航空材料是制造飛機(jī)（包括飛行器）,、航空發(fā)動(dòng)機(jī)及其附件、儀表及隨機(jī)設(shè)備等所用材料的總稱,，通常包括金屬材料(結(jié)構(gòu)鋼,、不銹鋼,、高溫合金、有色金屬及合金等）,、有機(jī)高分子材料(橡膠,、塑料、透明材料,、涂料等）和復(fù)合材料,。 [2] 

早期的飛機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所用的材料主要是木材,、布和繩索等;20世紀(jì)30年代,，飛機(jī)逐漸發(fā)展成為全金屬結(jié)構(gòu),動(dòng)力裝置則為活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，所用的材料也只有鋼鐵,、鋁合金和鎂合金等,。

由于作戰(zhàn)迫切需要提高飛機(jī)的飛行速度，噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)運(yùn)而生,。盡管噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的原理早為人們所知,，但這種發(fā)動(dòng)機(jī)的制造成功,還是在耐熱合金出現(xiàn)以后。 [2] 

噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)完成了航空技術(shù)的一次飛躍——突破了“聲障”,。但隨即又出現(xiàn)了“熱障”問題,。“熱障”是當(dāng)飛機(jī)超聲速飛行時(shí),飛機(jī)蒙皮表面附面層空氣因摩擦而生成大量的熱，使飛機(jī)蒙皮的溫度急劇升高,，當(dāng)溫度超過250°C時(shí),，鋁合金就不能用了。這樣直到20世紀(jì)40年代末,，出現(xiàn)鈦合金以后,航空技術(shù)才又一次出現(xiàn)飛躍——突破了“熱障”,。

在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，飛機(jī)正朝著超高速,、巨型,、隱身、智能的方向發(fā)展,，對(duì)航空材料提出了越來越高的要求;同時(shí),，航空材料也隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而逐漸發(fā)展,新材料新工藝不斷涌現(xiàn)，為航空事業(yè)的發(fā)展提供了物質(zhì)保障,。 [2] 

近幾十年來,新型航空材料及先進(jìn)工藝發(fā)展很快,，如高強(qiáng)度鋁合金、鈦合金,、高溫合金,、超高強(qiáng)度鋼、復(fù)合材料,、隱身材料及定向凝固葉片技術(shù),、定向共晶葉片技術(shù),、粉末高溫合金屬輪盤制造技術(shù)等，為第四代,、第五代飛機(jī)的發(fā)展提供了物質(zhì)保障,。航空發(fā)展史證明,航空材料的每次重大突破，都會(huì)促進(jìn)航空技術(shù)產(chǎn)生飛躍式的發(fā)展;航空材料不僅是航空事業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ),，也是航空事業(yè)發(fā)展的技術(shù)支撐,。 [2] 

1．新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用是發(fā)展航空材料的主要途徑

航空材料屬于知識(shí)密集,、技術(shù)密集的學(xué)科,。許多事實(shí)說明，單純依靠傳統(tǒng)工藝和技術(shù)只改變材料成分,，滿足現(xiàn)代航空技術(shù)提出的越來越高的要求是很困難的,，因此，各國(guó)對(duì)新技術(shù),、新工藝在航空材料領(lǐng)域的開發(fā)應(yīng)用都非常重視,，促進(jìn)了航空材料的發(fā)展。各國(guó)在發(fā)展航空材料時(shí)應(yīng)用和研制的新技術(shù),、新工藝主要有：定向凝固技術(shù),，機(jī)械合金化、快速凝固,、復(fù)合裁剪技術(shù),，電子束、等離子束及激光束技術(shù),，真空電弧重熔,、細(xì)晶鑄錠技術(shù)及相應(yīng)發(fā)展的熱等靜壓技術(shù)，超塑成型技術(shù),，固態(tài)焊接技術(shù),。 [1] 

2．復(fù)合材料和復(fù)合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用日益增多

近20年來，復(fù)合材料的研制和應(yīng)用發(fā)展極為迅速,，從70年代初在機(jī)上開始試用,，日前已發(fā)展到民用，從非承力件和次承力件發(fā)展到主承力件,。用量從占飛機(jī)結(jié)構(gòu)質(zhì)量不到1%發(fā)展到占30u/o—50%,，并出現(xiàn)了全復(fù)合材料飛機(jī)。

3．材料研制逐漸走向定量化

隨著人們對(duì)材料性能與成分,、組織和各種影響因素的關(guān)系了解越來越深入，材料研制已經(jīng)逐漸定量化,。近年來,，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,，合金研制定量化的工作取得了突破性進(jìn)展，提出了全新的合金設(shè)計(jì)方法,，并在研制新合金中取得了可喜成績(jī),，做到了按性能設(shè)計(jì)新合金。例如日本金屬材料研究所利用合金設(shè)計(jì)方法,，對(duì)美國(guó)M247定向合金進(jìn)行重新設(shè)計(jì),，增加了鈷、鉻含量,，降低了碳,、鈦成分，所獲得的定向凝固TMD -5合金,，其性能比M247合金高得多,。 [1] 

4．材料向高純、高均勻性方向發(fā)展

近年來,，微量元素的作用越來越引起人們的重視,，對(duì)雜質(zhì)元素的控制越來越嚴(yán)，材料研究正在向高純度,、高均勻性和高精度方向發(fā)展,。，夾雜物對(duì)疲勞性能和應(yīng)力腐蝕性能影響很大,，特別是對(duì)缺口敏感的高強(qiáng)度材料更為明顯,。因此國(guó)外對(duì)超高強(qiáng)度鋼的S、P含量及夾雜物的要求越來越嚴(yán),。例如美國(guó)有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定300M鋼的S,、P含量必須小于0. 015%，并且兩者之和不得大于0.025%,。工廠S,、P含量控制更嚴(yán)，要求小于0.006%,，從而保證超高強(qiáng)度鋼的*性能,，延長(zhǎng)使用壽命。 [1] 

5．一體化是航空材料發(fā)展的重要特征

材料工程是一個(gè)內(nèi)容十分廣泛的領(lǐng)域,，包括成分設(shè)計(jì),、配制及成型丁藝、選材,、加工制造,、使用維護(hù)、失效分析等,，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,，各學(xué)科相互交叉,、相互滲透、相互促進(jìn)的現(xiàn)象越來越多,。材料,、工藝和性能、設(shè)計(jì),、制造和材料都越來越趨向一體化,。例如復(fù)合材料的應(yīng)用，由于復(fù)合材料的各向異性,，要充分發(fā)揮復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì),，必須把設(shè)計(jì)、材料,、工藝,、檢測(cè)技術(shù)很好地結(jié)合起來，對(duì)受力狀態(tài),、纖維鋪層方向,、鋪層數(shù)量進(jìn)行綜合考慮，才能獲得最佳性能,。 [1] 

1．材料科學(xué)理論新發(fā)現(xiàn)

例如,，鋁合金的時(shí)效強(qiáng)化理論導(dǎo)致硬鋁的發(fā)展；高分子材料剛性分子鏈的定向排列理論導(dǎo)致高強(qiáng)度,、高模量芳綸有機(jī)纖維的發(fā)展,。

2．材料加工工藝新技術(shù)

例如古老的鑄、鍛技術(shù)已發(fā)展成為定向凝同技術(shù),、精密鍛造技術(shù),，從而使得高性能的葉片材料得到實(shí)際應(yīng)用。復(fù)合材料增強(qiáng)纖維鋪層設(shè)計(jì)和T藝技術(shù)的發(fā)展,，使它在不同的受力方向上具有優(yōu)質(zhì)特性,，從而使得復(fù)合材料具有可設(shè)計(jì)性，并為它的應(yīng)用開拓了廣闊前景,；熱等靜壓技術(shù),、超細(xì)粉末制造技術(shù)等新型T藝技術(shù)成功創(chuàng)造出具有嶄新性能的航空航天材料和制件，如熱等靜壓技術(shù)制造的粉末冶金渦輪盤,、高效能陶瓷制件等,。 [1] 

3．材料性能測(cè)試與無損檢測(cè)新技術(shù)

現(xiàn)代電子光學(xué)儀器已經(jīng)可以觀察到材料的分子結(jié)構(gòu)；材料機(jī)械性能的測(cè)試裝置已經(jīng)可以模擬飛行器的載荷譜,，而且無損檢測(cè)技術(shù)也有了飛速進(jìn)步,。

中國(guó)航空材料經(jīng)歷了引進(jìn)、仿制、改進(jìn),、改型和自行研制的發(fā)展歷程,。我國(guó)已定型生產(chǎn)的航空用金屬、有機(jī)高分子材料,、無機(jī)非金屬材料以及復(fù)合材料的牌號(hào)約2000余個(gè)；已建成具有一定規(guī)模的航空材料研究與生產(chǎn)基地,，擁有生產(chǎn)航空產(chǎn)品所需各類材料牌號(hào),、品種與規(guī)格的生產(chǎn)設(shè)備及檢測(cè)儀器；先后制定了1000余份各類航空材料,、熱工藝及理化檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)（包括國(guó)標(biāo),、標(biāo)與航空標(biāo)準(zhǔn)）；編寫出版了《中國(guó)航空材料手冊(cè)》《發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)用材料性能數(shù)據(jù)手冊(cè)》及《航空材料選用目錄》等,；頒布了“航空工業(yè)材料及熱工藝技術(shù)工作規(guī)定”“航空材料（含鍛,、鑄件）技術(shù)管理辦法”等法規(guī)性文件。 [1] 

總體上看,，我國(guó)已定型生產(chǎn)的航空材料（含類別,、牌號(hào)、品種與規(guī)格）及其相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范,，基本上能滿足第二代航空產(chǎn)品大批生產(chǎn)的需求,。針對(duì)第三代航空產(chǎn)品所需關(guān)鍵材料，如熱強(qiáng)鈦合金,、高強(qiáng)鋁合金,、超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼不銹鋼、樹脂基復(fù)合材料,、單晶與粉末高溫合金等,，從技術(shù)上看，已具備試用條件,，但要轉(zhuǎn)化為在特定工況下使用的零部件,，并體現(xiàn)出第三代航空產(chǎn)品的總體效能（技術(shù)與戰(zhàn)術(shù)性能、使用可靠性與壽命以及經(jīng)濟(jì)效益等）尚需做大量的工作,。我國(guó)航空材料的現(xiàn)狀與新一代航空產(chǎn)品（飛機(jī)以F -22為代表,，發(fā)動(dòng)機(jī)推重比10為代表）對(duì)材料的需求之間尚存在較大的差距，主要有：前沿材料研究滯后,，新材料儲(chǔ)備小,，第三代、第四代航空產(chǎn)品所需的一些關(guān)鍵材料,，如快速凝固材料,、高強(qiáng)輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料、熱強(qiáng)鈦合金、超高強(qiáng)度鋼,、金屬問化合物及以其為基的復(fù)合材料,、樹脂基復(fù)合材料等的研究滯后，與*新材料研制水平的差距約為15~20年,；新材料研制,、生產(chǎn)和應(yīng)用研究的基礎(chǔ)條件較差，如超純?nèi)蹮?、高溫整體擴(kuò)散連接,、噴射成型、等溫鍛造,、電子束沉積涂層,、納米材料制備、超高溫檢測(cè),、超聲顯微鏡,、激光無損檢測(cè)等先進(jìn)的合成與加工設(shè)備、質(zhì)量檢測(cè)與控制手段等不能滿足新材料研制,、生產(chǎn)與應(yīng)用的需要,。 [1] 

根據(jù)材料的組成與結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，航空材料包括金屬材料,、有機(jī)高分子材料（聚合物）,、無機(jī)非金屬材料和復(fù)合材料四大類。

金屬材料是以金屬元素為基的材料,。金屬材料包括純金屬及其合金,。合金是以某一金屬元素為基，添加一種以上金屬元素或非金屬元素（視性能要求而定）,，經(jīng)冶煉,、加工而成的材料，如碳素鋼,、低合金鋼和合金鋼,、高溫合金、鈦合金,、鋁合金,、鎂合金等。純金屬很少直接應(yīng)用,，因此金屬材料絕大多數(shù)是以合金的形式出現(xiàn),。

高分子材料又稱聚合物或高聚物。一類由一種或幾種分子或分子團(tuán)（結(jié)構(gòu)單元或單體）以共價(jià)鍵結(jié)合成具有多個(gè)重復(fù)單體單元的大分子,，其相對(duì)分子質(zhì)量高達(dá)104-106,。它們可以是天然產(chǎn)物如纖維,、蛋白質(zhì)和天然橡膠等，也可以是用合成方法制得的,，如合成橡膠,、合成樹脂、合成纖維等非生物高聚物,，聚合物的特點(diǎn)是種類多,、密度小（僅為鋼鐵的1/7~1/8),比強(qiáng)度大,，電絕緣性,、耐腐蝕性好，加工容易,，可滿足多種特種用途的要求。卨分子材料包括塑料,、纖維,、橡膠、涂料,、粘合劑等領(lǐng)域,，可部分取代金屬、非金屬材料,。 [3] 

無機(jī)非金屬材料包括除金屬材料,、有機(jī)高分子材料以外的幾乎所有材料。這些材料主要有陶器,、瓷器,、磚、瓦,、玻璃,、水泥、耐火材料以及氧化物陶瓷,、非氧化物陶瓷,、金屬陶瓷、復(fù)合陶瓷等新型材料,。無機(jī)非金屬材料來源豐富,、成本低廉、應(yīng)用廣泛,。無機(jī)非金屬材料具有許多優(yōu)良的性能,，如耐高溫、高硬度,、抗腐蝕,，以及優(yōu)良的介電、壓電、光學(xué),、電磁性能及其功能轉(zhuǎn)換特性等,；主要缺點(diǎn)是抗拉強(qiáng)度低、韌性差,。近年來,，又出現(xiàn)了氧化物陶瓷、碳化物陶瓷,、氮化物陶瓷等許多具有特殊性能的新型材料,。無機(jī)非金屬材料已成為多種結(jié)構(gòu)、信息及功能材料的主要來源,，如耐高溫,、抗腐蝕、耐磨損的氧化鋁（A1203),、氮化硅（Si3N4),、碳化硅（SiC)、氧化鋯增韌陶瓷,；大量用作切削刀具的金屬陶瓷·,，將電信息轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑畔⒌拟壦徜嚭透男缘匿嗏佀徙U；以及壓電陶瓷和PTC陶瓷等,。 [3] 

復(fù)合材料是由兩種或多種材料組成的多相材料,。一般指由一種或多種起增強(qiáng)作用的材料（增強(qiáng)體）與一種起粘結(jié)作用的材料（基體）結(jié)合制成的具有較高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)材料。增強(qiáng)體是指復(fù)合材料中借基體粘結(jié),，強(qiáng)度,、模量遠(yuǎn)高于基體的組分。按形態(tài)有顆粒,、纖維,、片狀和體型四類。在工業(yè)中采用的連續(xù)纖維增強(qiáng)體如玻璃纖維,、碳纖維,、石墨纖維、碳化硅纖維,、硼纖維和高模量有機(jī)纖維等,，主要作為復(fù)合材料的增強(qiáng)材料?；w是指復(fù)合材料中粘結(jié)增強(qiáng)體的組分,。一般分為金屬基體、聚合物基體和無機(jī)非金屬基體三大類,。金屬基體包括純金屬及其合金,；聚合物基體包括樹脂,、橡膠等；無機(jī)非金屬基體包括玻璃,、陶瓷等,。基體對(duì)增強(qiáng)體應(yīng)具有良好的粘結(jié)力和兼容性,?；w和增強(qiáng)體之間的接觸面稱為“界面"。由于基體對(duì)增強(qiáng)體的粘結(jié)作用,，使界面發(fā)生力的傳播,、裂紋的阻斷、能量的吸收和散射等效應(yīng),，從而使復(fù)合材料產(chǎn)生單一材料所不具備的某些優(yōu)異性能,，例如碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的疲勞性能和斷裂韌度都遠(yuǎn)優(yōu)于碳纖維和環(huán)氧樹脂。 [3] 

按使用功能,，航空材料又可分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩大類,。結(jié)構(gòu)材料以力學(xué)性能為主，功能材料以物理,、化學(xué)性能為主。

航空材料既是研制生產(chǎn)航空產(chǎn)品的物質(zhì)保障,，又是推動(dòng)航空產(chǎn)品史新?lián)Q代的技術(shù)基礎(chǔ),。主要的航空結(jié)構(gòu)材料包括結(jié)構(gòu)鋼與不銹鋼、高溫合金,、輕金屬材料（含鋁及鋁合金,、鈦及鈦合金）、聚合物基復(fù)合材料等,。

飛機(jī)機(jī)體的主要結(jié)構(gòu)村料是結(jié)構(gòu)鋼,、輕金屬材料和復(fù)合材料：為了提高飛機(jī)的結(jié)構(gòu)效率.降低飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量系數(shù)，高比強(qiáng)度和高比模來那個(gè)的輕質(zhì),、高強(qiáng),、高模材料，正在獲得越來越多的應(yīng)用,。隨著飛機(jī)性能的提高,，樹脂基復(fù)合材料和鈦合金用量增加，傳統(tǒng)鋁合金和鋼材用量減少,。戰(zhàn)斗機(jī)以F-22為例,，樹脂基復(fù)合材料的用量已達(dá)到整機(jī)結(jié)構(gòu)重量的24%,鈦合金用量達(dá)到整機(jī)結(jié)構(gòu)重量的41%;與此同時(shí)，鋁合金用量下降為只占整機(jī)結(jié)構(gòu)重量的15%,，鋼的用量下降為只占整機(jī)結(jié)構(gòu)重量的5%,。民機(jī)以B-777為例,，樹脂基復(fù)合材料的用量已占整機(jī)結(jié)構(gòu)重量的11%,鈦合金用量已占到整機(jī)結(jié)構(gòu)重量的7%;與此同時(shí)，鋁合金用量下降為占整機(jī)結(jié)構(gòu)重量的70%,但仍是飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)材料,；鋼的用量下降為只占整機(jī)結(jié)構(gòu)重量的11%,。 [3] 

航空發(fā)動(dòng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)材料是不銹鋼、高溫合金和鈦合金,。在一臺(tái)先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)上,，高溫合金和鈦合金的用量分別要占到發(fā)動(dòng)機(jī)總結(jié)構(gòu)重量的55%~65%和25%~40%,并對(duì)許多新型高溫材料提出了更高的要求，如新型高溫合金和高溫鈦合金,、高溫樹脂基復(fù)合材料,、金屬間化合物及其復(fù)合材料、熱障涂層材料,、金屬基復(fù)合材料,、陶瓷基和碳/碳復(fù)合材料等。 [3] 

機(jī)載設(shè)備中的關(guān)鍵材料主要是各種微電子,、光電子,、傳感器等光、聲,、電,、磁、熱的高功能及多功能材料,。