引言

　　進入21 世紀，航空航天已展現出更加廣闊的發展前景，高水平或超高水平的航空航天活動更加頻繁，其作用將遠遠超出科學技術領域本身，對政治、經濟、軍事以至人類社會生活都會產生更廣泛和更深遠的影響。應該指出，航空航天事業所取得的巨大成就，與航空航天材料技術的發展和突破是分不開的。材料是現代高新技術和產業的基礎與先導，很大程度上是高新技術取得突破的前提條件。例如20 世紀60 年代高純硅半導體材料的突破，使人類進入信息化時代。航空航天材料的發展對航空航天技術起到強有力的支撐和保障作用；反過來，航空航天技術的發展需求又極大地引領和促進航空航天材料的發展。21 世紀以來，航空航天事業的發展進入新的 階段，將會推動航空航天材料朝著質量更高、品類更新、功能更強和更具經濟實效的方向發展。

   1 航空航天材料的地位和作用

    航空航天(tian)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)泛指用于制造航空航天(tian)飛行器的材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)。一架現代飛行器要(yao)用到所有(you)的4 大類材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)，即(ji)金(jin)(jin)屬材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)、無機非金(jin)(jin)屬材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)、有(you)機高分子材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)和復合材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)。

    按使用范圍，航(hang)(hang)(hang)空(kong)(kong)航(hang)(hang)(hang)天(tian)(tian)(tian)材(cai)(cai)料(liao)(liao)可分為結(jie)構材(cai)(cai)料(liao)(liao)與(yu)功(gong)能(neng)材(cai)(cai)料(liao)(liao)。結(jie)構材(cai)(cai)料(liao)(liao)主要(yao)用于制(zhi)造(zao)飛(fei)(fei)(fei)行(xing)(xing)器(qi)各種(zhong)結(jie)構部件(jian)，如飛(fei)(fei)(fei)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)機(ji)(ji)體、航(hang)(hang)(hang)天(tian)(tian)(tian)器(qi)的(de)(de)(de)(de)承(cheng)力筒、發動(dong)機(ji)(ji)殼體等，其作用主要(yao)是(shi)承(cheng)受(shou)各種(zhong)載荷(he)(he)，包括由自重造(zao)成的(de)(de)(de)(de)靜態載荷(he)(he)和(he)飛(fei)(fei)(fei)行(xing)(xing)中產生的(de)(de)(de)(de)各種(zhong)動(dong)態載荷(he)(he)。功(gong)能(neng)材(cai)(cai)料(liao)(liao)主要(yao)是(shi)指(zhi)在光、聲、電、磁、熱等方面(mian)具有特(te)殊(shu)功(gong)能(neng)的(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)(liao)，如飛(fei)(fei)(fei)行(xing)(xing)器(qi)測控系統(tong)所涉及的(de)(de)(de)(de)電子信息材(cai)(cai)料(liao)(liao)（包括用于微電子、光電子和(he)傳感器(qi)件(jian)的(de)(de)(de)(de)功(gong)能(neng)材(cai)(cai)料(liao)(liao)），又如現(xian)代飛(fei)(fei)(fei)行(xing)(xing)器(qi)隱(yin)身(shen)技(ji)術用的(de)(de)(de)(de)透波(bo)和(he)吸波(bo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)，航(hang)(hang)(hang)天(tian)(tian)(tian)飛(fei)(fei)(fei)機(ji)(ji)表面(mian)的(de)(de)(de)(de)熱防(fang)護材(cai)(cai)料(liao)(liao)等。結(jie)構材(cai)(cai)料(liao)(liao)總的(de)(de)(de)(de)發展(zhan)(zhan)(zhan)趨勢是(shi)輕(qing)質(zhi)化(hua)、高(gao)(gao)強度(du)、高(gao)(gao)模(mo)量(liang)、耐高(gao)(gao)溫(wen)、低成本；而功(gong)能(neng)材(cai)(cai)料(liao)(liao)則朝著高(gao)(gao)性(xing)能(neng)、多功(gong)能(neng)、多品種(zhong)、多規(gui)格的(de)(de)(de)(de)方向(xiang)發展(zhan)(zhan)(zhan)。出于現(xian)代高(gao)(gao)性(xing)能(neng)飛(fei)(fei)(fei)行(xing)(xing)器(qi)發展(zhan)(zhan)(zhan)的(de)(de)(de)(de)需要(yao)，結(jie)構-功(gong)能(neng)一體化(hua)和(he)智(zhi)能(neng)化(hua)也是(shi)重要(yao)的(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)(liao)發展(zhan)(zhan)(zhan)方向(xiang)。航(hang)(hang)(hang)空(kong)(kong)航(hang)(hang)(hang)天(tian)(tian)(tian)領域關鍵技(ji)術的(de)(de)(de)(de)突破(po)都離不開航(hang)(hang)(hang)空(kong)(kong)航(hang)(hang)(hang)天(tian)(tian)(tian)材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)支撐，航(hang)(hang)(hang)空(kong)(kong)航(hang)(hang)(hang)天(tian)(tian)(tian)材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)地(di)位與(yu)作用可歸(gui)納如下。

    1.1 高性能(neng)(neng)材(cai)料是(shi)發(fa)展(zhan)高性能(neng)(neng)飛行(xing)器(qi)的基礎保障(zhang)

    自(zi)萊特兄(xiong)弟制造的(de)(de)人類第(di)一架(jia)飛(fei)(fei)機(ji)(ji)“飛(fei)(fei)行者一號”問世(shi)以來，航空技(ji)術取得了(le)大跨(kua)越的(de)(de)發展(zhan)，以戰斗機(ji)(ji)為代(dai)表(biao)的(de)(de)軍用(yong)飛(fei)(fei)機(ji)(ji)現(xian)已(yi)發展(zhan)到第(di)5 代(dai)，其最(zui)大飛(fei)(fei)行速(su)(su)度達4 倍聲速(su)(su)。在此過(guo)程中，航空材料(liao)的(de)(de)發展(zhan)所經歷(li)的(de)(de)階(jie)段如表(biao)1所示。可以看到，材料(liao)的(de)(de)進步對(dui)飛(fei)(fei)機(ji)(ji)的(de)(de)升(sheng)級換代(dai)起到關鍵的(de)(de)支(zhi)撐作(zuo)用(yong)。

    發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)是(shi)飛機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)“心臟”，其性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)優劣制(zhi)約(yue)著飛機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)力(li)(li)，而發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)提(ti)(ti)(ti)高(gao)又與所使用的(de)(de)(de)(de)耐高(gao)溫(wen)結構(gou)材料密(mi)切相關。隨著飛機(ji)(ji)航程(cheng)的(de)(de)(de)(de)加長和速度(du)的(de)(de)(de)(de)提(ti)(ti)(ti)高(gao)，要(yao)求發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)推(tui)力(li)(li)、推(tui)重比(bi)(bi)(bi)(bi)（發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)推(tui)力(li)(li)與重量之比(bi)(bi)(bi)(bi)）越來越大，這就意(yi)味著發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)壓力(li)(li)比(bi)(bi)(bi)(bi)、進(jin)(jin)口(kou)(kou)溫(wen)度(du)、燃燒室溫(wen)度(du)以(yi)及轉(zhuan)速都須極大地(di)提(ti)(ti)(ti)高(gao)。根據(ju)美國(guo)先(xian)進(jin)(jin)戰斗(dou)殲擊機(ji)(ji)研(yan)究(jiu)計(ji)劃和綜(zong)合(he)高(gao)性(xing)能(neng)(neng)發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)技(ji)術研(yan)究(jiu)計(ji)劃，發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)推(tui)重比(bi)(bi)(bi)(bi)要(yao)達到20，而其油耗比(bi)(bi)(bi)(bi)要(yao)比(bi)(bi)(bi)(bi)目前(qian)再降(jiang)低50%。眾所周知，推(tui)重比(bi)(bi)(bi)(bi)的(de)(de)(de)(de)提(ti)(ti)(ti)高(gao)取決于(yu)(yu)(yu)發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)渦(wo)輪(lun)前(qian)進(jin)(jin)口(kou)(kou)溫(wen)度(du)的(de)(de)(de)(de)提(ti)(ti)(ti)高(gao)：對(dui)(dui)于(yu)(yu)(yu)推(tui)重比(bi)(bi)(bi)(bi)在15～20 以(yi)上的(de)(de)(de)(de)發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)，其渦(wo)輪(lun)前(qian)進(jin)(jin)口(kou)(kou)溫(wen)度(du)最高(gao)達2227～2470 ℃。高(gao)性(xing)能(neng)(neng)航空發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)對(dui)(dui)材料的(de)(de)(de)(de)性(xing)能(neng)(neng)提(ti)(ti)(ti)出了(le)更高(gao)要(yao)求，除高(gao)比(bi)(bi)(bi)(bi)強度(du)、高(gao)比(bi)(bi)(bi)(bi)模量外，對(dui)(dui)耐高(gao)溫(wen)性(xing)能(neng)(neng)需求更為(wei)突(tu)出[3]。由此可見(jian)，航空發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)提(ti)(ti)(ti)高(gao)有賴于(yu)(yu)(yu)高(gao)性(xing)能(neng)(neng)材料的(de)(de)(de)(de)突(tu)破(po)。

   ; 圖 1 是世界著名發(fa)動(dong)機公司羅爾斯-羅伊斯（Rolls-Royce）公司對航空發(fa)動(dong)機材(cai)料發(fa)展情(qing)況作出的統計和預(yu)估，其中2010 年前后(hou)為當(dang)時(shi)的預(yu)估數(shu)據。

    由圖(tu) 1 可以看出(chu)：傳統的(de)(de)(de)鋁合金(jin)(jin)(jin)及結(jie)構鋼在(zai)發動機中的(de)(de)(de)用量會進(jin)一(yi)步(bu)減少，而鎳(nie)基(ji)高(gao)溫(wen)合金(jin)(jin)(jin)、鈦合金(jin)(jin)(jin)等(deng)材料的(de)(de)(de)使用在(zai)20 世紀末達(da)到高(gao)峰(feng)期，到21 世紀初也有所降(jiang)低；代之而起的(de)(de)(de)將是一(yi)些(xie)新型高(gao)溫(wen)結(jie)構材料，如金(jin)(jin)(jin)屬間化(hua)合物（Ti3Al、Nb3Al等(deng)）、陶(tao)瓷基(ji)/金(jin)(jin)(jin)屬基(ji)復合材料（CMC、MMC）。金(jin)(jin)(jin)屬硅(gui)化(hua)物的(de)(de)(de)熔點(dian)很高(gao)（高(gao)于2000 ℃），其在(zai)1600 ℃下具有很好(hao)的(de)(de)(de)熱穩(wen)定性(xing)(xing)、防氧(yang)化(hua)性(xing)(xing)以及良好(hao)的(de)(de)(de)力學性(xing)(xing)能，近年來已成(cheng)為高(gao)溫(wen)材料研究的(de)(de)(de)新熱點(dian)，有代表性(xing)(xing)的(de)(de)(de)產品(pin)如硅(gui)化(hua)鎳(nie)（Nb5Si3）、硅(gui)化(hua)鈦（Ti5Si3）、硅(gui)化(hua)鋯（Zr5Si3）等(deng)。

    1.2 輕質高強度結(jie)構(gou)材(cai)料對降低結(jie)構(gou)重(zhong)量和提(ti)高經(jing)濟效益貢獻顯(xian)著(zhu)

    輕質(zhi)、高(gao)強(qiang)度(du)是(shi)航空航天結構材料(liao)(liao)(liao)永遠追求的(de)(de)(de)(de)(de)目標。碳纖維復合(he)材料(liao)(liao)(liao)是(shi)20 世紀60 年(nian)代出(chu)現的(de)(de)(de)(de)(de)新型輕質(zhi)高(gao)強(qiang)度(du)結構材料(liao)(liao)(liao)，其比(bi)強(qiang)度(du)和(he)比(bi)模量(liang)(liang)是(shi)目前(qian)所(suo)有航空航天材料(liao)(liao)(liao)中最高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)。有數(shu)據表明：碳纖維復合(he)材料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)比(bi)強(qiang)度(du)和(he)比(bi)剛(gang)度(du)超(chao)出(chu)鋼(gang)與鋁合(he)金的(de)(de)(de)(de)(de)5～6 倍。復合(he)材料(liao)(liao)(liao)在(zai)飛(fei)行器(qi)上的(de)(de)(de)(de)(de)應用(yong)日(ri)益(yi)擴大，質(zhi)量(liang)(liang)占(zhan)比(bi)在(zai)不(bu)斷增加。材料(liao)(liao)(liao)具有較(jiao)高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)比(bi)強(qiang)度(du)和(he)比(bi)剛(gang)度(du)，就意味(wei)著(zhu)同樣(yang)質(zhi)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)材料(liao)(liao)(liao)具有更大的(de)(de)(de)(de)(de)承受有效載(zai)荷(he)的(de)(de)(de)(de)(de)能力，即可(ke)增加運載(zai)能力。結構重(zhong)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)減(jian)少(shao)意味(wei)著(zhu)可(ke)多(duo)帶(dai)燃油或(huo)其他有效載(zai)荷(he)，不(bu)僅(jin)可(ke)以增加飛(fei)行距離，而且可(ke)以提高(gao)單位結構重(zhong)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)效費比(bi)。飛(fei)行器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)結構重(zhong)量(liang)(liang)每減(jian)1 磅所(suo)獲得的(de)(de)(de)(de)(de)直接(jie)經濟效益(yi)見表2。

    1.3 材(cai)料(liao)的可靠(kao)性事關飛行安全

    飛行(xing)(xing)(xing)器是(shi)(shi)多系統集(ji)成體，所涉及(ji)的(de)(de)(de)(de)零(ling)部件達數十萬(wan)計(ji)(ji)，元器件達數百(bai)萬(wan)計(ji)(ji)，要(yao)用到上千種材(cai)料(liao)。飛行(xing)(xing)(xing)器要(yao)在各(ge)種狀態和(he)各(ge)種極端環境(jing)條件下飛行(xing)(xing)(xing)，如何確保其飛行(xing)(xing)(xing)安全至關重(zhong)要(yao)。除設計(ji)(ji)、制造、使用和(he)維護維修要(yao)有極其嚴格的(de)(de)(de)(de)質(zhi)量控制要(yao)求外，材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)可(ke)靠(kao)性顯得尤為關鍵。飛行(xing)(xing)(xing)史(shi)上的(de)(de)(de)(de)許多事(shi)故(gu)教(jiao)訓(xun)表(biao)明，材(cai)料(liao)失效是(shi)(shi)導致(zhi)(zhi)飛行(xing)(xing)(xing)事(shi)故(gu)的(de)(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)原因之一(yi)：大(da)到一(yi)個結構件的(de)(de)(de)(de)斷裂，小到一(yi)個鉚釘(ding)或密封圈的(de)(de)(de)(de)失效，都可(ke)能導致(zhi)(zhi)飛行(xing)(xing)(xing)事(shi)故(gu)。因此，加強材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)可(ke)靠(kao)性評價研究對于提高飛行(xing)(xing)(xing)安全性有不可(ke)忽視的(de)(de)(de)(de)意義。

    1.4 航(hang)空航(hang)天材料(liao)引領材料(liao)技術(shu)發展

    航空航天材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)性能和(he)(he)質量要(yao)(yao)求極端(duan)嚴格(ge)，產(chan)品制(zhi)造技(ji)術(shu)(shu)(shu)復(fu)(fu)(fu)雜，成(cheng)本居(ju)高不下，這些都(dou)嚴重制(zhi)約著(zhu)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)應(ying)用(yong)和(he)(he)發(fa)(fa)展(zhan)。由于飛行器(qi)要(yao)(yao)在各(ge)種極端(duan)環境條件(jian)下飛行，其材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)所涉及的(de)(de)(de)(de)(de)技(ji)術(shu)(shu)(shu)問題非(fei)常(chang)復(fu)(fu)(fu)雜，是材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)領(ling)域爭相研究的(de)(de)(de)(de)(de)重點(dian)和(he)(he)熱點(dian)。航空航天材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)及其制(zhi)備技(ji)術(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)突破，無疑對現(xian)代材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)技(ji)術(shu)(shu)(shu)有(you)著(zhu)極強(qiang)的(de)(de)(de)(de)(de)引(yin)領(ling)和(he)(he)促進作(zuo)用(yong)。如航空發(fa)(fa)動機對高溫結構(gou)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)需求強(qiang)烈(lie)地推(tui)動高溫合金(jin)、金(jin)屬間化合物、陶瓷基和(he)(he)金(jin)屬基復(fu)(fu)(fu)合材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)、碳(tan)-碳(tan)復(fu)(fu)(fu)合材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)以及金(jin)屬陶瓷的(de)(de)(de)(de)(de)迅速發(fa)(fa)展(zhan)：首先(xian)應(ying)用(yong)于飛機結構(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)碳(tan)纖維(wei)增強(qiang)復(fu)(fu)(fu)合材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)，現(xian)已迅速推(tui)廣到其他(ta)領(ling)域。飛行器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)輕質化推(tui)動了復(fu)(fu)(fu)合材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)(fa)展(zhan)，使材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)復(fu)(fu)(fu)合化成(cheng)為新材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)重要(yao)(yao)發(fa)(fa)展(zhan)趨勢之一。

    2 航空航天結構材料

    航空航天結構材料主要有鋁合(he)金(jin)、鈦合(he)金(jin)、纖維復合(he)材料和高溫結構材料。

    2.1 鋁合金

    近100 年來，鋁合(he)金(jin)(jin)在航空航天(tian)器機體結構材料的(de)應用(yong)一直長盛不衰(shuai)。鋁合(he)金(jin)(jin)具有輕質、易加工(gong)、抗腐蝕的(de)優點，其比強(qiang)度高過(guo)很多合(he)金(jin)(jin)鋼(gang)，成為理想的(de)結構材料。

    人們對(dui)航空航天用(yong)的(de)(de)(de)鋁合(he)金(jin)在(zai)(zai)(zai)成(cheng)(cheng)分及合(he)成(cheng)(cheng)方(fang)(fang)(fang)法、軋制(zhi)(zhi)/擠壓/鍛造(zao)/熱處(chu)理等工(gong)藝、零(ling)件(jian)加工(gong)、材(cai)料(liao)(liao)及結構(gou)(gou)服役性能表征等方(fang)(fang)(fang)面(mian)都開展(zhan)了(le)深入的(de)(de)(de)系統研究(jiu)，材(cai)料(liao)(liao)產品發(fa)展(zhan)已形成(cheng)(cheng)系列化，在(zai)(zai)(zai)應(ying)用(yong)方(fang)(fang)(fang)面(mian)也取得了(le)一系列顯著成(cheng)(cheng)果。特別是(shi)20 世紀(ji)80 年代末(mo)以來(lai)，隨著飛(fei)行器損(sun)傷(shang)容限(xian)和耐久性設計(ji)準則逐(zhu)漸形成(cheng)(cheng)，對(dui)材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)強度、斷裂韌性、耐蝕性、抗疲勞等綜合(he)性能提出了(le)更高(gao)要(yao)求(qiu)。當(dang)前鋁合(he)金(jin)的(de)(de)(de)發(fa)展(zhan)方(fang)(fang)(fang)向是(shi)開發(fa)低(di)內應(ying)力(li)的(de)(de)(de)厚板材(cai)料(liao)(liao)，且在(zai)(zai)(zai)制(zhi)(zhi)造(zao)工(gong)藝上(shang)大(da)量采用(yong)厚板以實現整體(ti)結構(gou)(gou)部件(jian)成(cheng)(cheng)型(xing)，來(lai)代替以前用(yong)很多零(ling)件(jian)裝配的(de)(de)(de)部件(jian)（圖2）。廣泛采用(yong)大(da)型(xing)整體(ti)壁(bi)板結構(gou)(gou)已經成(cheng)(cheng)為新一代飛(fei)機(ji)提高(gao)結構(gou)(gou)效(xiao)率、減(jian)少零(ling)件(jian)數量、降(jiang)低(di)成(cheng)(cheng)本(ben)和縮短研制(zhi)(zhi)周期的(de)(de)(de)重要(yao)手段。如(ru)波音B747 飛(fei)機(ji)采用(yong)整體(ti)帶筋壁(bi)板后，零(ling)件(jian)數量從129 個(ge)減(jian)少到7 個(ge)，成(cheng)(cheng)本(ben)降(jiang)低(di)了(le)25%，而(er)裂紋擴(kuo)展(zhan)壽命和殘余強度均提高(gao)了(le)3 倍。

    2.2 鈦(tai)合金

    鈦(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)是20 世(shi)紀(ji)50 年代(dai)發(fa)(fa)展起(qi)來(lai)的(de)一種重(zhong)(zhong)要的(de)新型結(jie)構(gou)材(cai)(cai)料(liao)，因具有(you)強(qiang)度(du)高(gao)(gao)(gao)(gao)、耐(nai)蝕性(xing)好、耐(nai)熱性(xing)強(qiang)等(deng)特點(dian)而被廣泛(fan)用(yong)(yong)(yong)于(yu)各個領域。20 世(shi)紀(ji)50 年代(dai)，美(mei)國首次將鈦(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)用(yong)(yong)(yong)在(zai)(zai)F-84轟炸機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)上(shang)(shang)作(zuo)后機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)身(shen)(shen)隔熱板、導風(feng)罩(zhao)、機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)尾罩(zhao)等(deng)非(fei)承力(li)構(gou)件。60 年代(dai)開(kai)(kai)始，鈦(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)在(zai)(zai)軍(jun)用(yong)(yong)(yong)飛(fei)(fei)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)中的(de)用(yong)(yong)(yong)量(liang)(liang)迅(xun)速(su)增加(jia)，占(zhan)到飛(fei)(fei)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)結(jie)構(gou)重(zhong)(zhong)量(liang)(liang)的(de)20%～25%，使用(yong)(yong)(yong)部(bu)位從后機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)身(shen)(shen)移向中機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)身(shen)(shen)，部(bu)分地(di)代(dai)替結(jie)構(gou)鋼(gang)制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)(zao)(zao)隔框(kuang)、梁、襟翼滑軌等(deng)重(zhong)(zhong)要承力(li)構(gou)件。70 年代(dai)起(qi)，民用(yong)(yong)(yong)飛(fei)(fei)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)也開(kai)(kai)始大(da)量(liang)(liang)使用(yong)(yong)(yong)鈦(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)，如(ru)(ru)波音B747客機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)鈦(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)用(yong)(yong)(yong)量(liang)(liang)達(da)3640 kg 以(yi)上(shang)(shang)。在(zai)(zai)馬(ma)赫(he)數小于(yu)2.5 的(de)飛(fei)(fei)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)上(shang)(shang)，用(yong)(yong)(yong)鈦(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)來(lai)代(dai)替鋼(gang)，可(ke)以(yi)減輕(qing)結(jie)構(gou)重(zhong)(zhong)量(liang)(liang)。例(li)如(ru)(ru)美(mei)國SR-71 高(gao)(gao)(gao)(gao)空高(gao)(gao)(gao)(gao)速(su)偵察機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)（飛(fei)(fei)行馬(ma)赫(he)數為3，飛(fei)(fei)行高(gao)(gao)(gao)(gao)度(du)26 212m），鈦(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)用(yong)(yong)(yong)量(liang)(liang)占(zhan)飛(fei)(fei)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)結(jie)構(gou)重(zhong)(zhong)量(liang)(liang)的(de)93%，號稱“全鈦(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)”飛(fei)(fei)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)。20 世(shi)紀(ji)70 年代(dai)，鈦(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)在(zai)(zai)航(hang)(hang)(hang)空發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)中主要用(yong)(yong)(yong)于(yu)制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)(zao)(zao)壓(ya)氣機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)部(bu)件，如(ru)(ru)風(feng)扇、壓(ya)氣機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)盤(pan)和(he)(he)(he)葉片(pian)、壓(ya)氣機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)匣(xia)(xia)、中介機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)匣(xia)(xia)、軸承殼體等(deng)，其(qi)用(yong)(yong)(yong)量(liang)(liang)一般占(zhan)到結(jie)構(gou)總(zong)重(zhong)(zhong)量(liang)(liang)的(de)20%～30%。當航(hang)(hang)(hang)空發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)推(tui)重(zhong)(zhong)比(bi)從4～6 提(ti)高(gao)(gao)(gao)(gao)到8～10，壓(ya)氣機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)出(chu)口溫(wen)(wen)度(du)相應地(di)從200～300 ℃ 升高(gao)(gao)(gao)(gao)到500～600 ℃ 時，原來(lai)用(yong)(yong)(yong)鋁合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)(zao)(zao)的(de)低壓(ya)壓(ya)氣機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)盤(pan)和(he)(he)(he)葉片(pian)就必須改(gai)用(yong)(yong)(yong)鈦(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)，或用(yong)(yong)(yong)鈦(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)代(dai)替不銹鋼(gang)制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)(zao)(zao)高(gao)(gao)(gao)(gao)壓(ya)壓(ya)氣機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)盤(pan)和(he)(he)(he)葉片(pian)，以(yi)減輕(qing)結(jie)構(gou)重(zhong)(zhong)量(liang)(liang)。因鈦(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)具有(you)較高(gao)(gao)(gao)(gao)比(bi)強(qiang)度(du)和(he)(he)(he)較好的(de)耐(nai)腐蝕和(he)(he)(he)耐(nai)低溫(wen)(wen)性(xing)能，其(qi)在(zai)(zai)航(hang)(hang)(hang)天(tian)(tian)(tian)器上(shang)(shang)主要用(yong)(yong)(yong)來(lai)制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)(zao)(zao)各種壓(ya)力(li)容器、燃(ran)(ran)料(liao)貯(zhu)箱、緊固件、儀器綁帶、構(gou)架和(he)(he)(he)火箭殼體，也有(you)人(ren)造(zao)(zao)(zao)地(di)球衛(wei)星(xing)、登月艙、載人(ren)飛(fei)(fei)船和(he)(he)(he)航(hang)(hang)(hang)天(tian)(tian)(tian)飛(fei)(fei)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)使用(yong)(yong)(yong)了鈦(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)板材(cai)(cai)焊(han)接件。航(hang)(hang)(hang)空航(hang)(hang)(hang)天(tian)(tian)(tian)用(yong)(yong)(yong)鈦(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)當前發(fa)(fa)展重(zhong)(zhong)點(dian)是多(duo)用(yong)(yong)(yong)途和(he)(he)(he)多(duo)品種化。為滿足高(gao)(gao)(gao)(gao)推(tui)重(zhong)(zhong)比(bi)發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)研制(zhi)(zhi)(zhi)的(de)需要，開(kai)(kai)展了高(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)、高(gao)(gao)(gao)(gao)強(qiang)度(du)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)及其(qi)他功能合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)研究，如(ru)(ru)高(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)鈦(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)和(he)(he)(he)鈦(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)-鋁金(jin)(jin)(jin)屬間(jian)化合(he)(he)(he)(he)物(wu)（最高(gao)(gao)(gao)(gao)使用(yong)(yong)(yong)溫(wen)(wen)度(du)可(ke)達(da)982 ℃）、高(gao)(gao)(gao)(gao)強(qiang)度(du)鈦(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)（抗拉(la)強(qiang)度(du)在(zai)(zai)1000MPa以(yi)上(shang)(shang)）、阻燃(ran)(ran)鈦(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)（以(yi)解決航(hang)(hang)(hang)空發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)用(yong)(yong)(yong)鈦(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)材(cai)(cai)料(liao)的(de)“鈦(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)燃(ran)(ran)燒”問(wen)題）等(deng)。圖3 為用(yong)(yong)(yong)阻燃(ran)(ran)鈦(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)Ti40 制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)(zao)(zao)的(de)飛(fei)(fei)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)氣機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)匣(xia)(xia)零件。

    2.3 先進復合(he)材料

    碳(tan)纖(xian)維(wei)增強樹脂基復合(he)材料的最(zui)優異特(te)點(dian)是相對于鋁(lv)(lv)、鋼等金(jin)屬結構材料具有(you)極高(gao)的比(bi)強度(du)和比(bi)剛(gang)度(du)，目前(qian)是一種理想的輕(qing)質(zhi)高(gao)強度(du)航空航天(tian)結構材料。同鋁(lv)(lv)合(he)金(jin)相比(bi)，用(yong)碳(tan)纖(xian)維(wei)復合(he)材料制造的飛機(ji)結構，減重效果可達20%～40%。

    20 世紀90 年(nian)(nian)代以(yi)(yi)來，美國等發達國家的(de)(de)先進(jin)(jin)戰斗機(ji)(ji)(ji)無(wu)一例(li)外地大量(liang)(liang)(liang)(liang)采用復(fu)(fu)(fu)合(he)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)結(jie)構，幾乎遍布飛(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)機(ji)(ji)(ji)各個部位(wei)，包括(kuo)垂尾、平尾、機(ji)(ji)(ji)身蒙(meng)皮(pi)以(yi)(yi)及機(ji)(ji)(ji)翼壁板和(he)蒙(meng)皮(pi)等。如F-22 戰斗機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)復(fu)(fu)(fu)合(he)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)用量(liang)(liang)(liang)(liang)占(zhan)飛(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)機(ji)(ji)(ji)總重(zhong)(zhong)(zhong)量(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)24%，F-35 戰斗機(ji)(ji)(ji)達到(dao)36%，EF-2000 飛(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)機(ji)(ji)(ji)達到(dao)43%。在(zai)民(min)用飛(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)機(ji)(ji)(ji)上，復(fu)(fu)(fu)合(he)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)在(zai)波音飛(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)機(ji)(ji)(ji)和(he)空客(ke)(ke)飛(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)機(ji)(ji)(ji)上的(de)(de)用量(liang)(liang)(liang)(liang)近年(nian)(nian)來持續上升，進(jin)(jin)入21 世紀更(geng)是突飛(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)猛進(jin)(jin)：如在(zai)波音B787“夢想飛(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)機(ji)(ji)(ji)”上，復(fu)(fu)(fu)合(he)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)重(zhong)(zhong)(zhong)量(liang)(liang)(liang)(liang)占(zhan)比(bi)(bi)達50%；而在(zai)空客(ke)(ke)公司已交付使用的(de)(de)空中(zhong)巨無(wu)霸A-380 飛(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)機(ji)(ji)(ji)上，復(fu)(fu)(fu)合(he)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)重(zhong)(zhong)(zhong)量(liang)(liang)(liang)(liang)占(zhan)比(bi)(bi)為(wei)(wei)25%。空客(ke)(ke)計(ji)劃推(tui)出(chu)超寬體(ti)(ti)客(ke)(ke)機(ji)(ji)(ji)A-380 XWB，復(fu)(fu)(fu)合(he)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)用量(liang)(liang)(liang)(liang)將達52%。由于(yu)(yu)采用復(fu)(fu)(fu)合(he)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)，不僅(jin)可降(jiang)低(di)結(jie)構重(zhong)(zhong)(zhong)量(liang)(liang)(liang)(liang)，而且還將提(ti)供更(geng)大的(de)(de)設計(ji)空間和(he)更(geng)舒適的(de)(de)乘坐體(ti)(ti)驗。在(zai)航(hang)天(tian)領域，復(fu)(fu)(fu)合(he)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)廣(guang)泛應用于(yu)(yu)航(hang)天(tian)器結(jie)構件，包括(kuo)衛星中(zhong)心(xin)承力筒、各種儀器安(an)裝結(jie)構板等。在(zai)運載火(huo)箭(jian)上被(bei)用于(yu)(yu)火(huo)箭(jian)的(de)(de)排氣錐體(ti)(ti)，發動(dong)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)蓋、燃燒(shao)室殼體(ti)(ti)、噴管、喉襯、擴(kuo)散(san)段，以(yi)(yi)及整流罩等部位(wei)，與鋁合(he)金(jin)相比(bi)(bi)重(zhong)(zhong)(zhong)量(liang)(liang)(liang)(liang)可減(jian)輕10%～25%。隨(sui)著復(fu)(fu)(fu)合(he)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)用量(liang)(liang)(liang)(liang)急(ji)劇增加，其制造的(de)(de)高成(cheng)(cheng)本(ben)問題變得(de)日益突出(chu)。因此，復(fu)(fu)(fu)合(he)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)低(di)成(cheng)(cheng)本(ben)化(hua)(hua)(hua)已成(cheng)(cheng)為(wei)(wei)目(mu)前研究(jiu)的(de)(de)重(zhong)(zhong)(zhong)點(dian)。復(fu)(fu)(fu)合(he)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)低(di)成(cheng)(cheng)本(ben)研制技(ji)術(shu)(shu)(shu)主要包括(kuo)：發展(zhan)以(yi)(yi)DFM（design for manufacture）為(wei)(wei)核心(xin)的(de)(de)設計(ji)制造一體(ti)(ti)化(hua)(hua)(hua)技(ji)術(shu)(shu)(shu)；發展(zhan)大絲束碳纖維(wei)(wei)的(de)(de)應用、低(di)溫快(kuai)速固化(hua)(hua)(hua)樹脂體(ti)(ti)系(xi)開發、熱(re)塑性復(fu)(fu)(fu)合(he)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)合(he)理使用等低(di)成(cheng)(cheng)本(ben)的(de)(de)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)技(ji)術(shu)(shu)(shu)；發展(zhan)以(yi)(yi)自動(dong)鋪帶（ATL）和(he)纖維(wei)(wei)自動(dong)鋪放（AFP）為(wei)(wei)主的(de)(de)低(di)成(cheng)(cheng)本(ben)自動(dong)化(hua)(hua)(hua)制造技(ji)術(shu)(shu)(shu)，和(he)以(yi)(yi)樹脂傳遞成(cheng)(cheng)型（RTM）技(ji)術(shu)(shu)(shu)為(wei)(wei)核心(xin)的(de)(de)低(di)成(cheng)(cheng)本(ben)制造技(ji)術(shu)(shu)(shu)；發展(zhan)以(yi)(yi)共(gong)固化(hua)(hua)(hua)/共(gong)膠接(jie)為(wei)(wei)核心(xin)的(de)(de)大制件整體(ti)(ti)成(cheng)(cheng)型技(ji)術(shu)(shu)(shu)、非熱(re)壓罐外成(cheng)(cheng)型技(ji)術(shu)(shu)(shu)等。

　　3 航空航天功能材料

    現(xian)代飛行器對機動性(xing)、靈敏性(xing)、控制精(jing)確性(xing)和制導準確性(xing)提出更高要求，這些都依賴于功能材料的發展和應(ying)用。

    鑒于功(gong)(gong)能(neng)材(cai)料(liao)(liao)的(de)重(zhong)要地位，世界各國都十分(fen)重(zhong)視功(gong)(gong)能(neng)材(cai)料(liao)(liao)技術的(de)發展(zhan)。美國20 世紀末支(zhi)持的(de)6類(lei)材(cai)料(liao)(liao)中有5 類(lei)屬于功(gong)(gong)能(neng)材(cai)料(liao)(liao)，其他各國也都在(zai)大力發展(zhan)各種(zhong)新型功(gong)(gong)能(neng)材(cai)料(liao)(liao)。

    航空(kong)航天功(gong)能材料的特點有：1）應用面(mian)寬；2）研制周期短(duan)；3）性價比(bi)高；4）小(xiao)批(pi)量，多(duo)品種(zhong)，多(duo)規格。

    3.1 航空功能材料

    航空功能材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)主(zhu)要包括機載設備的微電子(zi)(zi)和(he)光電子(zi)(zi)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)、壓電敏感(gan)元件(jian)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)、透波材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)、吸(xi)波材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)、紅外敏感(gan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)、激光晶體及低膨脹微晶玻璃(li)等。

    20 世紀90 年代(dai)的海灣戰(zhan)爭(zheng)是航(hang)空新型功能(neng)材(cai)料(liao)的大檢(jian)閱，尤其是由(you)吸波材(cai)料(liao)結合(he)隱(yin)(yin)身(shen)結構設計實現(xian)隱(yin)(yin)身(shen)技術，使飛(fei)(fei)機的突(tu)防能(neng)力極大地提高。有觀點認(ren)為(wei)，現(xian)代(dai)軍用飛(fei)(fei)機已(yi)進(jin)入隱(yin)(yin)身(shen)時代(dai)。

    1）透波復合材(cai)料

    它(ta)是(shi)以透(tou)(tou)電(dian)(dian)磁波(bo)(bo)的(de)(de)低(di)介電(dian)(dian)材(cai)(cai)(cai)料(liao)與(yu)基體復合(he)而成的(de)(de)一類功能材(cai)(cai)(cai)料(liao)，也是(shi)集結(jie)構(gou)與(yu)功能于一體的(de)(de)新型復合(he)材(cai)(cai)(cai)料(liao)。透(tou)(tou)波(bo)(bo)復合(he)材(cai)(cai)(cai)料(liao)具有良(liang)好的(de)(de)綜(zong)合(he)性(xing)能，包(bao)括優異的(de)(de)介電(dian)(dian)性(xing)能，良(liang)好的(de)(de)耐熱(re)性(xing)、環境適應性(xing)及較高的(de)(de)機械(xie)強度，廣泛地應用于各種飛機雷(lei)達、導彈、衛(wei)星的(de)(de)天(tian)線(xian)罩(zhao)和天(tian)線(xian)窗。

    2）吸波隱身復合材料(liao)

    它是(shi)當代最(zui)具(ju)代表性的(de)(de)結構(gou)-功能一體(ti)化新型復(fu)(fu)(fu)合材(cai)料(liao)(liao)，結構(gou)形(xing)狀特(te)殊，整體(ti)化程度高(gao)，從(cong)設(she)計(ji)到材(cai)料(liao)(liao)成(cheng)型都有(you)不(bu)同(tong)于(yu)(yu)一般復(fu)(fu)(fu)合材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)要(yao)求，集多(duo)種(zhong)現(xian)代高(gao)新技術于(yu)(yu)一體(ti)，代表了(le)目前(qian)(qian)(qian)復(fu)(fu)(fu)合材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)發展水平。實現(xian)飛(fei)機(ji)隱(yin)身(shen)(shen)主(zhu)要(yao)有(you)兩種(zhong)技術途徑，即(ji)外形(xing)結構(gou)設(she)計(ji)和(he)采(cai)用隱(yin)身(shen)(shen)材(cai)料(liao)(liao)，而前(qian)(qian)(qian)者不(bu)是(shi)本(ben)文要(yao)重點介紹的(de)(de)內(nei)容(rong)。目前(qian)(qian)(qian)，探(tan)測(ce)飛(fei)機(ji)的(de)(de)遙感(gan)設(she)備主(zhu)要(yao)有(you)雷(lei)達(da)、紅外、光學和(he)聲波探(tan)測(ce)系統4 種(zhong)，因此(ci)隱(yin)身(shen)(shen)技術也可分為雷(lei)達(da)隱(yin)身(shen)(shen)、紅外隱(yin)身(shen)(shen)、可見光隱(yin)身(shen)(shen)和(he)聲波隱(yin)身(shen)(shen)4 大(da)類。由(you)于(yu)(yu)雷(lei)達(da)探(tan)測(ce)占60 %以上，因而隱(yin)身(shen)(shen)的(de)(de)重點是(shi)雷(lei)達(da)隱(yin)身(shen)(shen)，主(zhu)要(yao)利(li)用吸波材(cai)料(liao)(liao)來實現(xian)。

    3.2 航天功能材料

    航天功能(neng)(neng)材(cai)料(liao)(liao)(liao)應用更為廣泛(fan)，其(qi)中(zhong)最典型的是防熱耐燒蝕復合材(cai)料(liao)(liao)(liao)和梯度功能(neng)(neng)材(cai)料(liao)(liao)(liao)。

    1）防熱耐(nai)燒(shao)蝕復合材料

    當航天飛行器(qi)以(yi)高超聲速往返大氣(qi)時，在(zai)氣(qi)動加熱(re)下，其(qi)表面溫度(du)(du)高達4000～8000 ℃；固體和液體火箭發動機工作時，燃燒(shao)室產(chan)生的(de)(de)高速氣(qi)流(liu)沖刷(shua)噴管，燒(shao)蝕(shi)最苛刻(ke)的(de)(de)喉(hou)襯部(bu)(bu)(bu)位溫度(du)(du)瞬間可(ke)超過3000 ℃。因此必須采取有效的(de)(de)熱(re)防護方(fang)法，以(yi)保護內部(bu)(bu)(bu)結(jie)(jie)構在(zai)一定(ding)溫度(du)(du)范圍(wei)內正常工作。目前主要的(de)(de)方(fang)法是(shi)通過表面材料的(de)(de)自(zi)身燒(shao)蝕(shi)引起質量(liang)(liang)損失，吸收并帶(dai)走(zou)大量(liang)(liang)的(de)(de)熱(re)量(liang)(liang)，從而阻止外部(bu)(bu)(bu)熱(re)量(liang)(liang)向結(jie)(jie)構內部(bu)(bu)(bu)傳遞。

    防熱耐燒蝕復合材(cai)(cai)料是為(wei)了(le)滿(man)足航天(tian)器極端高(gao)溫(wen)要求而發展起來(lai)的一種新型(xing)復合材(cai)(cai)料，主要包括碳(tan)/碳(tan)復合材(cai)(cai)料、碳(tan)/酚醛(quan)復合材(cai)(cai)料、碳(tan)纖維/陶(tao)瓷復合材(cai)(cai)料等。這(zhe)些材(cai)(cai)料具有(you)高(gao)比(bi)強度、高(gao)比(bi)模量、耐高(gao)溫(wen)、抗(kang)燒蝕、抗(kang)沖擊等特點，目前正逐步取代黑色金屬、有(you)色金屬等傳統材(cai)(cai)料，成為(wei)輕(qing)質化結構和防熱結構的主要材(cai)(cai)料。

    2）梯度功能復合材料(liao)

    航天(tian)器在大氣層中以高(gao)(gao)超聲速(su)飛行，其頭部和發動機(ji)燃燒室內壁(bi)的(de)(de)溫度(du)(du)高(gao)(gao)達(da)(da) 2100 ℃以上，因此材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)必須能(neng)(neng)(neng)耐(nai)受(shou)2100 ℃的(de)(de)高(gao)(gao)溫，另外，航天(tian)器各部分的(de)(de)溫差極(ji)大（最高(gao)(gao)達(da)(da)1600 ℃），服役條件極(ji)為(wei)惡劣。1984 年，日本學者首先提出了梯度(du)(du)功能(neng)(neng)(neng)復(fu)合材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)概念，其設計(ji)思想(xiang)之一是采用耐(nai)熱性(xing)及隔熱性(xing)的(de)(de)陶瓷材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)以適應幾千(qian)度(du)(du)高(gao)(gao)溫氣體的(de)(de)環境(jing)；之二是采用導熱性(xing)能(neng)(neng)(neng)好(hao)和機(ji)械強度(du)(du)高(gao)(gao)的(de)(de)金屬材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)，通過控制(zhi)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)組分、結構和顯微氣孔率，使(shi)之沿厚度(du)(du)方向(xiang)連(lian)續變(bian)化(hua)，即(ji)可得到(dao)陶瓷/金屬梯度(du)(du)功能(neng)(neng)(neng)復(fu)合材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)，如圖4 所示。該材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)內部不存在明顯的(de)(de)界面(mian)，陶瓷和金屬的(de)(de)組分和結構呈(cheng)連(lian)續變(bian)化(hua)，因而(er)物性(xing)參數也呈(cheng)連(lian)續變(bian)化(hua)。高(gao)(gao)溫側壁(bi)采用耐(nai)熱性(xing)好(hao)的(de)(de)陶瓷材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)，低溫側壁(bi)使(shi)用導熱和強度(du)(du)好(hao)的(de)(de)金屬材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)；材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)從陶瓷過渡(du)到(dao)金屬的(de)(de)過程中，其耐(nai)熱性(xing)逐漸(jian)降低，而(er)機(ji)械強度(du)(du)逐漸(jian)升(sheng)高(gao)(gao)，并具有熱應力緩和功能(neng)(neng)(neng)即(ji)熱應力在材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)兩端均(jun)很小，在材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)中部達(da)(da)到(dao)峰值(zhi)，成為(wei)可應用于高(gao)(gao)溫環境(jing)下的(de)(de)新一代功能(neng)(neng)(neng)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)。

　　4 航空航天材料發展方向

    1）高性能

    高(gao)性(xing)能是(shi)指輕質、高(gao)強度、高(gao)模量、高(gao)韌性(xing)、耐高(gao)溫、耐低(di)溫，抗氧化、耐腐蝕等。材(cai)料的高(gao)性(xing)能對降(jiang)低(di)飛行器(qi)結構重量和提(ti)高(gao)結構效(xiao)率、提(ti)高(gao)服(fu)役可(ke)靠性(xing)及延長使用壽命極為重要，是(shi)航空航天材(cai)料研究不斷(duan)追(zhui)求的目標。

    2）特殊(shu)功能

    材料(liao)在光(guang)(guang)、電、聲、熱、磁上的(de)特殊功能是支撐某些關(guan)鍵技術(shu)以提高飛(fei)(fei)行器(qi)機動(dong)性能和突防(fang)能力(li)(li)的(de)重要(yao)保證。如以紅外材料(liao)為基礎的(de)光(guang)(guang)電成像夜視技術(shu)能增強坦克、裝(zhuang)甲(jia)車、飛(fei)(fei)機、軍艦及步兵的(de)夜戰能力(li)(li)，紅外成像制導技術(shu)可(ke)大大提高導彈的(de)命中率和抗干擾(rao)能力(li)(li)，以新型固體激光(guang)(guang)材料(liao)為基礎的(de)激光(guang)(guang)測距和火控(kong)系(xi)統等可(ke)使靈(ling)活作戰能力(li)(li)大大加強。

    3）復合(he)化

    復(fu)(fu)合(he)(he)化已成為新(xin)材(cai)料的(de)(de)重(zhong)要發展趁勢(shi)之一。業內專家指出，航空復(fu)(fu)合(he)(he)材(cai)料未(wei)來(lai)20～30 年將迎(ying)來(lai)新(xin)的(de)(de)發展時(shi)期，甚(shen)至引發航空產(chan)業鏈(lian)的(de)(de)革(ge)命性變(bian)革(ge)，包括(kuo)設計理念的(de)(de)創新(xin)和設計團隊知(zhi)識的(de)(de)更(geng)新(xin)，航空產(chan)品(pin)供(gong)應鏈(lian)的(de)(de)戰略性改變(bian)，新(xin)型復(fu)(fu)合(he)(he)材(cai)料技術不斷出現（如混(hun)雜復(fu)(fu)合(he)(he)技術、源于自然界中(zhong)珍(zhen)珠貝殼結(jie)構啟發的(de)(de)仿(fang)生復(fu)(fu)合(he)(he)技術），以及對航空維修(xiu)業提(ti)出前所未(wei)有(you)的(de)(de)挑(tiao)戰。

    4）智(zhi)能(neng)化

    智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)(neng)化(hua)是航空航天材(cai)(cai)料(liao)重要發(fa)展趁勢之一(yi)(yi)。智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)(neng)復(fu)(fu)(fu)合(he)(he)(he)材(cai)(cai)料(liao)將復(fu)(fu)(fu)合(he)(he)(he)材(cai)(cai)料(liao)技(ji)術(shu)與(yu)現(xian)(xian)代(dai)傳(chuan)感技(ji)術(shu)、信(xin)息處(chu)(chu)理(li)(li)技(ji)術(shu)和(he)功能(neng)(neng)(neng)(neng)驅動(dong)技(ji)術(shu)集成于一(yi)(yi)體(ti)，將感知單元(yuan)（傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)(qi)）、信(xin)息處(chu)(chu)理(li)(li)單元(yuan)（微處(chu)(chu)理(li)(li)器(qi)(qi)(qi)(qi)）與(yu)執行(xing)單元(yuan)（功能(neng)(neng)(neng)(neng)驅動(dong)器(qi)(qi)(qi)(qi)）聯成一(yi)(yi)個(ge)回(hui)路，通過(guo)(guo)埋置在(zai)復(fu)(fu)(fu)合(he)(he)(he)材(cai)(cai)料(liao)內部不同部位的(de)傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)(qi)感知內外(wai)環(huan)境和(he)受力狀態的(de)變化(hua)，并將感知到的(de)變化(hua)信(xin)號(hao)(hao)通過(guo)(guo)微處(chu)(chu)理(li)(li)器(qi)(qi)(qi)(qi)進(jin)行(xing)處(chu)(chu)理(li)(li)并作出(chu)判斷(duan)，向功能(neng)(neng)(neng)(neng)驅動(dong)器(qi)(qi)(qi)(qi)發(fa)出(chu)指令信(xin)號(hao)(hao)；而功能(neng)(neng)(neng)(neng)驅動(dong)器(qi)(qi)(qi)(qi)可根(gen)據(ju)指令信(xin)號(hao)(hao)的(de)性(xing)質(zhi)和(he)大小進(jin)行(xing)相應(ying)的(de)調(diao)(diao)節，使構件適(shi)應(ying)有(you)關變化(hua)。整個(ge)過(guo)(guo)程完(wan)全自(zi)動(dong)化(hua)，從而實現(xian)(xian)自(zi)檢測、自(zi)診斷(duan)、自(zi)調(diao)(diao)節、自(zi)恢復(fu)(fu)(fu)、自(zi)保護等多(duo)種特殊(shu)功能(neng)(neng)(neng)(neng)。智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)(neng)復(fu)(fu)(fu)合(he)(he)(he)材(cai)(cai)料(liao)是傳(chuan)感技(ji)術(shu)、計算機技(ji)術(shu)與(yu)材(cai)(cai)料(liao)科學交叉融合(he)(he)(he)的(de)產物(wu)，在(zai)許(xu)多(duo)領(ling)域(yu)展現(xian)(xian)了廣(guang)闊的(de)應(ying)用(yong)前景，例如飛機的(de)智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)(neng)蒙皮與(yu)自(zi)適(shi)應(ying)機翼就(jiu)是由智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)(neng)復(fu)(fu)(fu)合(he)(he)(he)材(cai)(cai)料(liao)構成的(de)一(yi)(yi)種高端的(de)智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)(neng)結(jie)構。

    5）整體(ti)化

    整(zheng)體(ti)(ti)化(hua)制(zhi)造(zao)不僅可減少機械裝配(pei)件(jian)數量(liang)，節約材料(liao)和(he)工時，還(huan)能減少因(yin)裝配(pei)失誤埋(mai)下(xia)的事故隱患。鋁合金一直(zhi)是(shi)航(hang)空航(hang)天重要結構(gou)材料(liao)，用鋁合金厚板(ban)（厚度＞6 mm）制(zhi)造(zao)飛機整(zheng)體(ti)(ti)部件(jian)如機身框架(jia)、機翼(yi)(yi)壁板(ban)、翼(yi)(yi)梁、翼(yi)(yi)肋等是(shi)重要發展趨勢之一。

    6）低維(wei)化

    低維(wei)(wei)(wei)化(hua)是指維(wei)(wei)(wei)數(shu)小(xiao)于(yu) 3 的(de)材(cai)(cai)(cai)料的(de)應用，具體來說包(bao)括二維(wei)(wei)(wei)（超薄膜）、一(yi)維(wei)(wei)(wei)（碳納(na)米(mi)管）和準零維(wei)(wei)(wei)（納(na)米(mi)顆粒）材(cai)(cai)(cai)料。其(qi)中(zhong)碳納(na)米(mi)管在航空航天中(zhong)的(de)應用得到了廣泛的(de)研究(jiu)，用它制備復合材(cai)(cai)(cai)料也取得了較大進展(zhan)。

    7）低(di)成本化(hua)

    航空(kong)航天材(cai)料(liao)從過去(qu)單純追求高性能(neng)發(fa)展到今天綜合考慮性能(neng)與價格(ge)的平(ping)衡，低成(cheng)本(ben)(ben)化貫穿(chuan)材(cai)料(liao)、結構(gou)設計(ji)、制(zhi)(zhi)造(zao)、檢測評價以(yi)(yi)及維(wei)護維(wei)修等全過程。對(dui)碳纖維(wei)復合材(cai)料(liao)而言，其制(zhi)(zhi)造(zao)成(cheng)本(ben)(ben)在整個(ge)成(cheng)本(ben)(ben)中占有相當大的比例；因此，對(dui)其低成(cheng)本(ben)(ben)制(zhi)(zhi)造(zao)技(ji)術應(ying)投入足夠關(guan)注(zhu)。各(ge)種(zhong)低成(cheng)本(ben)(ben)制(zhi)(zhi)造(zao)技(ji)術發(fa)展很(hen)快(kuai)，尤(you)其是以(yi)(yi)樹脂(zhi)傳遞(di)成(cheng)型（RTM）為(wei)代(dai)表的液體成(cheng)型技(ji)術和以(yi)(yi)大型復雜構(gou)件的共(gong)固化/共(gong)膠接為(wei)代(dai)表的整體化成(cheng)型技(ji)術等均(jun)得(de)到了(le)很(hen)大的發(fa)展。