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行业应用 | 优可测助力航空航天材料科研，推动航天事业向前发展

2023年10月24日

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航天工程是一项高度技术化的工程，航空航天材料是指在航空航天领域中广泛应用的材料，其主要特点是具有轻质、高强度、耐高温和耐腐蚀等性能。这些材料在航空航天领域中起着至关重要的作用，需要对航空航天材料进行精密检测，确保材料性能满足航空器、航空发动机、机载设备等关键部件的严格要求。


航天航空材料的发展历程：


在早期的航空航天工程中，主要采用的是金属材料，如铝合金等。这些材料具有优良的机械性能和成型性能，但是密度较大，容易受到腐蚀、耐用性等问题的影响。随着科技的进步和航天需求的增加，航空航天工程开始采用更加先进的材料，如高分子材料和复合材料。在未来，随着科技的进一步发展和需求的不断增加，航空航天材料还将迎来更加广阔的发展前景。

  • 高分子材料是一种具有高分子结构的材料，具有轻质、高强度、耐腐蚀等特点。在航空航天工业中，高分子材料主要用于制造飞机的机身、机翼等零部件。例如，波音787飞机的机身就是采用了大量的碳纤维增强塑料制造而成的。这种材料不仅具有较高的强度和刚度，而且密度比铝合金低约20%-30%，可以大大降低飞机的重量和燃油消耗。

  • 复合材料是一种由两种或两种以上材料组成的材料，具有优异的性能和多种功能。在航空航天工程中，复合材料被广泛用于制造飞机、火箭等载具的结构材料。例如，美国的F-22战斗机就采用了大量的复合材料制造而成，这种材料不仅具有较高的强度和刚度，而且可以抵御高温和高速气流的侵蚀。

  • 除了高分子材料和复合材料之外，还有一些其他的材料也被广泛应用于航空航天工程。例如，超导材料可以用于制造飞行器的电磁系统，具有高效节能、环保等优点。纳米材料可以用于制造高强度、高韧性的零部件，具有优异的力学和物理性能。



航天航空材料的精密测量需求：


一、摩擦磨损后的三维形貌检测：

航天航空领域对材料的安全性要求非常高。摩擦磨损是材料在摩擦接触中产生的一种现象，会导致材料的表面磨损和损伤。

（1）安全性：对材料的表面粗糙度以及三维形貌进行精密测量，可以帮助评估材料的耐磨性，确保材料在使用过程中不会发生严重影响安全性的磨损，从而保证飞行器的安全性能。

（2）寿命预测：航天航空器的使用寿命是有限的，材料的摩擦磨损是导致寿命缩短的一个重要因素。通过对摩擦磨损的材料进行精密测量，可以预测材料的寿命，及时采取维修和更换措施，延长飞行器的使用寿命。

（3）材料优化：航天航空材料的优化是提高飞行器性能和效率的关键。通过对摩擦磨损的精密测量，可以评估不同材料的磨损性能，选择最合适的材料，提高飞行器的性能。

下面是白光干涉仪AM-7000系列检测合金垫片微动摩擦磨损后的三维形貌案例：

二、超光滑元件的表面粗糙度/光滑度以及曲率：


在精密光学领域，一般把Ra值＜0.3nm的元件称为超光滑（超滑）元件。
（1）减小气动阻力：在航空航天领域中，气动阻力是一个重要的问题。表面光滑度越高，气动阻力越小，同时搭配合适曲率的超光滑元件，能够提高飞行器的速度和燃油效率。因此，需要对超光滑元件材料进行曲率、表面光滑度检测，确保符合设计要求。

（2）精密加工控制：超光滑元件通常需要经过精密加工才能实现，因此需要进行超光滑元件的曲率、表面粗糙度及三维形貌各个参数的测量，确保精密加工的控制精度符合要求，从而保证加工质量和效率。

（3）表面质量评估：超光滑元件通常需要进行质量评估，以确保表面的粗糙度、曲率等参数符合要求。此时需要精度达到亚纳米级的精密测量仪器进行检测。

下面是白光干涉仪AM-7000系列检测超光滑透镜的表面粗糙度、曲率检测案例：


三、激光加工、精加工部件的尺寸、形貌检测：


（1）尺寸测量：航天航空材料的尺寸精度要求非常高，激光加工可以实现对材料的微米级尺寸加工。精密测量可以对加工后的尺寸进行准确测量，评估加工精度，确保尺寸符合设计要求。

（2）质量控制：精密测量可以帮助监测激光加工过程中的加工质量，确保加工结果符合设计要求，避免加工缺陷和质量问题。激光加工会对材料表面产生热影响和熔融现象，影响材料的表面质量。精密测量可以对激光加工后的材料表面进行评估，检测表面缺陷、熔融区域等问题，确保材料表面质量达到要求。

（3）加工工艺优化：航天航空材料的激光加工工艺需要不断优化，以满足不同材料和加工要求。精密测量可以对加工工艺进行评估和优化，提高加工质量和效率，推动激光加工技术在航天航空领域的应用和发展。

下面是金属垫片激光刻蚀后的台阶以及垫片中间加工部位形貌的检测案例：


四、涂层、薄膜厚度检测：


（1）保护性能评估：涂层、薄膜通常在航天航空领域中起到保护的作用，例如防腐蚀、耐高温、耐磨损等。涂层的保护性能与其厚度密切相关，因此精密测量涂层厚度可以帮助评估涂层的保护性能是否符合要求。

（2）材料性能优化：涂层、薄膜的性能通常与其厚度有关，如：某些涂层或薄膜的热隔离性能随着厚度的增加而增强。通过精密测量涂层厚度，可以评估不同厚度对性能的影响，从而优化涂层和薄膜的厚度，使其达到最佳性能。

（3）质量控制：涂层和薄膜的厚度是一个重要的质量指标，厚度的偏差可能会导致性能的变化。精密测量涂层厚度可以帮助监测涂层制备过程中的质量，确保涂层厚度符合设计要求，避免涂层质量问题。

（4）精密涂层、薄膜制备：精密测量涂层和薄膜厚度可以控制厚度的均匀性和一致性，提高涂层和薄膜的质量和性能。

聚酰亚胺（PI）薄膜通常具有抗辐射力、耐高温性、耐低温性、高透明度、低吸湿性、低介电常数和低介电损耗等特点，在航天航空领域中发挥着重要作用。


优可测白光干涉仪AM-7000系列精度达亚纳米级；


最高RMS重复性可达0.002nm；
搭配压电陶瓷器件，最高扫描速度400μm/秒；
3200Hz加以业内首创SST+GAT算法，
可瞬间完成最高500万点云采集；
涵盖市场上通用的国际标准测量工具，

高效率轻松分析3D数据，从容应对各行各业的应用。



优可测薄膜厚度测量仪AF-3000系列精度达0.1nm；


应用场景丰富，可用于离线、在线、Mapping等场景；
最多可测10层膜，同时支持客制化。



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