近日，美国Patz材料技术公司与美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室合作开发 了一种新型的光学单体壳，具有减重80%、近零热膨胀等特性，同时适用于商业航天领域的规模化生产。当下，全球的商业航天业发展突飞猛进。根据2023年1月，麦肯锡（McKinsey）管理咨询公司发布的一份报告，全球小 型卫星的发射数量将从2022年的1740颗猛增到2030年的3000颗以上。

美国航天技术咨询公司NSR也预测，在2021到2030年间， 全球将共计发射24700颗卫星。Patz公司总裁Nick Patz表示，公司已经为大型卫星制造商生产了20多年的高模量、高性能碳纤维 预浸料，而现在生产模式发生了巨大变化。过去每月生产一颗卫星的时代已经一去不返，商业航天产业正在经历每月生产数百颗卫 星的技术变革。

尽管商业卫星正在向小型化发展，但对零部件高强度、高模量、低密度和低热膨胀系数的性能要求一直未变。为此，Patz公司专门开发了一种碳纤维增强环氧树脂模塑料，以适应商业航天的生产节拍。美国LLNL实验室空间计划的硬件开发团队也在持续推进小型卫星相关技术的发展。

目前，该外壳采用因瓦合金（Invar）制造， 其热膨胀系数约为1.3（微米/米）/ºC。Invar是一种含铁36%的镍合金，重量重、价格昂贵，需要几个月的交货期。

随着科技的不断进步，复合材料在航空航天领域的应用越来越广泛。复合材料具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点，因此在航空航天领域具有广泛的应用前景。本文将详细介绍复合材料在航空航天领域的应用及优势。

一、复合材料在航空航天领域的应用

1. 飞机制造

复合材料在飞机制造中具有广泛的应用。例如，碳纤维增强塑料（CFRP）作为一种重要的复合材料，具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点，因此在飞机制造中得到了广泛应用。波音787客机采用了大量的CFRP，使得机身重量比传统铝合金机身轻20%，同时提高了飞机的燃油效率。

2. 卫星制造

卫星的制造也需要使用高性能的材料。碳纤维增强碳（C/C）复合材料具有优异的耐高温性能和轻量化性能，因此在卫星制造中得到了广泛应用。C/C复合材料可以承受高温和低温的极端环境，并且具有较好的强度和刚度。

3. 火箭制造

火箭制造需要使用高强度、轻质和耐腐蚀的材料。碳纤维增强塑料（CFRP）和钛合金复合材料在火箭制造中得到了广泛应用。这些复合材料可以减轻火箭的重量，提高有效载荷，同时提高火箭的可靠性和安全性。

二、复合材料在航空航天领域的优势

1. 重量轻

复合材料具有重量轻的优点，因此在航空航天领域可以显著降低机身重量。例如，碳纤维增强塑料（CFRP）比传统的铝合金具有更轻的重量，同时具有更高的强度和刚度

2. 强度高

复合材料具有高强度的优点，可以承受大载荷和高应力。例如，碳纤维增强塑料（CFRP）的强度比钢材更高，因此可以替代部分金属材料。

3. 耐腐蚀

复合材料具有良好的耐腐蚀性能，因此在航空航天领域可以大大提高设备的使用寿命。例如，碳纤维增强塑料（CFRP）可以在各种腐蚀环境下保持稳定的性能。

4. 设计和加工性能好

复合材料具有良好的设计和加工性能，可以根据不同的需求进行定制化生产。例如，碳纤维增强塑料（CFRP）可以通过不同的铺层方式来调整材料的性能，同时具有良好的加工性能和可修复性。

5. 成本效益高

随着制造技术的不断进步，复合材料的制造成本逐渐降低，因此在航空航天领域可以带来更高的成本效益。例如，碳纤维增强塑料（CFRP）的制造成本逐渐降低，因此在飞机制造中得到了广泛应用。

三、结论

复合材料在航空航天领域的应用和优势得到了广泛的认可和关注。复合材料具有良好的性能和设计加工性能，可以提高设备的性能和使用寿命，降低制造成本，因此在航空航天领域具有广泛的应随用着前科景技。的不断进步和制造技术的不断改进，复合材料在航空航天领域的应用将会更加广泛和深入。

2021年，Patz公司与LLNL合作开发因瓦合金外壳的替代品——采用60%6K高模量碳纤维增强碳纳米管（CNT）改性PMT -F16环氧树脂复合材料生产的单体光学外壳。该项目成果不仅证明了能够以小重量满足所有金属外壳性能的要求，而且在充分挖掘 复合材料性能和成型工艺优势的设计过程中也展现出了更多的优势。

复合模塑料由预浸料短切后模压制成部件，其中的增强体为单向碳纤维丝束，基体为改性环氧树脂。CNT的加入，很好地提高 了基体树脂的力学性能，同时有效提高了增强纤维和树脂之间的载荷传递能力。换句话说，复合模塑料是包含有CNT增强环氧树脂 复合材料的碳纤维增强环氧树脂复合材料。其出众的性能还同时解决了金属预埋件易拔出的问题。

文章来源： 环氧树脂及应用，乐观的熊猫仔