本身就是都市狭小居室里的一道亮丽风景，让你赏心悦目、心旷神怡。

目前，我国每年新建的建筑中，铝合金门窗约占51%以上、塑料窗35%左右。在上个实际90年代，国家大力推广使用塑料建材产品，建筑门窗市场一度受到塑料门窗的冲击，一时

【3】间塑料门窗蜂拥而上，铝合金门窗以及铝型材料的生产受到了不小的影响。穷则思变，当引入节能的思想，引进国外的新设备，采取生产氟碳喷涂、粉末喷涂、电泳涂漆等先进生产技术，我国的铝制建筑材料又迎来了新的春天！

2.铝及其合金在航天工业的应用

2.1铝及其合金在飞机上的应用于发展

铝合金在飞机上主要是用作结构材料，如：蒙皮、框架、螺旋桨、油箱、壁板和起落架支柱等。铝合金在航天航空中的应用开发可分为几个阶段：50年代主要目标是减重和提高合金比刚度、比强度：60～70年代主要目标是提高合金耐久性和损伤容限．开发出7XXX系合金173和T76热处理制度、7050合金和高纯合金：80年代由于燃油价格上涨而要求进一步减轻结构重量；90年代至今，铝合金的发展目标是进一步减重，并进一步提高合金的耐久性和损伤【4】容限。

2.2铝合金在火箭导弹上的应用与发展

迄今为止，世界各国以液体火箭为动力的大型运载火箭，其箭体结构几乎毫无例外地选用铝合金制造。我国的CZ一3A运载火箭箭体结构，除一／二子级级问段系、卫星整流罩和卫星支架等结构分别采用了少量的30CrMnSi结构钢、玻璃锕、蜂窝结掏和碳／环氧复合材料外，其余均采用铝合金制造。所使用的铝合金主要有一，二，三子级推进剂贮箱所用的2A14(LDl0)，一子级尾段、一／二子级和二／三子级级间段采用的2A12(LYl2)，7A04(LCA)【5】和7A09(LC9)等合金。此外，CZ一2F运载火箭仪器舱还选用了1420铝锂合金型材。国外大型运载火箭箭体所用材料基本与我国类似，美国后来用耐应力腐蚀性能和焊接性能更好的2219合金替代了2叭4台金(与我国2A14类似)做推进剂贮箱结构材料。尽管目前国外战略导弹早已固体化，所用结构材料也已基本复合材料化，即固体火箭发动机壳体采用了芳纶或碳纤维复合材科，但铝合金仍然是战略导弹重要的结构材料之一.3.铝及其合金在包装产业的应用

3.1 商品包装的绿色追求——镀铝纸

镀铝纸主要是由原纸、铝层和涂层组成，因为光泽度和平滑度好，柔韧性好，喷铝层牢度高，美观环保，同时有良好的印刷性能和机械加工性能，一次可广泛用于烟、酒、瓶贴、茶叶、食品、化妆品、日化、百货、礼品、工艺品等产品的精美包装，也可用于建筑装潢材料。

3.2镀铝纸的工艺流程

镀铝纸主要采用转移法来生产。转移法是将PET膜或镭射PET膜置于涂胶纸或纸板复合，再将PET膜剥落(PET膜可反复使用多次)，铝分子层通过胶粘作用转移到纸或纸板。转移法可

【6】 以生产光芒四射的任意图案、任意文字的镭射防伪真空镀铝纸或、纸板。3.3镀铝纸的优势

真空镀铝纸有着普通复合铝箔无法比拟的优势

（1）成本。镀铝的成本低于铝箔复合。主要靠金属层厚度变小、提高生产线速度、改进设计和材料管理等方面来达到降低成本的目的。首先镀铝纸的铝层厚度仅为0．025um～0．035um，是铝箔复合纸用铝量的l／200-1／300，即用铝量少：其次适合高速印刷，比铝箔复合纸来制作的烟标大约高出200钞分钟；此外转移基材PlcT膜可反复使用6～8次。因此

【7】 最终使得真空镀铝纸比铝箔纸在成本费用上能节约10％。（2）防伪性。目前防伪技术已成为高档香烟普遍采用的手段，而转移纸在生产过程中，可直接使用镭射或全息技术，如将文字信号、全息图案通过模压方式复制到喷铝纸表面而成镭射喷铝转移纸，从而达到了良好的防伪效果。比如“利群”、“苏烟”、“大红鹰”，它们不

【8】 仅具有防伪特性，还赋予了产品美观性，增加了产品知名度和信誉。（3）可降解。与传统铝箔相比，正空镀铝纸有着良好的可降解特性。在同样碱液浓度条件下,真空镀铝纸的铝膜完全溶解所需时间比复合铝箔纸大为缩短。在2% 碱浓时, 镀铝纸溶解时间是铝箔纸1/12, 在10% 碱浓时, 镀铝纸溶解时间约是铝箔纸1/4。真空镀铝纸比复合[9] 铝箔纸更容易被土壤中微生物降解, 而且降解产物容易被土壤吸收。用于建筑保

3.4镀铝纸的发展受限

此前真空镀铝纸的商品编码归入税目4811项下，该税目商品属高污染高耗能行业，被列入加工贸易禁止类商品目录范围。根据国家相关规定，出口的真空镀铝纸不仅没有退税，还要以销售额计加征6%的增值税赋。这使得该企业在国际市场竞争中，仅税赋成本就比同类企业高出20个百分点，严重制约了出口和扩大生产规模。

4结语

金属铝及其合金以其相对低廉的价格，比较突出的特性，在人类文明的发展历程上，做出了杰出的贡献。当然，一切都是相对而言，铝产品也有其局限性，大量试验数据均不同程度地显示，人体摄取过量的铝可能引起严重缺钙，并使体中的残余

铝含量显著升高，而体内过高的残余铝含量可能正是引发帕金森综合症、老年性痴呆、脱发等顽疾的重要原因。铝主要通过食物及饮水进入人体体内，而食物中的铝含量与食物的种类、加工工艺及污染程度有关，人们可以控制的只有饮水中的残余铝含量，如美国规定Al3+≤0.05 mg/L，欧洲统一标准规定为0.05～0.2 mg/L，我国饮用水标准对铝含量还没有具体规

【10】定，估计实际含量普遍超过0.5 mg/L。

【1】王江敏（2011）.铝电解生产节能新技术的推广应用 中国有色金属 【2】高力强(2010).铝及其合金材料在建筑节能中的应用.新型建筑材料

【3】黄圻(2007).“我国铝门窗幕墙行业发展思路——2007年全国铝门窗幕墙行业年会工作报告.” 中国建筑金属结构(4): 4.【4】张钰(2009).“铝合金在航天航空中的应用.” 铝加工(3): 4.【5】李成功(2001).先进铝合金在航空航天工业中的应用与发展.中国有色金属学报

【6】武瑞年(2006).“小议镀铝纸在环保包装中的应用.” 印刷世界(3): 2.【7】张胜(2009).“真空镀铝纸在烟包及其它包装上的应用.” 印刷世界(9): 3.【8】董海普(2005).“烟包中转移镀铝纸与转移涂料.” 印刷杂志(6): 3.【9】陈敬浩, 陈港, et al.(2005).“环保型真空镀铝纸的生产及其降解性能评价.” 造纸科学与技术(01)【10】阮复昌(1999).“铝的生物毒性及其防治策略.” 环境污染与防治 21(5): 2.

第二篇：材料在航空中的应用

题目：

材料在航空中的应用

学 生： 南冬冬 学 号： 201103020121 院（系）：

资源与环境 专 业：

服装设计与工程 指导教师： 王秀峰

2013年6月10日

材料是人们生活和生产必须的物质基础。也是人类进化的重要里程碑。材料科学主要研究材料的成分、分子或原子机构、微观及宏观组织以及加工制造工艺和性能之间的关系。它是一门边缘新科学，主要一固态物理和固态化学、晶体学、热力学等位基础，结合冶金化工及各种高新科技术来探讨材料内在规律和应用。材料是人类用来制造机器、构件、器件和其他产品的物质。按物理化学属性分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料。实际应用中又常分为结构材料和功能材料。结构材料是以力学性质为基础，用以制造以受力为主的构件。结构材料也有物理性质或化学性质的要求，如光泽、热导率、抗辐照能力、抗氧化、抗腐蚀能力等，根据材料用途不同，对性能的要求也不一样。功能材料主要是利用物质的物

理、化学性质或生物现象等对外界变化产生的不同反应而制成的一类材料。

材料是人类赖以生存和发展的物质基础。20世纪70年代，人们把信息、材料和能源作为社会文明的支柱。80年代，随着高技术群的兴起，又把新材料与信息技术、生物技术并列作为新技术革命的重要标志。现代社会，材料已成为国民经济建设、国防建设和人民生活的重要组成部分。

航空航天大多是在极端条件下进行的，所以对材料的要求很高。经过几十年的航空航天材料研究，研制出了纳米颗粒炸药、碳纳米管高硬度材料、铝氧纳米管材料和新型密封材料、电子绝缘聚合物材料、新型“热塑料”材料以及原子级硅记忆材料和铝－硅合金等，并发现了纳米孔隙网材料等。而且新材料工艺也取得了重大突破：采用温轧法、粉末冶金法、非晶复合技术工艺、急速凝固法、树脂膜浸渍法和等温化学气相浸渗法制造出了高强度合金材料、梯度功能材料以及抗损伤复合材料编制机等。与此同时，新材料在航空航天应用上也有重大进展，形状记忆合金、量子隧道效应复合材料等高性能材料得到了广泛应用；火箭尾喷管应用纳米复合涂层、火箭发动机涡轮泵应用陶瓷基复合材料叶盘；采用复合材料排布机编制燃料箱；采用红外材料制成手提式定向反射仪以及用氮化物基材料制造出电子器件等

复合材料在航空中的应用

复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域，在近几年更是得到了飞速发展。

复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。2000年美国汽车零件的复合材料用量达14.8万吨，欧洲汽车复合材料用量到2003年估计可达10.5万吨。而在日本，复合材料主要用于住宅建设，如卫浴设备等，此类产品在2000年的用量达7.5万吨，汽车等领域的用量仅为2.4万吨。不过从全球范围看，汽车工业是复合材料最大的用户，今后发展潜力仍十分巨大，目前还有许多新技术正在开发中。例如，为降低发动机噪声，增加轿车的舒适性，正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板；为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求，发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求，必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车制造业中。与此同时，随着近年来人们对环保问题的日益重视，高分子复合材料取代木材方面的应用也得到了进一步推广。例如，用植物纤维与废塑料加工而成的复合材料，在北美已被大量用作托盘和包装箱，用以替代木制产品；而可降解复合材料也成为国内外开发研究的重点。

碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。碳纤维由于具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、导电和导热等性能，因而使其成为一种兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征的化工新材料，是新一代增强纤维。

目前，碳纤维不仅广泛应用军事工业，而且在汽车构件、风力发电叶片、核电、油田钻探、体育用品、碳纤维复合芯电缆以及建筑补强材料领域也存在巨大应用空间，而其在航空领域的光辉业绩尤为引人注目。

碳纤维应宇航工业对耐烧蚀和轻质高强材料的迫切需求发展起来，它主要是由碳元素组成的一种特种纤维，是继玻璃纤维之后出现的第二代纤维增强塑料碳纤维的含碳量在90%以上，具有优异的力学性能，与其它高性能纤维相比具有最高比强度和最高比模量。在2000℃以上高温惰性环境中，碳纤维是唯一一种强度不下降的物质。此外，它还兼具其它多种得天独厚的优良性能，更可贵的是，碳纤维与其它材料具有很高的相容性，兼备纺织纤维的柔软可加工性，并且容易复合，具有很大的设计自由度。这就使得碳纤维成为纤维增强材料中发展最迅速、应用范围很广、适于不同领域要求的纤维材料。研制大型飞机要突破许多关键技术，其中一项是“先进复合材料结构设计技术”，这项技术离不开碳纤维。世界碳纤维的需求在各用途领域都不断增长，特别是急速增长的航空航天领域拉动了碳纤维全体的增长。碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成结构材料。自玻璃纤维与

有机树脂复合得到的玻璃钢问世以来，碳纤维、陶瓷纤维以及硼纤维增强的复合材料相继研制成功，而且性能不断得到改进，使复合材料领域呈现出一派勃勃生机。碳纤维复合材料与铝合金、钛合金、合金钢一起成为飞机机体的四大先进结构材料。

碳纤维复合材料在航空领域的具体应用 碳纤维复合材料因其独特、卓越的性能，在航空领越特别是飞机制造业中应用广泛。统计显示，目前，碳纤维复合材料在小型商务飞机和直升飞机上的使用量已占70％~80％，在军用飞机上占30％~40％，在大型客机上占15％~50％。

碳纤维树脂基复合材料

碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）具有质量轻等一系列突出的性能，在对重量、刚度、疲劳特性等有严格要求的领域以及要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都具有很大优势。

碳纤维增强树脂基复合材料已成为生产武器装备的重要材料。AV—8B 改型“鹞”式飞机是美国军用飞机中使用复合材料最多的机种，其机翼、前机身都用了石墨环氧大型部件，全机所用碳纤维的重量约占飞机结构总重量的26％，使整机减重9％，有效载荷比AV—8A飞机增加了一倍。数据显示采用复合材料结构的前机身段，可比金属结构减轻质量32.24%。用军机战术技术性能的重要指标——结构重量系数来衡量，国外第四代军机的结构重量系数已达到27～28%。未来以F-22 为目标的背景机复合材料用量比例需求为35%左右，其中碳纤维复合材料将成为主体材料。国外一些轻型飞机和无人驾驶飞机，已实现了结构的复合材料化。

直升飞机上碳纤维增强树脂基复合材料的用量更是与日俱增。武装了驻港部队并参加了2007 年上海合作组织在俄罗斯反恐军演的直-9 型直升飞机，是我国先进的直升飞机。该机复合材料用量已占到60％左右，主要是CFRP。此外，日本生产的OH-1 “忍者” 直升飞机，机身的40％是用CFRP，桨叶等也用CFRP 制造。在民用领域，世界最大的飞机A380 由于CFRP 的大量使用，创造了飞行史上的奇迹。这种飞机25%重量的部件由复合材料制造，其中22%为碳纤维增强塑料(CFRP)。由于CFRP 的明显减重以及在使用中不会因疲劳或腐蚀受损，从而大大减少了油耗和排放。燃油的经济性比其直接竞争机型要低13%左右，并降低了运营成本，座英里成本比目前效率最高飞机的低15%~20%成为第一个每乘客每百公里耗油少于三升的远程客机。

纳米材料在航空中的应用

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。

纳米材料由于具有独特的小尺寸效应而表现出不同于传统材料的物理和化学性质。利用纳米材料这些独特的性质。可对传统材料进行改性，进而开发出更高性能的材料．开辟出新的材料生产途径．以满足传统材料所不能达到的要求．尤其是满足航天航空领域对材料性能的特殊要求。应用纳米材料可减小航天器电子元器件的体积和质量．并提高其可靠性。纳米材料的发展方向主要有功能纳米材料及结构纳米材料纳米材料在航天器结构材料上的应用 1．金属及金属基复合材料晶粒细化是提高金属材料强度最有效的方法之一。利用添加纳米陶瓷来增强金属合金基材料的方法，就是把纳米陶瓷粉体均匀分散于合金中．以提高合金的成核速率．同时抑制晶粒长大．从而起到晶粒细化的作用。抑制材料使用过程中微裂纹的扩展．提高产品的强度。例如，将纳米碳化硅、纳米氮化硅、纳米氮化钛、纳米硅粉添加到金属基体(铝、铜、银、钢、铁等合金)中。可制造出质量轻、强度高、耐热性好的新型合金材料。

(1)纳米氮化钛应用于合金钢、铁纳米氮化钛具有硬度和热稳定性高、粒度小，以及分散性好的特点。在钢水冷却结晶过程中．纳米氮化钛成为晶核相．可大大增加成核数量，减小晶粒尺寸．达到细化合金晶粒的效果．使合金的综合性能大大改善。

(2)纳米碳化硅应用于银基复合材料通过向基体中加入均匀、细J．J＼，具有良好稳定性的颗粒．达到弥散强化合金的目的．是制备高强高导合金材料的重要途径之一。纳米碳化硅对于银合金来说是一种有效的增强相．当纳米碳化硅的质量百分含量为l％时．强化效果佳．材料的抗拉强度可达39IMPa．相对电导率为60．2％，强度和耐磨性均有所提高。(3)纳米碳化硅弥散强化铜基复合材料高强高导铜基复合材料在集成电路的引线框架 各类点焊、滚焊机的电极、触头材料，电枢、电动工具的换相器等电子设备中具有广泛的用途。但铜合金的高强度和高导电性一直是一对互相矛盾的特性．一般只能在牺牲电导率和热导率的前提下改善铜的力学性能，以获得高强度。采用纳米碳化硅稳定弥散强化铜基材料是解决 这一矛盾的较好方法 通过向基体中加入均匀、细小，具有良好稳定性的纳米碳化硅颗粒以达到弥散强化铜合金的目的．已成为制备高强高导铜基复合材料的研究热点。

(4)纳米碳化锆应用于硬质合金纳米碳化锆是一种重要的高熔点、高强度和耐腐

蚀的高温结构材料 纳米碳化锆用于硬质合金材料中．可提高材料的强度和耐腐蚀性等性能。

纳米材料用作涂层可提高工件的耐磨性、抗剥蚀性和抗氧化性。研究表明，用纳米碳化硅、碳化锆、碳化钛、氮化钛、碳化硼等粉体作为金属表面的复合涂层．可获得超强耐磨性和润滑性．其耐磨性比轴承钢高100倍．摩擦系数为0．06～0．1．同时还具有高温稳定性和耐腐蚀性。在液体火箭发动机关键零部件中应用纳米技术．可大大延长这些零部件的使用寿命 4．特种密封材料发动机出现故障最多的是各种密封面的失效．密封面的表面质量是决定密封性能好坏的主要因素．和用纳米材料改性密封零件基体或在密封表面覆盖一层纳米粉末极大地改善其密 性能。目前。密封橡胶所用的增强剂多为纳米级炭黑．若改用纳米氮化硅使其拉伸强度提高1 4倍．并改善其耐磨性和密封性。

将纳米金属粉添加到固体火箭推进剂中．可显著改善固体推进剂的燃烧性能。例如，在固体火箭推进剂中添加纳米级铝粉或镍粉．推进剂燃烧效率可得到较大提高、燃速显著增大。含有纳米金属铝粉的固体推进剂燃速比含有常规铝粉的固体推进剂的燃速高5 20倍。

总而言之, 材料的不断发展可以极大的促进航天事业的发展。航空材料也变得多种多样，例如现在的智能材料。材料是人类赖以生存和发展的物质基础，而随着高技术群的兴起，又把新材料与信息技术、生物技术并列作为新技术革命的重要标志。现代社会，材料已成为国民经济建设、国防建设和人民生活的重要组成部分。

第三篇：复合材料在航空中的应用

《飞行器设计与工程专业技术讲座

（三）》结课报告

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日期：2016年 10月09日

复合材料在航空中的应用

前言

现代高科技的发展离不开复合材料，复合材料[1] 对现代科学技术的发展，有着十分重要的作用。复合材料的研究深度和应用广度及其生产发展的速度和规模，已成为衡量一个国家科学技术先进水平的重要标志之一。进入21世纪以来，全球复合材料市场快速增长，亚洲尤其中国市场增长较快。2003～2008年间中国年均增速为15%，印度为9.5%，而欧洲和北美年均增幅仅为4%。

一．复合材料的简介

复合材料，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。

复合材料使用的历史可以追溯到古代。从古至今沿用的稻草或麦秸增强粘土和已使用上百年的钢筋混凝土均由两种材料复合而成。20世纪40年代，因航空工业的需要，发展了玻璃纤维增强塑料（俗称玻璃钢），从此出现了复合材料这一名称。50年代以后，陆续发展了碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和高模量纤维。70年代出现了芳纶纤维和碳化硅纤维。这些高强度、高模量纤维能与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合，构成各具特色的复合材料。

二．在航空中常用的复合材料

60年代，为满足航空航天等尖端技术所用材料的需要，先后研制和生产了以高性能纤维（如碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维等）为增强材料的复合材料，其比强度大于4×10厘米（cm），比模量大于4×10cm。为了与第一代玻璃纤维增强树脂复合材料相区别，将这种复合材料称为先进复合材料。按基体材料不同，先进复合材料分为树脂基、金属基和陶瓷基复合材料。其使用温度分别达250～350℃、350～1200℃和1200℃以上。先进复合材料除作为结构材料外，还可用作功能材料，如梯度复合材料(材料的化学和结晶学组成、结构、空隙等在空间连续梯变的功能复合材料)、机敏复合材料（具有感觉、处理和执行功能，能适应环境变化的功能复合材料）、仿生复合材料、隐身复合材料等。

目前航空航天领域应用较广的复合材料航空主要包括树脂基复合材料、金属基复合材料、碳基复合材料和陶瓷基复合材料。

1．树脂基复合材料

树脂基复合材料有玻璃／酚醛、高硅氧／酚醛、石英／酚醛、碳／酚醛、涤纶／酚醛材料和以不同树脂为基体的低密度烧蚀材料。其中玻璃／酚醛、高硅氧／酚醛和石英／酚醛材料属于碳化--熔化型烧蚀村料，适用于中等焓值和中等热流密度的工作环境再入飞行器和中等推力的固体火箭发动机防热材料；碳／酚醛材料属于碳化--升华型烧蚀材料，适用于能发挥升华效应的较高焓值和较高热流密度的工作环境，可用于更远距离再入飞行器和高性能固体火箭发动机喷管等；涤纶／酚醛材料和低密度烧蚀材料适用于高焓、低热流和较长时间再入的航天飞行器如返回式卫星和飞船等。树脂基介电--防热材料有高硅氧／聚四氟乙烯材料，它属于升华--熔化型烧蚀材料，烧蚀过程中不生成碳，具有良好的透波性能，烧蚀性能与高硅氧／酚醛相匹配，用作航天器天线窗口材料。

先进树脂基复合材料是以高性能纤维为增强体、高性能树脂为基体的复合材料。与传统的钢、铝合金结构材料相比,它的密度约为钢的1/5,铝合金的1/2,且比强度与比模量远高于后 二者。目前用途最广的主要有碳纤维复合材料(CFRP)和芳纶纤维复合材料(AFRP)。CFRP 具有比强度高、耐高温、减振性好、耐疲劳性能优越等突出优点,是目前民用飞机上用量最大,也是航空航天等尖端科技领域发展较为成熟的先进复合材料[2]。AFRP热稳定性好,耐介质性能优良,可作为复合装甲材料,有较强的防护力。国外近年致力于将该种材料用于制作军、民用飞机的“光谱屏蔽”材料,其关键性能指标------抗冲击性能相当出色。

2.金属基复合材料

金属基复合材料主要是指以Al、Mg等轻金属为基体的复合材料。在航空和宇航方面主要用它来代替轻但有毒的铍。这类材料具有优良的横向性能、低消耗和优良的可加工性,已成为在许多应用领域最具商业吸引力的材料,并且在国外已实现商品化。而在我国仅有少量批量生产,以汽车及机械零件为主,年产量仅5000吨左右,与国外差距较大[3]。

3.陶瓷基复合材料和碳/碳复合材料

陶瓷基复合材料和碳/碳复合材料属于耐热结构复合材料。目前美国和西欧各国侧重于对陶瓷基复合材料在航空和军事应用上的研究。美国国防部一直把这项技术列入重点投资项目,仅1992年美国投入陶瓷基复合材料应用研究的经费就高达3500万美元[4]；法国SEP公司用陶瓷基复合材料制成的SCD-SEP火箭试验发动机已通过点火试车,并使结构减重50%[5]。国内从20世纪90年代初开始进行该领域的研究,目前尚未有批量生产的报道。

我国获得应用的陶瓷基耐高温防热／透波阻及防热，透波，承载多功能复合材料主要为二氧化硅基复合材料。二氧化硅基透波复合材料是以二氧化硅材料为基体，采用高硅氧纤维织物或石英纤维织物作为增强体，经浸渍增密、热处理、防潮处理等工艺技术途径制备的复合材料，具有优良的防热、耐热、透波、承载及抗冲击等功能。

三.应用现状

1.飞机机身上的应用

先进复合材料用于加工主承力结构和次承力结构、其刚度和强度性能相当于或超过铝合金的复合材料。目前被大量地应用在飞机机身结构制造上和小型无人机整体结构制造上。

飞机用复合材料经过近40年的发展,已经从最初的非承力构件发展到应用于次承力和主承力构件, 可获得减轻质量(20-30)% 的显著效果。目前已进入成熟应用期,对提高飞机战术技术水平的贡献、可靠性、耐久性和维护性已无可置疑, 其设计、制造和使用经验已日趋丰富。迄今为止, 战斗机使用的复合材料占所用材料总量的30%左右,新一代战斗机将达到40%;直升机和小型飞机复合材料用量将达到(70-80)%左右, 甚至出现全复合材料飞机。[5]“科曼奇”直升机的机身有70% 是由复合材料制成的,但仍计划通过减轻机身前下部质量,以及将复合材料扩大到配件和轴承中,以使飞机再减轻15%的质量。“阿帕奇”为了减轻质量,将采用复合材料代替金属机身。使用复合材料,未来的联合运输旋转翼(JTR)飞机的成本将减少6% ,航程增加55% ,或者载荷增加36%，以典型的第四代战斗机F/A-22为例复合材料占24.2% , 其中热固性复合材料占23.8%,热塑性复合材料占0.4%左右。热固性复合材料的70% 左右为双马来酰亚胺树脂(BMI,简称双马)基复合材料[6]，生产200多种复杂零件,其它主要为环氧树脂基复合材料,此外还有氰酸酯和热塑性树脂基复合材料等。主要应用部位为机翼、中机身蒙皮和隔框、尾翼等。近10年来,国内飞机上也较多的使用了复合材料。例如由国内3家科研单位合作开发研制的某歼击机复合材料垂尾壁板, 比原铝合金结构轻21kg, 减质量30%。北京航空制造工程研究所研制并生产的QY8911/HT3。双马来酰亚胺单向碳纤维预浸料及其复合材料已用于飞机前机身段、垂直尾翼安定面、机翼外翼、阻力板、整流壁板等构件。由北京航空材料研究院研制的PEEK/AS4C热塑性树脂单向碳纤维预浸料及其复合材料,具有优异的抗断裂韧性、耐水性、抗老化性、阻燃性和抗疲劳性能,适合制造飞机主承力构件,可在120℃下长期工作,已用于飞机起落架舱护板前蒙皮。在316℃这一极限温度下的环境中,复合材料不仅性能优于金属,而且经济效益高。据波音公司估算,喷气客机质量每减轻 1kg,飞机在整个使用期限内即可节省2200美元。

2.航空涡轮发动机上的应用

由于具有密度小、比强度高和耐高温等固有特性,复合材料在航空涡轮发动机上应用的范围越来越广且比例越来越大,使航空涡轮发动机向“非金属发动机”或“全复合材料发动机”方向发展。

(1)树脂基复合材料

凭借比强度高,比模量高,耐疲劳与耐腐蚀性好,阻噪能力强的优点,树脂基复合材料在航空发动机冷端部件(风扇机匣、压气机叶片、进气机匣等)和发动机短舱、反推力装置等部件上得到广泛应用。如JTAGG验证机的进气机匣采用碳纤维增强的PMR15树脂基复合材料,比采用铝合金质量减轻26%；F136发动机采用与F110-132发动机相似的复合材料风扇机匣,使质量减轻9kg。

(2)碳化硅纤维增强的钛基复合材料[7]

凭借密度小(有的仅为镍基合金的1/2),比刚度和比强度高,耐温性好等优点,碳化硅纤维增强的钛基复合材料在压气机叶片、整体叶环、盘、轴、机匣、传动杆等部件上已经得到了广泛应用。

(3)陶瓷基复合材料[8]

目前主要的陶瓷基复合材料产品是以SiC或C纤维增强的SiC和SiN基复合材料。凭借密度较小(仅为高温合金的1/3-1/4),力学性能较高,耐磨性及耐腐蚀性好等优点,陶瓷基复合材料,尤其是纤维增强陶瓷基复合材料,已经开始应用于发动机高温静止部件(如喷嘴、火焰稳定器),并正在尝试应用于燃烧室火焰筒、涡轮转子叶片、涡轮导流叶片等部件上。

3.航空隐身材料上的应用

新型隐身材料对于飞机和导弹屏蔽或衰减雷达波或红外特征，提高自身生存和突防能力，具有至关重要的作用。在雷达波隐身材料方面，除涂层外，复合材料作为结构隐身材料正日益引起人们的关注，主要为碳纤维增强热固性树脂基复合材料（如C/EP、C/PI或C/BMI）和热塑性树脂基复合材料（如C/PEEK，C/PPS），目前已经得到了某些应用。

四.发展前景

复合材料是未来发展我国航空航天工程最有前途的材料,在未来的研制中涡轮发动机材料必须在抗拉强度、蠕变阻力、低和高循环疲劳、耐高温腐蚀和耐冲击损伤等方面满足要求。提高复合材料高耐热性、强度和韧性是发展复合材料的关键,今后在耐高温材料上应重点研制结构陶瓷、陶瓷复合材料, 和微叠层复合材料。同时要在研究低成本复合材料的制造技术上加大力度。

参考文献

[1]中国复合材料网

[2] 科学研究动态监测中心.战略高技术研究动态监测快报[R].成都: 中科院成都文献情报中心, 2005 [3] 孙晋良.当前中国尖端材料发展的现状和趋势[R].上海: 中国复合材料学会, 2004.[4] OKOJIE R S, SAVRUN E, NGUYEN P, et al Relirbility Evaluation of Direct Chip Attached Silicon Carbide Pressure Transducers[A].3rd International Conference on Sensors[ C].Vienna, Austria: 2004.24-27.[5] 张佐光.功能复合材料[M].北京: 化学工业出版社, 2004.22-30.[6] 邓云, 王欣, 李建国, 等.新型海冰调查设备--冰样压缩机[J].海洋技术, 2006, 25(1): 50-53 [7] 张世银, 汪仁和.多功能冻土三轴试验机的研制与应用[J].试验技术与试验机, 2007, 47(1): 67-70 [8] 高向群, T.H.Jacka.人造冰和冰芯冰蠕变和方位组构发展对比[J].冰川冻土, 1995, 17(4): 343-349

对所学专业的认识和发展的打算

飞行器设计与工程专业（代码 082501）属于工学大类，航空航天类。一般设有飞行器设计、飞行力学与控制、直升机设计、空气动力学、飞行器结构强度等专业方面，主要研究的是各种航天飞行器，包括人造卫星、宇宙飞船、空间站、深空探测器运载火箭、航天飞机等空间飞行器及导弹的设计。

飞行器设计与工程专业毕业生一般可从事飞行器结构工程、民用机械、交通运输工程、船舶与海洋工程、工业与民用建筑工程、软件工程等方面的设计与科研、教学工作，从事航天器、火箭、导弹等的设计、实验、研究、运行维护等工作，还可从事航空和其他国民经济部门的技术和管理工作。主要从事飞行器(包括航天器与运载器)总体设计、结构设计与研究、结构强度分析与试验，并从事通用机械设计及制造的工作。

随着我国经济实力的强大，在国际上的地位逐渐提高，以及国际间综合国力竞争的日趋激烈，国家会对本专业相关职、行业的发展给以足够的重视。而且，次新科技革命的兴起、信息化时代的到来，对飞行器设计与工程专业的教育与科研也是一次极大的推动。借助这样的国际环境和国内经济的发展，以及良好的政策氛围和广阔的消费市场，本专业在未来肯定会有一个质与量的飞跃。

由于国家大力发展航空及相关事业，所以近年来飞行器设计与工程专业的毕业生在找工作时真可谓炙手可热、供不应求，北京、上海、西安等地航天科技院所的骨干和其他高新技术的研制与开发人员多半是从这一专业走出。但本专业的毕业生在择业时，应时刻谨记自己肩上的历史重任，把在学校所学到的过硬专业知识无私地奉献给祖国的蓝天事业，力争将“好钢用在刀刃上。”不要因为贪图了眼前一时的利益，被暂时物质利益所诱惑，而放弃了自己多年的专业学习。我国的空间技术研究的历史还不是很长，这方面的后备人才非常短缺。而培养出一个专门人才，国家会付出太大的代价，太多的时间。如此，出于对国家的利益，择业时的选择应该拿准。近年来，本专业的毕业生还有一个趋势——出国深造。这种选择未尝不可。到国外学习了他人先进的技术，再回国为祖国的空间技术献计献策献力，走一条“师夷长技以制夷”的捷径，可以缩短自己在黑暗中摸索的时间。

个人的计划打算是，毕业后先不急于寻找工作，先去读研深造，等自身有了较强的专业知识和较高的能力水准后再投入到工作中去!从而可以发挥更大的价值！

第四篇：毕业论文：全面质量管理在(酒类)印刷包装行业的应用

目录

一、概论 4

（一）酒类包装企业的生存现状 4

（二）酒类包装企业的质量管理概况 5

（三）研究全面质量管理在酒类包装企业应用的意义 6

二、全面质量管理的主要学术观点 6

（一）全面质量管理的演进 7

1、日本从美国引入全面质量管理 7

2、质量管理中广泛采用统计技术和计算机技术 7

3、全面质量管理的内容和要求得到标准化 7

（二）全面质量管理的定义 8

（三）主要学者对于全面质量管理的观点 8

三、全面质量管理体系的建设 9

（一）全过程的印刷质量管理 9

（二）全员参与的印刷质量管理 10

（三）全方面的印刷质量管理 10

（四）tqm体系的计划、运行和评价 11

四、适合酒类包装企业的全面质量管理工具 12

（一）原材料质量的控制方法 12

（二）过程质量的判定和应用 13

（三）质量改进的通用模式 13

1、pdca循环的应用 13

2、质量改进的步骤 14

（四）质量改进工具的应用 15

五、总结 16 参 考 文 献 18

毕业论文：全面质量管理在（酒类）印刷包装行业的应用

全面质量管理在（酒类）印刷包装行业的应用

摘要：随着国内白酒市场的迅速发展，酒类印刷包装行业也迎来了春天，如何在市场中异军突起，毫无疑问产品质量是关键。但是目前我国酒类包装企业在产品质量管理方面处于落后，不具备完整的质量管理方法和体系。因此本文将探讨全面质量管理（tqm）在酒类印刷包装企业的应用，寻找适合酒类包装企业应用的全面质量管理理论和方法，摸索出长效体系的质量管理方法。本文将从四个部门讨论这个命题。第一部分，概述我国现阶段酒类包装企业的生存现状和质量管理现状。第二部分，回顾质量管理的演进历史和主要学者的观点。第三部分，讨论全面质量管理体系的构建。第四部分，研究适合酒类包装企业的全面质量管理工具。最后进行总结。

关键词： 全面质量管理 酒类包装 印刷企业 pdca循环 abstract: with the rapid development of the domestic wine market, wine printing and packaging industry has also ushered in th。，全国酒类包装处于抑制性爆发增长状态，加之以前酒类包装企业较少，市场处于供少于求的状态，基本能够形成产能的企业都能获得大量的订单。且由于市场进入者较少和上游酒厂对于印刷行业的不了解，此阶段酒包装行业具有超额利润。改革开放十年后至2000年初，以较低价格为制胜关键的阶段。随着越来越多的企业进去酒包装行业，竞争加剧，主要表现在价格方面的竞争。市场开始从卖方主导转向到买方主导。2000年以来，以质量和价格为制胜关键的阶段。由于国内白酒市场的快速发展，酒类包装发展为涵盖高中低档次，产品价格覆盖区域广，对于高端包装质量严格要求的市场格局。因此在原来价格竞争的基础上，只有能够把控好产品质量的包装企业才能获得上游企业的青睐。

（二）酒类包装企业的质量管理概况

由于我国大多数酒类包装企业创办时间都比较短暂，无论是机器设备还是管理手法都比较落后，同比国内其他的产业，如机械制造、化工行业，都不具有完整的行业标准，酒包装行业其自身的特殊性也决定了其质量管理的缺点。因为酒包装不是最终产品，采购者不是最终消费者，这其中就有可能产生对于质量的不同理解。虽然随着整个白酒市场的发展，酒包装行业也越来越正规，酒类包装企业越来越注重产品质量，但是内在和外在环境决定了目前产品质量管理在实际生产中还是裹足不前的。

另外一方面，虽然有很多酒类包装企业主动积极参与了iso质量体系的建设和认证，但在成功认证之后，iso质量体系只成为了企业对自身产品质量的标榜，实际生产之中并没有全力贯彻和执行下去。酒包装产品质量的把控还停留在简单的原材料、半成品和成品的抽样检验之中。而酒类印刷包装具有工序多的特点，从原纸裁切到印刷印后加工不下经历四五道工序，因此目前这种简单抽样的方法已经无法满足酒类包装企业对于产品质量把控的要求了。

（三）研究全面质量管理在酒类包装企业应用的意义

随着整个白酒市场的爆发性增长，整个酒类包装市场也成极速成长的态势。而上游白酒企业对于酒类包装质量的要求越来越高，尤其是中高端白酒。因此对于酒类包装企业来说，狠抓产品质量成为了能否获得酒企订单的关键。而传统的质量管理方面已经不再适应现代化酒类包装企业的发展要求。全面质量管理作为国际上领先的公认的成熟的质量管理方法对于酒包装企业的质量建设就显得迫在眉睫，而且区别于以往的质量管理方面局部性和事后性，全面质量管理能够为酒包装企业建立一整套的从原材料监督到生产程序监控到最终产品质量检验的完善体系，同时从员工入手，使员工形成质量的意识而不是原来单纯追求产量的观念。使酒类包装企业能够形成一套长期有效的提高并稳定产品质量的方法，对于酒包装企业有重要的意义。

二、全面质量管理的主要学术观点

（一）全面质量管理的演进

全面质量管理（tqm）的四个发展阶段

从1961 年菲根堡姆提出全面质量管理的概念开始，世界各国对它进行了全面深入的研究，使全面质量管理的思想、方法、理论在实践中不断得到应用和发展。概括地讲，全面质量管理的发展经历了以下四个阶段：

1、日本从美国引入全面质量管理 1950 年，戴明博士在日本开展质量管理讲座，日本人从中学习到了这种全新的质量管理的思想和方法。当时，全面质量管理的思路和概念并没有像如今一样被完整地提出来，但是它对日本经济的发展起到了极大的促进作用。到1970年，质量管理已经逐步渗透到了全日本企业的基层。

2、质量管理中广泛采用统计技术和计算机技术 从20 世纪70 年代开始，日本企业从质量管理中获得巨的收益，充分认识到了全面质量管理的好处。日本人开始将质量管理当作一门科学来对待，并广泛采用统计技术和计算机技术进行推广和应用，全面质量管理在这一阶段获得了新的发展。

3、全面质量管理的内容和要求得到标准化

随着全面质量管理理念的普及，越来越多的企业开始采用这种管理方法。1986年，国际标准化组织iso 把全面质量管理的内容和要求进行了标准化，并于1987年3月正式颁布了iso 9000系列标准，这是全面质量管理发展的第三个阶段。因此，我们通常所熟悉的iso 9000系列标准实际上是对原来全面质量管理研究成果的标准化。质量管理上升到经营管理层面随着质量管理思想和方法往更高层次发展，企业的生产管理和质量管理被提升到经营管理的层次。无论是学术界还是企业界，很多知名学者如朱兰、石川馨、久米均等人，都提出了很多有关这个方面的观念和理论，“质量管理是企业经营的生命线”这种观念逐渐被企业所接受。

（二）全面质量管理的定义

全面质量管理total quality management（tqm）： 是指在全面社会的推动下，企业中所有部门，所有组织，所有人员都以产品质量为核心，把专业技术，管理技术，数理统计技术集合在一起，建立起一套科学严密高效的质量保证体系，控制生产过程中影响质量的因素，以优质的工作最经济的办法提供满足用户需要的产品的全部活动。

（三）主要学者对于全面质量管理的观点

戴明最出名的是开发一个系统的统计质量控制。他认为，质量必须内置到产品中的各个阶段，以实现高水平的卓越。他介绍了统计作为一种管理工具，并依赖于统计过程控制为手段，管理过程中的变化。他开发了被称为戴明链反应，质量提高，成本降低和生产率就会增加，从而导致更多的就业机会，更大的市场份额和长期生存。朱兰介绍了管理方面的规划，组织，控制和集中管理的责任，以达到设定目标的质量和需要。朱兰质量定义为适合使用设计，一致性，可用性，安全性和现场使用。因此，他的概念更加紧密地结合点的客户视图。他主张十步质量改进，有一个更广泛的概念比戴明强调实现全面质量管理的责任。

克罗斯比（1979）强调动机和规划，统计过程控制和解决问题的技巧，戴明和朱兰不纠缠。和戴明一样，克罗斯比有他自己的14点，他认为是质量好的公司采用的做法。他认为，质量是免费的，因为预防永远是小成本低于检测，校正和失败的成本。阿曼德•费根鲍姆还实现了通过他的作品与日本的知名度。不像戴明和朱兰，他用全面质量控制（tqc）的方法，很可能是今天的tqm的先行者。他定义为“一个有效的系统集成的质量发展，质量维护的全面质量管理，质量改进组织中的各个群体的努力，以便使生产和服务，允许全面的客户满意度在最经济的水平”（戴尔，1994）。

三、全面质量管理体系的建设

（一）全过程的印刷质量管理

在全面质量管理的理论中，产品质量的差异并不是由最后的产品质量检验所决定的。全面质量管理的理论认为，产品的质量形成于产品生产的整个流程。保证和提高产品质量的前提是从产品设计之初开始严格把控，然后到原材料采购、生产流程监督、销售以及售后服务等环节都实行严格的质量管理。全过程的质量管理把管理的重心从最后的产品检验转移到生产前的控制中，以达到消除隐患的效果，充分体现了质量管理工作中“预防第一”的原则，从而形成稳定和优异的生产质量。

（二）全员参与的印刷质量管理

由于酒类包装生产过程中涉及到多个生产工序，因此在产品的质量也与各道工序的部门与员工息息相关。全面质量管理要求企业的管理者、技术人员以及每一个一线工人都要参与质量的管理，同时对所有员工进行关于质量的教育和培训。酒类包装生产过程繁琐复杂，因此需要充分调动每个参与者的生产积极性，让每一位员工都充分参加到质量管理建设之中。并以此为契机，促进生产环节内部各个工序和部门之间的紧密程度。同时通过一定的奖惩制度使所有生产部门和所有员工充分发挥质量管理的职责，最终已达到提高酒包装制品的质量。

（三）全方面的印刷质量管理

在酒包装生产的质量管理中，不能仅仅把产品质量的把控作为质量管理的唯一内容。而应该把工作质量也纳入到质量管理的范畴之中。应该把改善和提高整个生产流程的工作质量为重点来提高产品的质量。从而全面的而不是仅仅从生产链的最后预防和识别质量不合格的产品。同时在满足采购商的需求的条件下降低生产成本、在规定的时间内交货和给予采购商更周到的服务。

（四）tqm体系的计划、运行和评价

质量管理体系受制于客户需求、生产目标以及最终产品、成产过程等因素。

第五篇：碳纤维复合材料在航空中的应用

碳纤维复合材料在航空中的应用

摘要：碳纤维复合材料由于其质轻高强的特点而在航空领域大量使用，主要介绍了其在飞机上的大量应用，期待我国碳纤维工业能早日达到先进水平。关键字：碳纤维；碳纤维复合材料；商用飞机。1引言 碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度。

碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为23000~43000Mpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。

正是由于碳纤维在力学上的出色性能，碳纤维复合材料(CFRP)被广泛用于航空航天领域。早在上世纪50年代就被用于火箭，而随着80年代高性能复合材料的发展，碳纤维复合材料的应用更加广泛。不仅在火箭、宇航、航空等领域发挥着重要作用，而且广泛应用于体育器械，纺织、化工机械及医学领域。2碳纤维复合材料在商用飞机上的应用 复合材料诞生之时，就由于其质轻高强的性能而与航空航天器结下了不解之缘。上世纪40年代开始，复合材料就被用于军用飞机的修补。上世纪80年代，复合材料在商用飞机上得到逐步应用。随之而来的碳纤维革命，尤其是中模量碳纤维性能的提高﹑技术的稳定，使得碳纤维复合材料最终被用于大型商用飞机的主结构。以B787 和A350 为代表的大型商用飞机，其复合材料在飞机结构重量中的占比已经达到或超过了50%，最大的商用飞机A380 的中央翼也完全使用复合材料，这些都是复合材料在大型商用飞机上使用的里程碑。2.1商用飞机上主要的CFRP构件[1] 目前，商用飞机上使用的复合材料大部分是碳纤维环氧复合材料，也包括一些玻璃纤维环氧复合材料，以及少量的特种基体树脂复合材料。其应用分为三个大类，即一级结构材料、二级结构材料和内装饰材料。如图所示：

2.2主要的纤维和基体类型

在选用的纤维方面，通用级 T300 碳纤维 CFRP 可用来制造飞机的二次结构部件。例如，T300/ 5208用来制造B757、B767 和B777的二次结构部件。但因T300的抗拉强度仅为 3.53 GPa，抗拉模量为 231 GPa，特别是断后延长仅有 1.5 %，满足不了制造一次结构件的要求。随后开发成功的高强中模型碳纤维在上述 3 项质量指标有了大幅度提高，再配套韧性环氧树脂所制高性能CFRP 就可用来制造大飞机的一次结构件。主要的高强中模碳纤维品牌及性能如下表所示：

由表中数据可知，这类高强中模碳纤维的性能比通用级 T300 有了大幅度提高。我国目前还不能生产这类高性能碳纤维，处于实验室研制阶段，有望在“十一五”期间有所突破。通用型环氧树脂固化后属于脆性材料，需增韧改性为韧性基体树脂。高强中模碳纤维与韧性基体树脂复合后所制韧性CFRP可用来制造大飞机的一次和二次结构件。其中，具有代表性的是T800H/3900-2（P2302）和 IM7/8551-7。热固性树脂（TS）为母相，热塑性树脂（TP）为分散相，两者均匀混合固化成型。在热固化成型过程中，TS 成为三维交联体，TP 仍保持线性特性，赋予CFRP韧性。这样可制得韧性CFRP。T800H/3900-2（P2302）是典型的用来制造大飞机一次和二次结构件的韧性复合材料。

2.3韧性 CFRP 在大飞机上应用需关注的技术关键[2] 随着碳纤维性能的不断提高，增韧改性基体树脂的不断深入和复合技术的日趋完善，韧性CFRP 在大飞机上的应用逐步拓宽。未来500～600座的大飞机将成为航空客运的主力机型。为此，需要解决好以下几方面的问题：

(1)设计允许应变达到0.6%，可用冲击后抗压缩强度（CAI）来评价。这就需用高强度、大伸长碳纤维与韧性基体树脂来复合。例如，T800H/3900-2 或 IMT/8551-7 的韧性预浸料，可达到上述指标。

(2)提高抗 CFRP 的抗冲击强度，需采用高强度、大伸长碳纤维。例如，T700S 断后延长高达 2.1 %。上浆剂中可含有热塑性塑料微粒，提高其韧性。

(3)提高冲击损伤后的抗压缩强度（CAI），需采用高强度、大伸长碳纤维与韧性环氧树脂复合。控制碳纤维石墨微晶尺寸，也可提高抗压缩强度。同时，研究韧性耐热的热可塑性树脂，作为新一代韧性基体树脂。

(4)提高抗层间剪切强度（ILSS），改善两相界面粘接强度，有效传递载荷。同时，采用三维编织物和 RTM 成型技术，也可有效提高 ILSS 和防止层间剥落现象。

(5)提高CFRP的耐热性，以适应超音速飞行。除提高基体树脂的耐热性外，也应关注碳纤维表面上浆剂的湿热性能。吸湿会降底 CFRP 性能。

(6)采用整体成型的先进复合技术来制造大型构件，如体翼一次成型技术。这不仅提高整体复合件的性能，而且可大幅度减少零件数目和紧固件数目，有利于降低生产成本。3碳纤维复合材料在发动机和短舱上的应用[1] 复合材料在商用飞机上的另一个主要应用领域是在发动机和短舱，而发动机叶片，例如，GE90 的发动机叶片，则是这种应用的典范。GE90叶片使用的是8551-7/IM7预浸料，通过热压罐工艺成型获得，这种环氧中模量碳纤维预浸料具有极高的韧性和损伤容限，可以满足叶片苛刻的性能要求。

发动机复合材料叶片的另一种制作工艺是使用3D碳纤维织物，用环氧树脂灌注而成。这种技术充分利用了3D织物的特点，用其制得的复合材料具有低裂纹扩展性、高能量吸收性以及耐冲击、抗分层性能。即将用于C919客机的Leap-X1C即使用这种技术。

复合材料除了提供结构贡献以外，在发动机和短舱上的另一个贡献是降噪。在B787的发动机和短舱上使用了一种降噪蜂窝，用其作为芯材、环氧预浸料作为蒙皮的夹层结构起到了良好的降噪效果，使B787被誉为最安静的飞机，这也是B787的亮点之一。4碳纤维复合材料在飞机上的其他应用 通用小飞机的结构简单，有的小飞机机身甚至甚至可以使用玻璃纤维预浸料为蒙皮的蜂窝夹层结构，而外翼的翼樑则可以使用单向碳纤维复合材料制造。生产工艺上，从节约成本考虑，较为普遍采用的是非热压罐工艺。碳纤维复合材料在直升机上的应用也十分广泛，除机身、尾樑等结构件以外，还包括桨叶、传动轴、高温整流罩等对疲劳、湿热性能有更高要求的部件。特别是复合材料桨叶的使用，把桨叶的使用寿命从金属的2000小时提高到了复合材料的6000小时以上，甚至是无限寿命，并且两者的制造成本几乎相当，因此使用复合材料取代金属材料也成为必然。

碳/碳（C/C）复合材料则是制造飞机刹车装置的优异材料。例如著名的B-2战略轰炸机、空客A320均采用C/C复合材料刹车装置。这些先进的 C/C刹车装置可有效地把飞机降落过程中的动能转化为热能，不仅刹车制动的安全性高，而且可有效减轻质量。例如160 座的空客 A320，采用的C/C刹车装置可减质量140 kg。这种 C/C 刹车装置已在战机和客机上得到广泛应用。[3] CFRP 还可用来制造隐身飞机。B-2 战略轰炸机属于隐身飞机，其雷达散射截面积

（RCS）仅有0.1 ㎡，不易被对方雷达发现，大大增加了突防能力和生存概率。B-2 轰炸机大量采用先进的特种 CFRP，所用碳纤维的截面积不是圆形，而是异型截面，如方形截面，且在表面沉积 1 层多孔碳粒或附着1 层多孔微球，实施对雷达波的散射和吸收，赋予其吸波功能。这种结构吸波和涂层吸波相叠加，大大增强了综合吸波动功能。这也就是说，特种 CFRP 不仅是结构材料，而且也是结构吸波材料。[3] 5我国碳纤维复合材料发展现状 我国较早地意识到碳纤维的研制和生产对军事工业发展和国民经济具有重要作用，早在20 世纪60 年代末就开始研制碳纤维，经过 40 余年的发展，碳纤维从无到有，从研制到生产取得了一定的成绩。但总的来说，国内碳纤维的研制与生产水平还较低，一直没有在高标号碳纤维研究上取得突破性进展。我国碳纤维产业未实现大规模工业化生产，产品规格单一。近些年来，由于我国对碳纤维需求量的日益增加，碳纤维又成为国内新材料业研发的热点。但是，除极个别企业外，大多数引进项目的技术和设备水平属国际中下等，生产的碳纤维产品也未达到高端水平。引进后的消化、吸收与创新是碳纤维行业面临的重大课题。[4] 我国碳纤维工业与先进国家相比存在15 年左右的差距，我们还不能生产高强中模碳纤维，T300仍处于产业化阶段。实验室研制高强中模碳纤维虽然取得长足进步，但产业化仍有一段路要走。在国家大力支持和有实力民营企业的介入，缩短产业化时间已具备条件，高强中模碳纤维指日可待。[5] 参考文献

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