电子束固化在军机先进复合材料结构修理中的应用探讨

曹雷

【摘 要】本文主要针对军用飞机中复合材料的使用情况展开探讨，并且对先进复合材料结构修理技术进行详细的分析。主要是对当前军用飞机先进符合材料结构技术进行详细的探讨，提出在此过程中电子束固化所起到的重要作用，同时还就电子束固化各方面进行详细的分析及探讨，对其在军用飞机复合材料结构修理中的具体应用进行探讨。

【关键词】电子束固化；军机；先进复合材料；结构；修理；应用探讨

近年来，我国军用飞机飞行器的材料选择已经逐渐选用先进的复合材料，在修理技术研究方面的力度也越来越强。飞机复合材料维修的主要目的就是使得军用飞机能够恢复到最佳的使用功能，在维修过程中最重要的维修项目就是对军用飞机力学性能的维修。目前，我们已经掌握的复合材料维修技术中固化所起到的作用最大。近年来，电子束固化得到显著的发展，其技术已经能够成为军用飞机复合材料结构维修的关键技术。

1 飞机复合材料应用现状

以高性能树脂为基体、高性能纤维等为增强材料并通过一定的复合工艺所制成材料称为先进复合材料。在发展历程上，它发祥于20世纪70年代，直接迎合了航空、航天和国防等尖端技术领域的需求，到今天为止，先进复合材料仍然对武器装备的现代化起着十分关键的支撑作用，并且这种作用在航空业今后的发展中会更加突出。飞行器采用复合材料的根本原因是减轻质量，提升飞行器的性能。但是，到目前为止，这一预言并没有按照预期实现，究其根本原因就是复合材料构件在成本上远远高于铝合金构件。然而对于军用飞机来说，首要的考虑因素是其生存力及其作战性能，而不是制造成本。因此随着科学技术的进步，更多以及更优异的先进复合材料不断地被研制出来，并且不断地在军用飞机上得以最先应用，从而使军机的各项性能进一步优化和提升。因此随着复合材料在军用飞机上使用量的不断增加，对这些材料在制造和使用过程中出现的损伤进行有效的维护、修理已引起人们的广泛关注。

2 先进复合材料结构修理

由于飞机先进复合材料结构零件的制备和成型过程是同时完成的，因此在材料制备过程中的缺陷及复合材料在不当使用和环境适应性出现问题等可能会形成腐蚀、脱粘、表面鼓起等损伤。另外，复合材料脆性较大，在载荷过大或较小的冲击载荷作用下均容易使其结构出现破损，从而对其刚度和强度具有一定的影响。因此，即使复合材料用于飞机结构有很多优点，但是我们必须要积极发展其结构修理技术，从而可以为复合材料的进一步深入以及广泛应用提供保证。

就复合材料结构修理方面来讲，该结构修理主要从寿命预测及损伤控制、修理技术、新型固化方式及质量评估四个方面来进行，并且对每个方面都进行详细的分析和研究。

寿命预测及损伤控制就是对先进复合材料进行部位评估，找出容易出现故障的部位，然后对其进行实时的监控，这样能够在发现问题的同时对其进行及时的处理。修理技术研究主要就是对复合材料结构修理进行分析，其中包括各项具体的技术，对每项技术都记性深刻的研究。质量评估主要指的是对已经修理完成的结构和零部件进行质量检测，测定其质量是否达标。

在修理区域进行军用飞机维修和保养的过程中，会受到多种因素的影响，尤其是在材料温度控制方面，要求要让材料处于低温状态下才能够进行固化，并且固化之后不需要对其进行任何的处理。这是由于要想达到固化的标准就必须处于低温、压力小的环境下进行，所以说，在对军用飞机复合材料进行修理过程中不能使用热压罐的方式，必须要研究出低温低压的固化方法。从目前情况来看，飞机复合材料在生产和修理过程中具备很多的固化方式，在这些方式中最为突出的就是电子束固化，其目前已经被广泛应用于军用飞机先进复合材料结构修理过程中。所以，电子束固化应用于军用飞机复合材料结构修理中是最佳的方式。

3 电子束固化修理

电子束固化技术是近年来兴起的固化技术，其主要原理是利用电子束照射的形式来对想要固化的部分进行固化，使得先进复合材料发生一系列的反应，最终完成材料固化。

3.1 电子束固化技术的特点

电子束固化技术与传统固化方式相比具有很大的优势，电子束固化技术对热量没有较高的要求，其是近几年兴起的新型固化技术。其主要优点有以下几点：第一点，对温度没有较高的要求；第二点，固化时间比传统固化技术时间要短；第三点，在固化零件上没有过多的限制；第四点，能够将需要固化区域和不需要固化的区域精准的区分开，能够有效避免材料受到多余的固化；第五點，电子束固化能够对存放多年的树脂进行固化；第六点，电子束固化不会产生污染物质。

3.2 电子束固化设备

电子束固化设备的应用过程以及固化过程都已经被记录在多种专业书籍当中，在书籍中对其进行了详细的分析和记录，本文对此不做过深的探讨。与传统热压罐固化方式相比来讲，电子束固化在各个方面都优于热压罐固化，并且在固化过程中产生的成本也较低，其固化过程中所需的电子加速器价格也有比较优势。

3.3 适用于电子束固化方式的修理材料

电子束固化方式的修理材料主要是应用于树脂当中，主要被分为两大类，第一类是丙烯酸酯类，但是这种类别在被固化之后物理方面的性能较弱。所以说在军用飞机复合材料休息过程中很少运用这类树脂。第二类是环氧树脂，这类树脂在各个方面都具有很高的优势，所以说这类树脂在军用飞机先进符合材料结构修理过程中经常被用到。

3.4 电子束固化技术应用

军用飞机在修理过程中更加看重修理时间，修理时间关乎战争的胜负，只要修理时间短，成本多少不是关键。这时因为飞机如果修理时间过长，那么其战斗力就会急剧下降，最终造成严重的损失。

国外一些国家已经对电子束固化技术进行详细的分析和探讨，美国、加拿大等部分民用航空公司在很早之前就已经应用电子束固化技术，到目前为止，这种技术已经得到广泛的应用，尤其是在飞机发动机风扇整流装置修理过程中，其运用的电子束固化材料主要是：1L0：耐高温环氧树脂和1L0：耐高温环氧树脂。这两种树脂都是经过严格的审核才进行实际运用的，并且已经取得显著的成效。

4 结语

电子束固化技术是目前为止最被看好和关注的技术，已经地到多个国家的高度重视。然而，在军用飞机先进符合材料结构修理过程中运用电子束固化技术还存在很多急待解决的问题，这些问题主要包括：相对于传统固化方式，电子束固化技术对于树脂的要求较高，适用于军用飞机的树脂目前品种较少；缺乏外场修理可用的高能量电子加速器等，只要能克服上述不利因素，快速、高效的修复飞机复合材料也就能顺利实施。

【参考文献】

[1]宋恩鹏，曹奇凯，赵清华，等.军机DFR方法在钛合金电子束横焊缝结构上的应用验证[J]. 应用力学学报， 2014（5）：715-720.

[2]黄伟，张宗军，苏宏，等.电子束CT增强双期扫描和血管重建对Budd-Chiari综合征的评价[J].中国医学影像技术，2003，19（8）：1005-1007.

[3]况军，李刚，相珺，等.AZ31镁合金表面强流脉冲电子束铝合金化研究[J].特种铸造及有色合金，2009，29（11）：1064-1067.

[4]范湘军，王仁卉，彭友贵.加速器——电子显微镜联机及其在材料科学研究中的应用[J].原子核物理评论，1991，8（1）：30-34.endprint