航空材料技术的发展与应用

航空材料技术的发展与应用

时虎

哈尔滨哈飞工业有限责任公司   黑龙江哈尔滨150060

摘要:航空材料是制造航空发动机、航空器以及其他机载设备的材料总称，是航空产业发展的物质基础，直接影响着航空产业的进步。随着科技进步，大量新型航空材料出现，夯实了航空产业发展的物质基础。文章从航空材料技术的发展以及我国与发达国家航空材料技术现状的对比等方面，深入解析我国航空材料技术的现状与未来发展方向和发展空间，以期能够为我国航空材料技术的发展提供有限的支持，促进我国航空事业的发展。

关键词：航空材料技术；现状；发展空间

1引言

航空业的飞速发展离不开制造业、材料服务业等行业的技术支持和物质支持，同时航空业对制造技术、材料质量等的需求也会拉动相关行业的发展。我们所说的航空材料泛指制造军用或民用航空飞行器所用到的材料。具体而言可以分为机体材料和发动机材料，不同飞行器或者飞行器的不同部位对于材料的具体要求有所不同。航空材料在经过逾百年的发展过程中经历了四个阶段，即：第一阶段以木、布为主要材料；第二阶段以铝合金和钢的应用为标志；第三阶段的主要标志是加钛；现在又迎来了第四阶段以复合材料为主要标志。当前的航空材料技术已经有了极大的进步，使得航空飞行器的性能越来越好，使用寿命越来越长。

2我国航空材料技术发展的现状及未来发展方向

2.1高温合金材料技术

飞行器燃气涡轮发动机涡轮热端对于材料的耐高温提出了很高的要求，只有满足这一要求才能够制造出高性能的发动机。当前先进的飞行器发动机中，高温合金材料的使用已经超过了百分之五十。新单晶合金超冷叶片开始被使用，粉末高温合金被广泛应用于燃气涡轮发动机的涡轮盘，并且由第一代的最高工作温度650℃发展到了750℃、850℃。我国目前采用的变形盘，其最高工作温度为650℃，难以达到高推重比发动机的要求，制约了我国在飞机发动机制造上的发展。为打破这一困扰我国飞机发动机制造的瓶颈，未来我国应当在粉末高温合金的纯净度、粉末冶金工艺与铸锻工艺技术等方面下大力气，研制新单晶合金超冷叶片和最高工作温度850℃以上的粉末涡轮盘。

2.2铝合金材料技术

铝合金与钢相比，具有钢的比强度和比刚度，但是其密度要远小于钢。对于飞行器来说，轻质、高强、高可靠是必不可少的，只有采用具备了这些特点的材料，才有可能制造出更高性能的飞行器。铝合金的发展经历了静强度铝合金、耐腐蚀铝合金、和高纯铝合金，铝合金在飞机机体制造中所占的比重很大，不管是军用飞机还是民用飞机，其机体都大量采用了铝合金材料[1]。例如我们熟知的波音737、747、757、767，空客A320、A330、A340等大型民用客机和F15、F16、F18、F22等战斗机的主体结构都大量采用了铝合金材料，从而大大减轻了机身重量。一定意义上可以说铝合金材料技术和铝合金材料在飞机上的应用能够显示一国的航空飞行器制造水平。目前，我国在几类先进铝合金的开发上都取得了相当大的进展，今后还应该注意在工程化应用研究和高抗拉强度（抗拉强度在700MPa以上）的超高强度铝合金等的研究开发等领域做足功课；对一些现有设备进行改进，并且筹建大吨位锻压设备等新设备。

2.3钛合金材料技术

铝合金材料具有钢所不具有的低密度，这使得铝合金材料在飞机制造上被广泛应用。然而，铝合金所能承受的较低的温度载荷也成为其软肋。航空材料加钛，即使用钛合金能够克服铝合金的温度载荷有限的弱点，另外钛合金还具有高强、高韧、可焊等性能，因而，钛合金在飞机机体和发动机中的使用量成为了衡量该飞机用材先进性的重要指标。我国在航空用钛量和耐热钛合金开发应用方面较西方发达国家有着较大的差距，这也成为当前我国航空事业发展的重要瓶颈。我国在未来发展中，还应该注意新型钛合金的研究开发，大力发展先进的铸造、焊接等技术[2]。

2.4超高强度钢材料

超高强度钢材料在现役飞机中的使用总量并不大，但是却发挥着非常重要的作用。在飞机制造中，超高强度钢主要用于制造飞机起落架、翼梁、承力螺栓等承力件。超高强度钢有三个类别，不同类别的性能不同，将适合类别的超高强度钢用于飞机制造，可以在成本和寿命上进行很好的控制。我国当前在超高强度钢的研究开发上已经取得了瞩目的成就，未来还应该进一步提高超高强度钢大型锻件的质量，研究和发展新型的适用于未来飞机发展需求的超高强度钢材料。

2.5复合材料技术

复合材料具有高强度、高模量、低比重、高导热性、低膨胀率等一系列的特点，其在航空飞行器上的使用也有几十年的历史。经过几十年的发展，复合材料在航空飞行器的使用已经由原来的用于尺寸小、受力小的部件发展到在主要承力结构的广泛应用。当前的一些较先进的军用和民用飞机都大量采用了复合材料（如B2、波音787等），大大提升了飞机性能。复合材料在飞机上的使用量也成为飞机先进性的重要特征之一[3]。目前，我国在新型符合材料的研究和应用上已取得巨大突破，但是与发达国家间仍有较大差距。今后还应该在符合材料的开发利用以及制作工艺等方面下足力气。

3国外航空材料未来发展趋势

3.1传统金属材料的现状

与新出现的复合材料相比，传统的金属材料仍是航空器生产的首要选择。尽管复合材料具有许多传统金属材料所没有的优势，航空制造业也将之视为未来航空材料的主流材料，但是就现有的生产水平和航空技术而言，传统的金属材料仍是航空制造的首要选择。铝、钢、钛以及高温合金等传统金属材料在航空制造业中仍占据重要地位，其中铝材料在飞机重量的百分比中占比20%～60%，钛材料占比10%～40%;钢材料在先进航空器制造中有着非常广泛的运用;高温合金作为航空动力装置的主要制造材料具有不可替代的地位。由于复合材料的出现，如今科学专家将传统金属材料的研发目标定为降低成本、改进生产方法和模式。近年来，科学家们研制出许多新型的铝合金，替代了一部分的复合材料。航空制造的现状表明，虽然复合材料开始发展壮大，但是传统的金属材料仍是航空制造的首要选择。

3.2功能材料的重要作用日益凸显

随着复合材料的发展壮大，功能材料的作业也日益凸显。何谓功能材料?功能材料是指具有声、光、电、磁，以及防热、防腐、密封等多种功能的材料。在航空工业的发展过程中，功能材料的作用越来越巨大，它改进了结构材料的缺点，具有品种多、批量小、技术高、更新换代迅速、知识技术密集等优点。21世纪以来，功能材料作为最活跃的材料领域不断推出新的材料。除了功能材料的不断发展，隐身材料也在不断推陈出新。目前，国外许多发达国家正在进行新型隐身材料的研发，其中纳米材料的发现掀起了一轮新的研究热潮。新型隐身材料除了纳米材料外还有许多，科学专家们在研究新型隐身材料时更重视维修性这一特质。纤维垫的开发满足了隐身材料的研发需求，是新兴隐身材料的又一大代表。

4结语

航空材料的发展随着航空技术的进步前景变得越来越好，航空材料对航空器制造的影响不断加大。科学家们不断推出新的航空材料，满足了日益增长的航空需求，同时对航空领域的生产制造业的发展也起到了积极的作用。

参考文献:

［1］周正干，孙广开，李征，等．激光超声检测技术在复合材料检测中的应用［J］．哈尔滨理工大学学报，2012(6)．

［2］刘颖韬，郭广平，杨党纲，等．脉冲热像法在航空复合材料构件无损检测中的应用［J］．航空材料学报，2012(1)．

［3］陈济轮．激光快速制造技术在我国航天制造领域的应用展望［J］．航天制造技术，2010(6)．