行研：新材料在中国航空航天领域的研究进展及趋势-凯发官网入口

航空新材料的发展趋势

（一）钛及钛合金材料的发展趋势 

钛合金因其优异的性能特点成为航空工业最理想的结构材料。从目前发达国 家航空零件使用材料的发展趋势看，航空工业是钛合金最大的应用领域，比强度 高、密度小的钛合金材料在很长一段时间内也仍将是航空领域的主要材料之一。航空科技的飞速发展对新一代航空飞行器提出了更高的要求：超高速、高空、长航时、超远航程等等，此外为了提高飞机的可靠性，越来越多地增加了钛合金 等高性能材料的用量，因此，航空钛合金将向着高性能、低成本化的方向发展。目前的研究热点主要集中在新型钛合金材料的开发、焊接与加工成形工艺的开发 与应用、以及复杂构件的增材制造技术、低成本制造技术等方面。

低成本航空钛合金的研究开发

航空工业对材料的要求更加注重性能与成本的平衡，低成本化将贯穿选材、结构设计、制造工艺、检测评价以及维护等产品的全生命周期，降低钛合金成本已经成为行业发展的必然趋势。首先，要摆脱航空关键材料长期依赖进口的局面， 建立自己的钛合金体系，从根本上为实现低成本制造奠定基础。其次，开发降低成本的新材料和新工艺，用价格较低的元素取代nb、mo和v等贵金属元素，以及大力发展近净成形新技术。 

高性能航空钛合金的研究开发

目前高温钛合金实际长时使用很难突破600℃，对于600℃以上航空钛合金的研究仍处于试验、中试阶段，与大规模开发应用还有很大的距离。另外，阻燃钛合金、高强高韧及损伤容限型钛合金的批次稳定性研究及应用已经成为众多学者关注的重点。未来对于高性能航空钛合金的研究将倾向于对现有合金进行深入挖掘，同时开发新牌号合金的研究。 

增材制造在航空钛合金中的应用

近年来，随着增材制造技术的发展及应用，激光增材制造钛合金技术克服了传统技术难以生产复杂钛合金构件、钛合金冷加工变形抗力大等缺点，对大型整体结构件的制造提供了新的技术途径，且其具有与锻件相当的力学性能，钛合金增材制造技术将成为航空钛合金加工成形一条新途径。

钛合金材料的回收与再利用

国内外在纯钛和tc4（ti-6al-4v）等通用型合金的回收与再利用方面取得了一定的效果，但在“高端”应用领域，我国目前仍落后于欧美发达国家，所以，发展我国的钛合金材料回收与再利用技术，建立回收与再利用材料标准与规范，研发回收与再利用高端设备与技术也成为发展绿色航空钛合金材料的方向之一。 

（二）新型复合材料的发展趋势

复合材料在性能和功能上具有远超传统金属材料的优越性，各种复合材料在航空工业中得到越来越广泛的应用。新的型号需求为先进复合材料的发展提供了新的动力和机遇，先进复合材料的研制向着更高综合性能、工艺性能、低成本化及绿色环保的方向发展。其中，绿色复合材料作为复合材料大家族的新成员获得了越来越多的关注，高性能复合材料的绿色化发展从本质上讲就是绿色材料的使用以及材料的绿色制造。 

碳纤维复合材料（cfrp）的回收再利用技术开发

据统计，目前全球cfrp产能已经超过3000t/a，使用cfrp为原料的飞机退役时就会产生约20t的碳纤维废料。因此，航空领域成了碳纤维废料的主要来源。近些年来，英国、德国、日本等国家都开始致力于开展碳纤维复合材料（cfrp）的回收技术开发并取得了一定成效。 

新型复合材料的开发技术

航空复合材料的热固性树脂以环氧树脂为主体，但是环氧树脂的固化物难以降解，从而带来严重的环境污染问题，所以近年来开始了可降解环氧树脂的研究开发。从20世纪90年代开始，各国就陆续开发了一系列高性能热塑性树脂，如聚苯硫醚系列、聚醚酮系列等，此类可降解热塑性树脂复合材料在综合力学性能、耐腐蚀性以及韧性等方面都有了很大的提升，并且具备二次以及多次成型的特点，还可以进行回收和再利用，被广泛应用于航空器的主承力结构上。但是，发展新型热塑性复合材料，目前仍存在几个问题：一是基体价格高；二是大型和复杂构件自动化成型技术难度以及质量稳定性问题，而且高熔点提高了制备、成型加工的技术难度；三是以提高材料强度、刚度以及尺寸稳定性和耐高温性能等为目标的新型树脂复合材料的开发。 

低成本绿色化的复合材料制备技术

碳纤维是先进复合材料的主要增强体，目前国内使用的碳纤维主要依靠进口，自主研发生产碳纤维，将进一步降低先进复合材料的成本。碳纤维复合材料的低成本和绿色化制备技术主要包括：（1）开发新型的碳纤维前驱体（原丝），（2）开发各种新技术和新工艺。

总而言之，在现代化工业高速发展的推动下，航空材料的绿色化发展是必然趋势，也是经济发展的迫切要求。展望未来，航空新材料将会朝着多用途，高性能，新工艺、低成本和新概念的方向发展。随着我国航空新材料领域自主研发水平的提升，我们需要从材料设计、制备工艺与技术、材料开发以及回收再利用技术等方面入手，全面提高材料绿色化技术水平，以此带动材料的不断发展与突破，共同创造绿色航空的美好未来。