Materiale folosite în industria aerospațiala

În industria constructiilor aerospatiale, de exemplu, 70% din sectorul termic al navetei spatiale Columbia a fost realizat cu placute de rasini epoxidice armate cu fibra de sticla, iar la naveta Discovery, 87 % din masa totala a fost realizata din materiale compozite. In constructia aeronavei Airbus A320 prin utilizarea materialelor plastice armate cu fibra de carbon la constructia sectiunii centrale a fuselajului s-a redus masa acestuia cu 33 % si a timpului de fabricatie cu 20%. S-a redus totodata si consumul de combustibil. Antena satelitului Intersat IV este realizata integral din rasini epoxidice armate cu fibre de carbon. Extinderea cercetarilor stiintifice si tehnologice în domeniul fibrelor sintetice de ranforsare, metalice sau ceramice si a rasinilor sintetice rezerva o mare perspectiva utilizarii materialelor compozite de aceasta natura. Fibrele carbon sunt larg utilizate în tehnologiile spatiale (rezistenta la rupere a unei bare cu sectiunea de 1 cm2, din fire carbon, este de circa 14,5 ori mai mare decât a otelului). Rezistenta la temperaturi înalte, de 3.000°C, a determinat utilizarea acestora ca materiale pentru realizarea motoarelor de turboreactoare si rachete. Fibrele de bor si de bor-aluminiu, ca fibra matrice, au proprietati chimice si mecanice superioare fata de celelalte fibre de ranforsare, dar, fiind mai scumpe, sunt utilizate doar în industria aerospatiala si aeronautica. Conditiile principale impuse materialelor plastice utilizate in acest domeniu sunt: sa reziste la temperaturi ridicate si scazute, sa nu arda, iar daca ard sa nu produca fum. Astfel hublourile avioanelor se confectioneaza din policarbonat rezistent la foc si care are si o exceptionala rezistenta la soc. Pentru cabinele de pasageri se fosesc laminate din rasina epoxidica sau fenolica ranforsate cu fibre de sticla si acoperite cu un strat metalic subtire pentru o cat mai buna rezistenta la foc. La constructia navelor spatiale se utilizeaza placi cu structura sandwich de grafit-rasina epoxidica-bor-aluminiu care rezista la temperaturi ridicate.

1. Aliajele

Majoritatea metalelor pe care le folosim sunt aliaje, amestecuri in care cel putin o substanta este un metal. Aceasta deoarece metalele pure au rareori proprietatile ideale pentru o anumita sarcina, dar pot fi imbunatatite prin adaugarea altor metale. Proprietatile fizice ale unui metal, precum rezistenta, duritatea, punctul de topire si conductivitatea electrica, depind de structura sa cristalina. Aceasta se modifica atunci cand metalul este amestecat cu o alta substanta. Aliajul rezultat are o structura diferita de a componentelor sale, astfel încat si proprietatile sale sunt diferite.Unele aliaje contin nemetale, precum carbonul, siliciul si fosforul, dar majoritatea aliajelor sunt facute în întregime din metale. Otelul este un aliaj de fier si carbon, dar otelurile aliate au elemente de aliere aditionale, precum nichelul, siliciul, manganul si cromul. Acestea modifica structura de baza a otelului, astfel încat se pot aplica forme variate de tratare pentru a face otelul sa fie mai dur, mai moale, mai elastic sau mai rezistent, în functie de necesitatile aplicatiei.

Tipuri de aliaje:

a. Aliajele de titan au o importantã din ce în ce mai mare pentru noile generatii de avioane datoritã cresterii cerintelor de rezistenta, rigiditate si fiabilitate. Astfel, in figura de mai jos se aratã ponderea diferitelor materiale folosite la noul tip de aerobuz A380 (2006).

Titanul si aliajele sale sunt utilizate, în primul rând , pentru caracteristicile lor deosebite de rezistentã la coroziune, un raport înalt rezistentã / greutate specificã, rezistentã mare la temperaturi ridicate pânã la 550°C. Aliajele de titan sunt esentiale pentru structurile aerospatiale. Productia mondialã actuala de 100 tone este în crestere si se estimeazã cã va ajunge la 5000 tone/an în 2020. Punerea la punct a unor tehnologii sigure si mai ieftine având în vedere capabilitãtile de rezistentã la temperaturi ridicate va duce la o crestere a rolului aliajelor de titan în constructiile aerospatiale.

b. Aliajele de aluminiu. Producerea aliajelor de aluminiu este relativ recenta, majoritatea materialelor fiind introduse in anii 1900. Aliajele de aluminiu care sunt potrivite pentru turnatorie contin pana la 15% siliciu ,plus cantitati mai mici de metale precum cuprul, fierul, nichelul si zincul. Printre articolele turnate din asemenea aliaje usoare se numara blocurile de cilindri de motor si componentele pentru motoare si fuzelaje de aeronave. Aliajele de aluminiu potrivite pentru alte procese de modelare, precum forjarea, laminarea si trefilarea contin pana la 7% magneziu si circa 1% mangan. Aliajele foarte puternice de acest tip, cu o utilizare larga în aviatie, se obtin cu circa 5% zinc si cantitati mai mici de cupru, magneziu si mangan.

Universitatea Politehnica-Facultatea de Ing. Aerospatiala, Bucuresti