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裕豐碳纖維為您講講碳纖維強(qiáng)度那么高，為什么戰(zhàn)斗機(jī)不用碳纖維復(fù)合材料而是用合金?其實(shí)現(xiàn)在的戰(zhàn)斗機(jī)中有越來(lái)越多的地方使用了碳纖維復(fù)合材料了。為什么說(shuō)是碳纖維復(fù)合材料而不是碳纖維呢?因?yàn)樘祭w維直接拿過(guò)來(lái)是不能用的，纖維就像一束頭發(fā)絲(當(dāng)然更細(xì)的多)，必須要有基體和它復(fù)合成型才可以。
但是在戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)體、機(jī)翼部分，用碳纖維復(fù)合材料的還比較少，因?yàn)樘祭w維一旦復(fù)合，其性能有勢(shì)里的密度優(yōu)勢(shì)會(huì)受到不同基體影響而削弱，如果用環(huán)氧啥的，纖維含量不高的復(fù)材在比強(qiáng)度上不比鋁、鎂合金強(qiáng)多少。
1、碳纖維材料成型加工問(wèn)題
任何材料不管紙面性能再逆天，如果無(wú)法成型，或者成型后性能大幅下降，都難有使用價(jià)值的。碳纖維就有這個(gè)問(wèn)題，對(duì)于簡(jiǎn)單的板材，管材，可以用編織纏繞來(lái)解決，也比較容易批量生產(chǎn)。但對(duì)于形狀稍復(fù)雜的構(gòu)件，合金還可以通過(guò)鑄造，打印，塑性加工等手段實(shí)現(xiàn)，但碳纖維則不能在樹(shù)脂固化后大變形，也就是說(shuō)只能一次做成所需的形狀。聽(tīng)起來(lái)比合金簡(jiǎn)單，但是問(wèn)題恰恰在此，如何讓碳纖維在復(fù)雜結(jié)構(gòu)中分布均勻，受力，承載均勻呢?三維編織?那樣一個(gè)構(gòu)件要編織多久才行?所以這也限制了碳纖維在這方面的應(yīng)用。
2、碳纖維材料的韌性
合金大多可以焊接，難焊接的也可以鉚接，對(duì)于碳纖維復(fù)材，幾乎除了鉚接就是膠接，連接件帶來(lái)了大量的增重，并帶來(lái)了可靠性上的問(wèn)題。那么問(wèn)題來(lái)了，我碳纖維一體成型不就好啦?連接件都不需要。理論上這樣子是最好的，可是使用方一定會(huì)氣死。比如一塊蒙皮，鋁合金在遭受沖擊等損壞，可以變變形回復(fù)原來(lái)樣子，實(shí)在不行還能熱處理一下繼續(xù)用。復(fù)材呢?抱歉，返廠換新構(gòu)件吧。
飛機(jī)在飛行過(guò)程中有受到撞擊的風(fēng)險(xiǎn)，比如鳥類。如果使用碳纖維材料制造面積較大的機(jī)翼等部件，在遇到高速撞擊后極易發(fā)生大面積的材料分解斷裂，后果是毀滅性的。這個(gè)時(shí)候我們就必須放棄更輕、剛性更好的碳纖維，因?yàn)樗容^脆;而選擇不那么脆的材料，比如韌性較好的鋁合金。
而尾翼、雷達(dá)罩蓋等面積較小、碰撞風(fēng)險(xiǎn)較低的部位，選用碳纖維材料制造，可以明顯降低機(jī)體重量而不帶來(lái)額外風(fēng)險(xiǎn)。
3、碳纖維材料的耐高溫問(wèn)題
戰(zhàn)斗機(jī)的速度一般來(lái)說(shuō)高于民用飛機(jī)，短時(shí)間內(nèi)的變速需求也明顯高過(guò)后者。機(jī)翼、機(jī)體等大面積的部件在飛行過(guò)程中與空氣摩擦?xí)a(chǎn)生極高的溫度。按照美軍用F22的數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，機(jī)翼表面工作溫度最高在230-250攝氏度之間。
雖然碳纖維本身?yè)碛薪咏?000攝氏度的熔點(diǎn)，但用于工業(yè)制造的碳纖維復(fù)合材料并沒(méi)有這么高的熔點(diǎn)，原因是用來(lái)做基材的樹(shù)脂材料并沒(méi)有太耐高溫。因此，上文提到的F22在必需用碳纖維材料制造機(jī)翼的情況下，采用了表層涂雙馬來(lái)聚酰胺樹(shù)脂的工藝，使耐溫達(dá)到260攝氏度以上。當(dāng)然，現(xiàn)在我們有更高耐溫的碳纖維復(fù)合樹(shù)脂材料了。
回到問(wèn)題本身來(lái)說(shuō)，正因?yàn)樘幚砀吣蜏貜?fù)合材料的工藝和成本都極高，所以選用成熟的鋁合金材料制造，是很符合常理的。但現(xiàn)在碳纖維復(fù)合材料也是廣泛地應(yīng)用于戰(zhàn)斗機(jī)的碰撞風(fēng)險(xiǎn)低、不與空氣大面積摩擦的部位了。
碳纖維有比合金更高的強(qiáng)度，為什么戰(zhàn)斗機(jī)不用碳纖維?