碳纖維與鋁合金：哪種輕質金屬替代品較勝一籌？ | CFRP

碳纖維與鋁合金：哪一種輕質金屬替代品勝出，是工業複合材料應用領域的重要課題。

強度重量比：決定性指標

碳纖維複合材料的比拉伸強度約為 2,500 kN·m/kg，而鋁的比拉伸強度僅為 200-300 kN·m/kg。承載相同負荷的碳纖維零件比鋁製零件輕 5-7 倍，因此在航空航太、賽車運動和高性能運動器材領域佔據主導地位。

剛性和疲勞性能

標準模量碳纖維的拉伸模量為 230 GPa，而 6061-T6 鋁合金的拉伸模量僅為 69 GPa。高模量碳纖維的拉伸模量可超過 400 GPa。至關重要的是，如果設計得當，碳纖維沒有疲勞極限——航空級碳纖維部件通常可承受超過 100 億次的載荷循環而不會發生性能退化，而鋁合金無論應力水平如何，最終都會失效。

成本和製造比較

碳纖維預浸料的成本為每公斤 50-150 美元，而鋁板的成本僅為每公斤 3-5 美元。然而，鋁製零件通常需要從鋁坯上進行大量加工，材料損耗高達 80-90%。碳纖維則可模壓成近淨形狀。對於產量超過 10,000 件且重量減輕能夠轉化為性能或燃油經濟性提升的生產規模，儘管碳纖維的材料成本更高，但其總體擁有成本更低。