航空航天材料报告（共6篇）
篇1：航空航天材料报告
2017-2021年中国航空材料行业发
展预测及投资咨询报告
▄ 核心内容提要
【出版日期】2017年4月 【报告编号】
【交付方式】Email电子版/特快专递
【价
格】纸介版：7000元
电子版：7200元
纸介+电子：7500元
▄ 报告目录
第一章 航空材料基本界定
第一节、航空材料概述
一、定义
二、分类
三、地位
四、发展历史
五、研发的影响因素
第二节、航空材料的特征
一、耐高低温
二、耐老化和耐腐蚀
三、适应空间环境
四、寿命和安全
第三节、航空绝缘材料特点
一、耐热性
二、相容性
三、耐湿热性
四、阻燃性
第二章 2014-2016年世界航空材料行业发展分析
第一节、全球航空材料行业发展综析
一、行业发展总况
二、行业研发状况
三、行业发展趋势
四、细分市场需求预测
第二节、主要地区航空材料行业发展分析
一、美国
二、俄罗斯
三、法国
四、南非
五、日本
六、阿联酋
第三章 2014-2016年中国航空材料行业发展深度分析
第一节、中国航空材料业发展分析
一、行业发展历程
二、行业发展现状
三、发展特点分析
四、市场需求状况
五、本地化生产状况
第二节、中国航空材料行业格局分析
一、航空材料的企业格局
二、飞机材料的应用格局
三、航空新材料区域格局
第三节、中国航空材料跨境合作研发动态
一、中德
二、中俄
三、中法
第四节、中国航空材料标准体系分析
一、标准体系现状
二、与国外的差距根源
三、标准体系建立措施
四、预期研究成果
第五节、中国航空材料行业发展存在的问题及对策
一、行业发展面临的挑战
二、行业政策建议
三、行业有序发展的措施
第四章 2014-2016年中国航空材料细分行业发展分析（按应用的航空装备分）
第一节、火箭材料
一、火箭材料基本介绍
二、中国火箭材料发展动态
三、火箭发动机材料的发展
第二节、航天器材料
一、航天器材料基本介绍
二、航天器材料的应用分析
三、航天器结构材料发展综析
四、航天器热防护材料发展状况
第三节、航空发动机材料
一、航空发动机高温材料发展状况
二、航空发动机叶片材料发展分析
三、航空发动机轴承新材料剖析
四、航空发动机冷却材料的研发
五、航空发动机材料研发及应用动态
六、航空发动机关键零部件材料技术趋向
第五章 2014-2016年中国航空材料细分行业发展分析（按材料属性分）
第一节、金属材料
一、金属材料市场发展状况
二、重点航空用金属材料介绍
三、航空用难容金属应用状况
第二节、高分子材料
一、高分子材料市场发展现状
二、高分子材料在飞机上的使用状况
第三节、复合材料
一、航空复合材料运用的重要性
二、航空复合材料发展概况
三、航空复合材料的应用格局
四、航空复合材料市场使用规模
五、航空复合材料需求状况
六、航空复合材料发展影响因素
七、航空复合材料研发及应用动态
八、航空复合材料技术问题剖析
九、航空复合材料发展展望
第四节、航空油料
一、世界各国航空油料的发展
二、航空生物燃油的应用状况
三、中国航空燃料的发展状况
四、中国航空油料税收状况
五、中国航空油料竞争市场动态
第五节、纳米材料
一、在航天器结构材料上的应用
二、在航天器功能材料上的应用
三、航空纳米材料研发及应用动态
第六节、碳纤维材料
一、航空碳纤维复合材料应用
二、航空碳纤增强材料的应用
三、航空碳纤维材料发展目标
第六章 2014-2016年航空材料热点产品的发展分析
第一节、不锈钢
一、航空不锈钢应用特征
二、不锈钢在航空业的应用
三、不锈钢市场供需状况
四、不锈钢市场价格走势
第二节、高温合金
一、高温合金在航空领域的应用
二、高温合金行业发展格局
三、航空用高温合金标准解析
四、航空高温合金技术进展
五、航空高温合金进入壁垒
六、航空高温合金需求预测
第三节、铝及铝合金
一、航空铝合金主要品种及应用
二、铝及铝合金供给状况
三、铝及铝合金需求状况
四、铝市场价格走势状况
第四节、镁及镁合金
一、航空镁及镁合金应用状况
二、镁及镁合金供给状况
三、镁市场消费状况分析
四、镁及镁合金市场供需状况
五、镁市场价格走势
第五节、钛及钛合金
一、航空钛及钛合金材料的应用
二、中国钛市场供需状况分析
三、飞机用钛及钛合金的需求现状
四、航空钛及钛合金研发进展
五、航空用钛需求前景分析
第六节、玻璃钢
一、玻璃钢在航空工业的应用
二、玻璃钢市场供给状况
三、航空用玻璃钢行业标准
第七节、航空涂料
一、航空涂料市场发展概况
二、国内外飞机涂料的发展
三、航空涂料研发动态
第八节、航空润滑油
一、航空润滑油分类及使用
二、航空润滑油应用现状
三、飞机润滑剂的应用状况
第九节、特种陶瓷
一、航空特种陶瓷发展状况
二、特种陶瓷市场的主要种类
第七章 2014-2016年中国航空材料重点地区发展分析
第一节、环渤海地区
一、北京
二、天津
三、大连
四、抚顺
第二节、长三角地区
一、上海
二、浙江
三、江苏镇江市
第三节、中西部地区
一、长沙
二、西安
第八章 2014-2016年航空材料行业技术分析
第一节、航空材料行业技术概况
一、航空材料重点技术发展状况
二、航空复合材料先进工艺技术
三、中国航空材料技术发展动态
四、航空材料技术发展思路
五、航空材料技术发展对策
第二节、航空复合材料自动铺放技术分析
一、自动铺放技术发展概况
二、国内自动铺带技术研究进展
三、中国自动铺丝技术研究进展
第三节、航空复合材料成型技术分析
一、复合材料预形件制造技术
二、复合材料零件成形技术
三、层板及蜂窝结构制造技术
四、复合材料工艺技术存在的问题
第四节、飞机复合材料构件制造技术探析
一、应用热压罐制造技术
二、应用缝合/（RTM，RFI）复合材料技术
三、应用胶接结构制造技术
第五节、航空复合材料的无损检测技术剖析
一、航空复合材料无损检测介绍
二、复合材料结构外场无损检测方法
三、复合材料结构外场无损检测新技术
四、航空复合材料无损检测技术发展趋势
第六节、民用飞机机体用钛合金的新技术剖析
一、新技术基本状况
二、激光成形及修复技术（LRF/LR）
三、超塑性成形及扩散联接技术（SPF/DB）第九章 2014-2016年航空合金材料行业重点企业发展分析
第一节、北京钢研高纳科技股份有限公司
一、企业发展概况
二、经营效益分析
三、业务经营分析
四、财务状况分析
五、高温合金业务状况
六、航空材料发展动态
七、未来前景展望
第二节、陕西炼石有色资源股份有限公司
一、企业发展概况
二、经营效益分析
三、业务经营分析
四、财务状况分析
五、高温合金业务发展状况
六、未来前景展望
第三节、中国铝业股份有限公司
一、企业发展概况
二、经营效益分析
三、业务经营分析
四、财务状况分析
五、航空材料业务的发展
六、未来前景展望
第四节、山东南山铝业股份有限公司
一、企业发展概况
二、经营效益分析
三、业务经营分析
四、财务状况分析
五、航空材料业务的发展
六、未来前景展望
第五节、宝鸡钛业股份有限公司
一、企业发展概况
二、经营效益分析
三、业务经营分析
四、财务状况分析
五、未来前景展望
第六节、西部金属材料股份有限公司
一、企业发展概况
二、经营效益分析
三、业务经营分析
四、财务状况分析
五、未来前景展望
第十章 2014-2016年其他航空材料细分行业重点企业的发展
第一节、湖南博云新材料股份有限公司
一、企业发展概况
二、企业发展优势
三、经营效益分析
四、业务经营分析
五、财务状况分析
六、业务发展动态
七、产品发展空间
八、未来前景展望
第二节、哈飞航空工业股份有限公司
一、企业发展概况
二、经营效益分析
三、业务经营分析
四、财务状况分析
五、未来前景展望
第三节、宝山钢铁股份有限公司
一、企业发展概况
二、经营效益分析
三、业务经营分析
四、财务状况分析
五、未来前景展望
第十一章 航空材料行业投资及前景分析
第一节、航空材料行业投资机会
一、民用航空规划注重航空材料的研发
二、中国专项资金支持航空发动机材料发展
第二节、航空材料行业投资壁垒
一、技术壁垒
二、资金壁垒
三、人才壁垒
第三节、航空材料行业发展前景分析
一、航空材料行业前景预测
二、航空新材料行业发展趋势
三、轻型航空材料发展前景分析
四、航空材料市场需求潜力分析
▄ 公司简介
中宏经略是一家专业的产业经济研究与产业战略咨询机构。成立多年来，我们一直聚焦在“产业研究”领域，是一家既有深厚的产业研究背景，又只专注于产业咨询的专业公司。我们针对企业单位、政府组织和金融机构，提供产业研究、产业规划、投资分析、项目可行性评估、商业计划书、市场调研、IPO咨询、商业数据等咨询类产品与服务，累计服务过近10000家国内外知名企业；并成为数十家世界500强企业长期的信息咨询产品供应商。
公司致力于为各行业提供最全最新的深度研究报告，提供客观、理性、简便的决策参考，提供降低投资风险，提高投资收益的有效工具，也是一个帮助咨询行业人员交流成果、交流报告、交流观点、交流经验的平台。依托于各行业协会、政府机构独特的资源优势，致力于发展中国机械电子、电力家电、能源矿产、钢铁冶金、嵌入式软件纺织、食品烟酒、医药保健、石油化工、建筑房产、建材家具、轻工纸业、出版传媒、交通物流、IT通讯、零售服务等行业信息咨询、市
场研究的专业服务机构。经过中宏经略咨询团队不懈的努力，已形成了完整的数据采集、研究、加工、编辑、咨询服务体系。能够为客户提供工业领域各行业信息咨询及市场研究、用户调查、数据采集等多项服务。同时可以根据企业用户提出的要求进行专项定制课题服务。服务对象涵盖机械、汽车、纺织、化工、轻工、冶金、建筑、建材、电力、医药等几十个行业。
我们的优势
强大的数据资源：中宏经略依托国家发展改革委和国家信息中心系统丰富的数据资源，建成了独具特色和覆盖全面的产业监测体系。经十年构建完成完整的产业经济数据库系统（含30类大行业，1000多类子行业，5000多细分产品），我们的优势来自于持续多年对细分产业市场的监测与跟踪以及全面的实地调研能力。
行业覆盖范围广：入选行业普遍具有市场前景好、行业竞争激烈和企业重组频繁等特征。我们在对行业进行综合分析的同时，还对其中重要的细分行业或产品进行单独分析。其信息量大，实用性强是任何同类产品难以企及的。
内容全面、数据直观：报告以本最新数据的实证描述为基础，全面、深入、细致地分析各行业的市场供求、进出口形势、投资状况、发展趋势和政策取向以及主要企业的运营状况，提出富有见地的判断和投资建议；在形式上，报告以丰富的数据和图表为主，突出文章的可读性和可视性。报告附加了与行业相关的数据、政策法规目录、主要企业信息及行业的大事记等，为业界人士提供了一幅生动的行业全景图。
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争格局的演变趋势以及技术标准、市场规模、潜在问题与行业发展的症结所在。
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篇2：航空航天材料报告
权威、全面、专业、细致
中国航空材料最新调研及市场销售前景预测报告（2013-2018年）报告目录
第一章 航空材料行业发展综述
第一节 航空材料行业定义及分类
一、行业概念及定义
二、行业主要产品大类
第二节 航空材料行业发展环境分析
一、行业主管部门及管理体制
二、行业政策环境分析
（1）行业主要产业政策
（2）行业相关政策动向
三、行业经济环境分析
（1）国际宏观经济环境
（2）国内宏观经济环境
（3）行业宏观经济环境分析
第二章 2012年国内外航空业发展状况分析
第一节 2012年全球航空业运行情况
一、全球航空盈利水平分析
二、全球航线航班运行分析
三、航空公司机队扩建情况
四、全球航空旅客运量分析
五、全球航空货物运量分析
第二节 全球航空旅客运输市场分析
一、全球航线网络演变情况
二、全球客机市场需求分析
三、全球客机的交付量分析
四、全球客机退役趋势分析
五、航空公司融资租赁分析
第三节 全球客机总体需求量预测分析
一、全球客机总体需求量预测分析
二、全球各地区客机需求预测分析
1、亚太地区客机需求预测分析
2、北美地区客机需求预测分析
3、拉美地区客机需求预测分析
4、欧洲地区客机需求预测分析
5、俄罗斯和独联体客机需求预测
6、中东地区客机需求预测分析
7、非洲地区客机需求预测分析
三、全球各类型客机需求预测分析
第四节 中国航空业发展状况分析
一、中国航空运输市场发展情况
二、中国航空运输市场驱动因素
专业市场分析报告|市场预测报告|市场研究报告|可行性分析报告
权威、全面、专业、细致
1、经济持续稳定增长
2、城市化加快和居民消费升级
3、旅游业快速发展
4、机场建设速度加快
5、航空运输政策法规
三、中国航空公司和机队发展分析
1、国内航空公司发展概况
2、国内运输机队发展概况
3、民航定期航班航线分析
第三章 2012年国际航空材料市场分析-国研中讯
第一节 国际航空材料市场分析
一、国际航空材料行业应用状况分析
二、国际航空材料行业市场需求分析
三、国际航空材料行业市场竞争分析
第二节 国际主要航空材料市场分析
一、美国航空材料市场分析
（1）美国航空材料发展现状
（2）美国航空材料技术水平
（3）美国航空材料主要生产企业
二、欧洲航空材料市场分析
（1）欧洲航空材料发展现状
（2）欧洲航空材料技术水平
（3）欧洲航空材料主要生产企业
三、俄罗斯航空材料市场分析
（1）俄罗斯航空材料发展现状
（2）俄罗斯航空材料技术水平
（3）俄罗斯航空材料主要生产企业
第三节 国际航空材料市场分析及需求分析
一、国际航空材料市场分析
二、国际航空材料需求分析
第四章 2012年中国航空材料市场分析
第一节 中国航空材料市场分析
一、中国航空材料行业发展状况分析
二、中国航空材料行业市场竞争分析
三、中国航空材料与航空产品的差距
第二节 中国航空材料经营能力分析
一、航空材料行业盈利能力分析
二、航空材料行业营运能力分析
三、航空材料行业偿债能力分析
四、航空材料行业发展能力分析
第三节 中国航空材料细分市场分析
专业市场分析报告|市场预测报告|市场研究报告|可行性分析报告
权威、全面、专业、细致
一、航空材料-金属材料行业市场分析
（1）航空材料-金属材料主要产品
（2）航空材料-金属材料性能特征分析
（3）航空材料-金属材料市场需求分析
二、航空材料-高分子材料行业市场分析
（1）航空材料-高分子材料主要产品
（2）航空材料-高分子材料性能特征分析
（3）航空材料-高分子材料市场规模分析
三、航空材料-复合材料行业市场分析
（1）航空材料-复合材料主要产品
（2）航空材料-复合材料性能特征分析
（3）航空材料-复合材料市场规模分析
（4）航空材料-复合材料市场需求分析
四、航空材料-航空油料行业市场分析
（1）航空材料-航空油料主要产品
（2）航空材料-航空油料性能特征分析
（3）航空材料-航空油料市场需求分析
第四节 中国航空材料行业趋势与前景预测
一、航空材料行业问题与对策分析
（1）航空材料行业存在问题分析
（2）航空材料行业发展对策分析
二、航空材料行业发展趋势分析
第五章 2012年中国航空材料重点产品市场分析-国研中讯
第一节 结构钢市场分析
一、结构钢的分类及牌号
二、结构钢市场分析
（1）结构钢市场供给分析
（2）结构钢市场需求分析
第二节 高温合金市场分析
一、高温合金的分类及牌号
二、高温合金市场分析
（1）高温合金市场供给分析
（2）高温合金市场需求分析
第三节 不锈钢市场分析
一、不锈钢的主要牌号
二、不锈钢市场分析
（1）不锈钢市场供给分析
（2）不锈钢市场需求分析
第四节 铝及铝合金市场分析
一、铝及铝合金的分类和牌号
二、铝及铝合金市场分析
（1）铝及铝合金市场供给分析
专业市场分析报告|市场预测报告|市场研究报告|可行性分析报告
权威、全面、专业、细致
（2）铝及铝合金市场需求分析
第五节 钛及钛合金市场分析
一、钛及钛合金的分类和牌号
二、钛及钛合金市场分析
（1）钛及钛合金市场供给分析
（2）钛及钛合金市场需求分析
第六节 镁及镁合金市场分析
一、镁及镁合金的分类和牌号
二、镁及镁合金市场分析
（1）镁及镁合金市场供给分析
（2）镁及镁合金市场需求分析
第七节 碳纤维复合材料市场分析
一、碳纤维复合材料的分类和牌号
二、碳纤维复合材料市场分析
（1）碳纤维复合材料市场供给分析
（2）碳纤维复合材料市场需求分析
第八节 玻璃钢市场分析
一、玻璃钢的分类和牌号
二、玻璃钢市场分析
（1）玻璃钢市场供给分析
（2）玻璃钢市场需求分析
第九节 航空涂料市场分析
一、航空涂料的分类
二、航空涂料市场分析
（1）航空涂料市场供给分析
（2）航空涂料市场需求分析
第十节 航空润滑油市场分析
一、航空润滑油的分类和牌号
二、航空润滑油市场分析
（1）航空润滑油市场供给分析
（2）航空润滑油市场需求分析
第十一节 航空煤油市场分析
一、航空煤油的分类和牌号
二、航空煤油市场分析
（1）航空煤油市场供给分析
（2）航空煤油市场需求分析
第十二节 特种陶瓷市场分析
一、特种陶瓷的分类
二、特种陶瓷市场分析
（1）特种陶瓷市场供给分析
（2）特种陶瓷市场需求分析
第六章 2012年中国航空材料行业主要企业生产经营分析
专业市场分析报告|市场预测报告|市场研究报告|可行性分析报告
权威、全面、专业、细致
第一节 陕西帝邦高温材料科技有限公司
一、企业发展简况分析
二、企业产品结构及新产品动向
三、企业销售渠道与网络
四、企业经营情况分析
五、企业经营优劣势分析
六、企业最新发展动向分析
第二节 西安远飞科技发展有限公司
一、企业发展简况分析
二、企业产品结构及新产品动向
三、企业销售渠道与网络
四、企业经营情况分析
五、企业经营优劣势分析
六、企业最新发展动向分析
第三节 海飞特（西安）直升机有限公司
一、企业发展简况分析
二、企业产品结构及新产品动向
三、企业销售渠道与网络
四、企业经营情况分析
五、企业经营优劣势分析
六、企业最新发展动向分析
第四节 西安康本材料有限公司
一、企业发展简况分析
二、企业产品结构及新产品动向
三、企业销售渠道与网络
四、企业经营情况分析
五、企业经营优劣势分析
六、企业最新发展动向分析
第五节 北京航材百慕新材料技术工程股份有限公司
一、企业发展简况分析
二、企业产品结构及新产品动向
三、企业销售渠道与网络
四、企业经营情况分析
五、企业经营优劣势分析
六、企业最新发展动向分析
第七章 2013-2018年中国航空材料行业投资分析
第一节 航空材料行业投资特性
一、航空材料行业进入壁垒分析
二、航空材料行业盈利模式分析
三、航空材料行业盈利因素分析
第二节 2013-2018年中国航空材料行业投资风险
一、航空材料行业政策风险
专业市场分析报告|市场预测报告|市场研究报告|可行性分析报告
权威、全面、专业、细致
二、航空材料行业技术风险
三、航空材料行业供求风险
四、航空材料行业其他风险
第三节 2013-2018年中国航空材料行业投资建议
一、航空材料行业投资机会分析
二、航空材料行业主要投资建议-国研中讯
图表目录：（部分）
图表：2005-2012年中国GDP总量及增长趋势图
图表：2010.09-2012.09中国月度CPI、PPI指数走势图 图表：2005-2012年我国城镇居民可支配收入增长趋势图 图表：2005-2012年我国农村居民人均纯收入增长趋势图 图表：1978-2012年中国城乡居民恩格尔系数走势图 图表：2010-2012年我国工业增加值增速统计 图表：2005-2012年我国全社会固定投资额走势图
图表：2005-2012年我国财政收入支出走势图 单位：亿元 图表：2005-2012年中国社会消费品零售总额增长趋势图 图表：2005-2012年我国货物进出口总额走势图
图表：2005-2012年中国货物进口总额和出口总额走势图
图表：2004-2012年中国新材料产业规模及增长（单位：亿元，%）
图表：1970-2012年全球旅客运输量与GDP（单位：万人次，万亿元）
图表：全球各地区航空旅客运输周转量分布（单位：万亿客公里）
图表：全球各地区航空旅客周转量分布及预测（单位：万亿客公里）
图表：全球各地区航空旅客周转量预测（单位：万亿客公里，%）
图表：2012年全球各地区航空货物运量及增长率（单位：万吨，%）
图表：2009-2012年全球航空货运发展趋势（单位：%）
图表：1989-2012年全球客机机队和可供座位数趋势（单位：架，个）
图表：2012年全球各地区客机机队比例（单位：%）
图表：2012年全球各类客机机队比例（单位：%）
图表：1990-2012年全球客机交付量（单位：架）
图表：1990-2012年全球各地区客机交付量（单位：架）
图表：1990-2012年全球客机退役趋势（单位：架）
图表：2012年全球各地区客机机队比例（单位：%）
图表：2012年全球各类客机机队比例（单位：%）
图表：2010-2018年全球各类型客机退役预测（单位：架）
图表：2010-2018年累计退役客机占现有客机机队比例（单位：%）
图表：1970-2012年全球租赁机队增长趋势（单位：架，%）
图表：1995-2012年租赁公司客机订购趋势（单位：架，%）
图表：2018年全球各类型客机机队比例预测（单位：%）
图表：2009-2018年全球各类型客机机队预测（单位：架）
图表：2018年全球各地区客机机队预测（单位：架）
图表：2018年全球各地区客机机队比例（单位：%）
图表：2010-2018年亚太地区客机需求预测（单位：架，亿美元，万亿客公里，%）
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图表：1989-2018年亚太地区各类型客机机队规模（单位：架，个）
图表：1989年/2009年/2018年亚太地区各类型客机机队结构（单位：%）
图表：2009及2018年亚太地区机队和RPKs的比例（单位：%）
图表：2010-2018年亚太地区各类型客机交付量预测（单位：架）
图表：2010-2018年按座级划分的亚太地区各类型客机交付量比例（单位：%）
图表：2010-2018年北美地区客机需求预测（单位：架，亿美元，万亿客公里，%）
图表：1989-2018年北美地区各类型客机机队规模（单位：架，个）
图表：1989年/2009年/2018年北美地区各类型客机机队结构（单位：%）
图表：2009及2018年北美地区机队和RPKs的比例（单位：%）
图表：2010-2018年北美地区各类型客机交付量预测（单位：架）
图表：2010-2018年按座级划分的北美地区各类型客机交付量比例（单位：%）
图表：2010-2018年拉美地区客机需求预测（单位：架，亿美元，万亿客公里，%）
图表：1989-2018年拉美地区各类型客机机队规模（单位：架，个）
图表：1989年/2009年/2018年拉美地区各类型客机机队结构（单位：%）
图表：2009及2018年拉美地区机队和RPKs的比例（单位：%）
图表：2010-2018年拉美地区各类型客机交付量预测（单位：架）
图表：2010-2018年按座级划分的拉美地区各类型客机交付量比例（单位：%）
图表：2010-2018年欧洲客机需求预测（单位：架，亿美元，万亿客公里，%）
图表：1989-2018年欧洲各类型客机机队规模（单位：架，个）
图表：1989年/2009年/2018年欧洲各类型客机机队结构（单位：%）
图表：2009及2018年欧洲机队和RPKs的比例（单位：%）
图表：2010-2018年欧洲各类型客机交付量预测（单位：架）
图表：2010-2018年按座级划分的欧洲各类型客机交付量比例（单位：%）
图表：2010-2018年俄罗斯和独联体客机需求预测（单位：架，亿美元，万亿客公里，%）
图表：1989-2018年俄罗斯和独联体各类型客机机队规模（单位：架，个）
图表：1989年/2009年/2018年俄罗斯和独联体各类型客机机队结构（单位：%）
图表：2009及2018年俄罗斯和独联体机队和RPKs的比例（单位：%）
图表：2010-2018年俄罗斯和独联体各类型客机交付量预测（单位：架）
图表：2010-2018年按座级划分的俄罗斯和独联体各类型客机交付量比例（单位：%）
图表：2010-2018年中东地区客机需求预测（单位：架，亿美元，万亿客公里，%）
图表：1989-2018年中东地区各类型客机机队规模（单位：架，个）
图表：1989年/2009年/2018年中东地区各类型客机机队结构（单位：%）
图表：2009及2018年中东地区机队和RPKs的比例（单位：%）
图表：2010-2018年中东地区各类型客机交付量预测（单位：架）
图表：2010-2018年按座级划分的中东地区各类型客机交付量比例（单位：%）
图表：2010-2018年非洲客机需求预测（单位：架，亿美元，万亿客公里，%）
图表：1989-2018年非洲各类型客机机队规模（单位：架，个）
图表：1989年/2009年/2018年非洲各类型客机机队结构（单位：%）
图表：2009及2018年非洲机队和RPKs的比例（单位：%）
图表：2010-2018年非洲各类型客机交付量预测（单位：架）
图表：2010-2018年按座级划分的非洲各类型客机交付量比例（单位：%）
图表：2010-2018年全球各座级涡扇支线客机交付量预测（单位：架）
图表：2010-2018年全球各座级涡扇支线客机交付量及价值预测（单位：架，亿美元）
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图表：2009和2018年全球各地区涡扇支线客机机队规模（单位：架）
图表：2010-2018年全球各座级单通道喷气客机交付量预测（单位：架）
图表：2010-2018年全球各座级单通道喷气客机交付量及价值预测（单位：架，亿美元）
图表：2009和2018年全球各地区单通道喷气客机机队规模（单位：架）
图表：2010-2018年全球各座级双通道喷气客机交付量预测（单位：架）
图表：2010-2018年全球各座级双通道喷气客机交付量及价值预测（单位：架，亿美元）
图表：2009和2018年全球各地区双通道喷气客机机队规模（单位：架）
图表：1989-2009年中国GDP和旅客运输量增长情况（单位：百万人次，万亿人民币）
图表：2000-2015年中国和全球GDP增速及预测（单位：%）
图表：1978-2009年中国城镇居民人均可支配收入和农村居民收入（单位：元）
图表：2003-2009年国内运输航空公司数量变化趋势（单位：家）
图表：1989-2009年中国航空公司客机机队（单位：架）
图表：国内运输航空器构成情况（单位：%）
图表：2008-2009年国内各机队航空器数量对比（单位：架）
图表：国内运输航空器机龄分布情况（单位：%）
图表：国内各型号发动机的数量和比例情况（单位：台，%）
图表：1996-2009年中国民航定期航班航线统计（单位：条）
图表：1998年与2008年中国前5名航线流量情况（单位：人次）
图表：1998-2008年中国排名前5和前6-20位航线航空旅客运输量比例（单位：%）
图表：美国各种飞机不同材料所占比例（单位：%）
图表：欧洲飞机发动机用钛合金的化学成分（单位：w/%）
图表：英国飞机发动机用钛合金的力学性能（单位：MPa）
图表：俄罗斯航空发动机用钛合金的化学成分（单位：w/%）
图表：俄罗斯目前在不同温度下常用的钛合金（单位：oC）
图表：美国海绵钛表观消费量和波音公司民用飞机订单比较（单位：吨，架）
图表：美国海绵钛表观消费量结构变化（单位：吨）
图表：全球钛制品需求结构（2005年）
图表：钛制品需求在主要国家和地区的分布（2005年vs2009年）
图表：钛制品需求结构的地区差异（2005年）
图表：2008-2012年中国航空材料行业销售毛利率分析（单位：%）
图表：2008-2012年中国航空材料行业净资产收益率分析（单位：%）
图表：2008-2012年中国航空材料行业三项费用增长率分析（单位：%）
图表：2008-2012年中国航空材料行业存货周转率分析（单位：次）
图表：2008-2012年中国航空材料行业应收账款周转率分析（单位：次）
图表：2008-2012年中国航空材料行业总资产周转率分析（单位：次）
图表：2008-2012年中国航空材料行业资产负债率分析（单位：%）
图表：2008-2012年中国航空材料行业速动比率分析
图表：2008-2012年中国航空材料行业已获利息保障倍数分析（单位：倍）
图表：2008-2012年中国航空材料行业营业收入增长率分析（单位：%）
图表：2008-2012年中国航空材料行业净资产增长率分析（单位：%）
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图表：2010年哈飞航空工业股份有限公司产品结构（单位：%）
图表：哈飞航空工业股份有限公司国内的产品分布
图表：哈飞航空工业股份有限公司国外的产品分布
图表：2008-2010年哈飞航空工业股份有限公司主要经济指标分析（单位：万元）
图表：2010年哈飞航空工业股份有限公司主营业务地区分布（单位：万元，%）
图表：略……
篇3：航空航天材料报告
关键词：金属间化合物,陶瓷基复合材料,焊接,强度,界面
Ti-Al系合金是以Ti3Al基合金或TiAl金属间化合物为基体的新型合金, 具有熔点高、比强度和比模量高、高温力学性能和抗氧化性能良好等特点, 是极具应用潜力的新型轻质高温结构材料。采用Ti3Al基合金或TiAl金属间化合物代替Ti合金可提高构件的使用温度, 代替普通高温合金可达到明显的减重效果。为促进Ti-Al系金属间化合物的工程应用, 深入研究其焊接技术具有重要意义。
陶瓷、陶瓷基复合材料具有耐高温、高强度和刚度、密度较轻、抗腐蚀性能好等特点, 在航空、航天超高温领域有着诱人的应用前景。但陶瓷材料因加工性能差、延性和冲击韧度低、耐热冲击能力弱以及制造尺寸大且形状复杂的零件较为困难等缺点, 通常需与金属材料组成复合结构或者通过陶瓷自身的连接实现复杂构件的制造。因此, 解决陶瓷/陶瓷、陶瓷/金属的连接问题是将陶瓷材料推向应用必须解决的关键技术之一。
总体上讲, 陶瓷、陶瓷基复合材料属于难焊接材料, 而Ti3Al基合金、TiAl金属间化合物亦属于较难焊接的新材料。本文论述了国内外关于Ti-Al系金属间化合物、陶瓷和陶瓷基复合材料这两大类轻质高温结构材料的焊接技术研究进展, 特别是对最近20年的有关研究进展进行了评述。
1 Ti-Al系金属间化合物焊接技术研究进展及发展趋势
1.1 Ti3Al基合金焊接技术研究
1.1.1 Ti3Al基合金熔化焊
适用于Ti3Al基合金的熔化焊方法有电子束焊、激光焊和氩弧焊。国内外研究结果表明, 采用合适的焊接工艺规范能够获得完整的接头, 存在的主要问题是常温下塑性不足以及由此引起的固态裂纹。
David等[1]对Ti-24Al-11Nb合金氩弧焊和电子束焊的裂纹倾向性进行了研究。结果表明, 其抗热裂纹性能较好, 但具有固态裂纹倾向;焊接冷却速率对焊缝组织及接头性能具有很大影响。Baeslack等[2]研究Ti-13.5Al-21.5Nb合金氩弧焊接头热影响区的显微组织特征时得到相似结论。冷却速率对Ti-26Al-11Nb和Ti-26.1Al-9.61Nb-2.9V-0.9Mo合金硬度影响的结果显示[3], 冷却速率很快时, 硬度出现陡降, 这表明有相对较软的B2相形成;冷却速率中等时, 硬度出现峰值, 这是生成α2马氏体的缘故;冷却速率继续降低, 硬度值逐渐减小。
Martin等[4]研究了Ti-14.3Al-21Nb合金的CO2激光焊接性能, 得到无缺陷的接头。当冷却速率高于3400K/s时, 接头弯曲塑性达到母材水平。吴爱萍等[5]研究了Ti-24Al-17Nb合金的激光焊, 采用连续激光氦气双面保护获得了成型良好的焊接接头, 接头横向抗拉强度与母材相当, 塑性达到14%~17%。
Acoff等[6]通过对Ti-26Al-22Nb合金的点焊研究发现, 通过预热的方法, 既可改善焊缝组织, 又能避免因温度梯度过大而导致的残余应力集中。刘博等[7]研究Ti-23Al-14Nb-2V合金氩弧焊时发现, 通过预热可以降低冷裂纹倾向性, 接头拉伸塑性为3.89%, 接近母材。另外的研究结果表明[8,9], 焊后热处理对于改善Ti3Al基合金的焊接接头性能同样具有重要作用。刘卫红等设计了高Nb含量的Ti-Al-Nb系合金焊料体系, 作为Ti3Al基合金 (合金牌号TD3:Ti-24Al-15Nb-1Mo, 原子分数/%) 的专用焊接材料, 采用此种填充材料焊接, 调整了焊缝区的合金成分和组织, 接头室温抗拉强度达到母材的70%。图1为接头的显微组织[10]。
谭立军等[11]采用电子束焊接技术对Ti-22Al-25Nb与TC11合金异种材料进行了焊接, 并成功实现了连接。所得到的接头抗拉强度超过了TC11母材, 冲击韧性达到TC11母材的42%。
1.1.2 Ti3Al基合金钎焊
早期, Cadden等[12]采用三种Ti-Cu-Ni合金钎料对Ti-13.4Al-21.2Nb合金进行了扩散钎焊的研究。结果表明, 大部分接头的室温抗拉强度能达到母材水平, 但高温强度都低于母材。从试验中也得出, 钎焊时间和钎料成分对控制接头质量起到了关键作用。
陈波等[13]在880℃/10min规范下, 采用三种AgCu基钎料进行了Ti3Al基合金 (TD3) 的润湿性和连接研究。结果表明, 随着钎料中Ti含量的提高接头平均抗剪强度逐渐增大;采用Ag-27.4Cu-4.4Ti钎料的接头对应最大抗剪强度为163.8MPa。
何鹏等[14]采用Ni-8Cr-5Si-2B-2Fe钎料对Ti-14Al-27Nb合金进行了钎焊研究。详细研究了钎焊时间及温度对接头显微组织及力学性能的影响, 当钎焊时间和温度分别为250~300s和1050~1100℃时, 接头抗剪强度达到220~230MPa。
1.1.3 Ti3Al基合金扩散焊及摩擦焊
熊华平等[15]针对Ti3Al基合金进行了五种不同工艺规范的扩散焊研究, 结果表明, 随着扩散焊温度的提高或保温时间的延长, 母材中的α2+O相板条组织逐渐长大, 在焊缝处生成的α2相尺寸也明显变大。在980℃/1h/10MPa规范下的接头室温抗拉强度为729MPa, 650℃高温抗拉强度为436MPa。
Threadgill等[3]对Ti3Al基合金的线性摩擦焊进行了研究, 发现对于Ti-14Al-21Nb合金的自身焊接, 焊接频率对焊瘤尺寸、裂纹形成及接头显微组织均有很大影响。Threadgill等[16]还采用超塑性成型与扩散焊连接工艺成功实现了α2和超α2合金的连接。
1.2 TiAl金属间化合物焊接技术研究
1.2.1 TiAl金属间化合物熔化焊
TiAl金属间化合物在熔焊过程中具有热裂纹倾向。Mallory等[17]和Arenas等[18]均研究了铸造合金Ti-48Al-2Cr-2Nb钨极气体保护焊 (GTAW) 的焊接性, 发现预热对降低和消除接头熔化区和热影响区的裂纹具有很好的效果;同时, 合理控制热输入及冷却速率的大小, 也是获得良好接头的有效方法。Hirose等[19]对Ti-46Al-2Mo合金进行了激光焊接, 并对接头熔化区域的显微组织及裂纹敏感性进行了考察。结果表明, 通过降低焊接速率和提高预热温度, 可以减小裂纹出现的频率, 并获得无裂纹焊缝。
Threadgill等[20]研究分析了Ti-48Al-2Cr-2Nb锻造合金的电子束焊, 指出冷却速率降低, 会形成α2+γ双相组织, 该组织具有良好的塑性, 明显减少了横向裂纹的数量, 并得到了抗拉强度达到550MPa的接头。张秉刚等[21]对TiAl和TC4异种材料进行了电子束焊接, 接头在拉伸试验中大部分于TiAl母材或热影响区处断裂, 断口为典型的脆性解理断裂特征。丁杰等[22]采用电子束焊接技术对γ-TiAl和40Cr钢异种材料进行了连接, 由于两种材料性能差别较大, 焊接存在一定困难, 但是焊接前进行预热或者降低冷却速率能缓解焊缝热应力, 降低裂纹出现几率。
1.2.2 TiAl金属间化合物钎焊
TiAl金属间化合物的钎焊方法主要有真空钎焊和红外感应加热钎焊, 所用钎料的主要成分对于钎焊接头的组织及性能具有重要影响。Uenishi等[23]采用Al箔钎料对Ti-48Al铸造合金进行了钎焊研究, 接头的室温及高温 (873K) 抗拉强度均与母材相似, 达到220MPa。Shiue等[24]采用纯Ag钎料对Ti-50Al合金进行了感应钎焊, 反应层中形成了Ti3Al相, 接头最高抗拉强度超过385MPa。Tetsui[25]详细研究了Ag基、Au基、Pd基、Ni基和NiTi多种不同钎料对TiAl金属间化合物的润湿性以及钎料与TiAl界面的生成相, 认为钎料与TiAl基体之间高温反应非常强烈, 容易生成硬度很高的化合物相, 并指出在有高温钎焊强度的要求下, 使用钎料中必须控制硬化元素Cu, Ni, Au的含量。正是由于TiAl金属间化合物性质活泼, 很容易与其他材料反应而使接头性能恶化, 因此在钎料的选择方面具有较高要求。叶雷等[26]设计了CoFe基和Fe基两种高温钎料, 以避免高温钎焊条件下钎料与TiAl母材之间发生过度反应。图2比较了BNi82CrSiB, CoFe基和Fe基钎料分别在TiAl母材润湿界面上的反应深度。
图2不同钎料在TiAl母材上的润湿界面[26] (a) BNi82CrSiB钎料, 1150℃/10min; (b) CoFe基钎料, 1200℃/10min; (c) Fe基钎料, 1200℃/10min Fig.2 Interfaces between the brazing fillers and the TiAl base material[26] (a) BNi82CrSiB alloy, 1150℃/10min; (b) CoFe-based alloy, 1200℃/10min; (c) Fe-based alloy, 1200℃/10min
曹健等[27]利用机械合金化TiH2, Ni和Si粉末的方法制备了Ti-Ni-Si焊料, 并采用该焊料成功实现了TiAl金属间化合物的钎焊连接。图3为使用TiH2-50Ni-2Si粉末获得的TiAl钎焊接头的组织[27]。从接头的焊缝中心到母材, 反应层的组成相依次为Ti3Al+Ti5Si3, TiAlNi2和Ti3Al。当焊接温度为1140℃、时间为30min时, 接头最大抗剪强度达到260.1MPa。
关于TiAl金属间化合物与异种材料的连接, 国内外都有相关研究和报道。Noda等[28]研究了Ti-33.5Al-0.5Cr-1Nb-0.5Si铸造合金和AISI4340结构钢异种材料之间的感应钎焊, 采用Ag-35.2Cu-1.8Ti钎料得到的接头室温抗拉强度为320MPa, 500℃时为310MPa。陈波等[29]采用Ti-15Cu-15Ni, Ti-13Zr-21Cu-9Ni, 63Ag-35.2Cu-1.8Ti和68.2Ag-27.4Cu-4.4Ti四种钎料进行了TiAl/42CrMo钢钎焊。对应于上述四种钎料的钎焊条件及接头抗拉强度分别为1000℃/5min, 91.5MPa;930℃/10min, 133.4MPa;870℃/10min, 286MPa;910℃/10min, 189.1MPa。李海新等[30]以Ti为中间层, 对TiAl金属间化合物与Ni基高温合金进行反应钎焊连接, 典型的界面微观结构为GH99/ (Ni, Cr) ss (γ) /TiNi (β2) +TiNi2Al (τ4) +Ti2Ni (δ) /δ+Ti3A1 (α2) +Al3NiTi2 (τ3) /α2+τ3/TiAl。当钎焊温度为1000℃, 保温时间10min时, 所得接头的抗剪强度最高为258MPa。此外也有使用AgCu基钎料对TiAl金属间化合物与陶瓷材料的钎焊连接研究, 取得相关进展[31,32]。
以上这些对TiAl金属间化合物钎焊工艺和接头性能的研究大部分都只报道接头的室温强度, 但可以预见, 使用Al基、Ti基、Ag基钎料对应的TiAl钎焊接头的耐热温度远低于TiAl材料本身能够承受的工作温度 (760~800℃) 。适用于TiAl钎焊的高温钎料的研究报道还很少, 目前需要解决的关键问题是设计具有合适成分的高温钎料, 使其与TiAl金属间化合物基材的反应得到有效控制, 使接头具有较高的强度和好的高温性能。
1.2.3 TiAl扩散焊、自蔓延高温合成反应焊接与摩擦焊
TiAl金属间化合物塑性变形的流变应力值较大, 扩散激活能较高, 因此采用扩散焊对TiAl进行焊接需要采用较高温度及较长时间。Uenishi等[23]研究了Ti-34Al合金的扩散焊, 采用的中间层材料为Al薄片, 在900℃/30MPa工艺条件下同时进行1300℃后续热处理, 成功实现了连接, 得到的接头室温和600℃温度下的抗拉强度与母材相当, 达到220MPa。但是, 需要解决的问题之一是TiAl母材及其扩散焊接头的脆性问题。
等[33]在采用扩散焊方法连接Ti-47Al-4.5 (Cr, Mn, Nb, Si, B) 轧制合金的过程中发现, 试件的表面状态会对连接质量产生影响。Glatz等[34]研究了1000℃下Ti-47Al-2Cr-0.2Si合金的扩散焊。室温、700℃和1000℃时, 接头的抗拉强度均较高, 基本接近母材。在Cam等[35]的研究中, Ti-48Al-3.7 (Nb, Cr, C) 合金在1000℃/10MPa/5h扩散焊条件下, 得到的接头抗剪强度达到388MPa;同时, 焊后热处理 (1430℃/30min) 提高了接头的强度, 但形成的粗晶组织却导致接头发生了脆化。
目前有少数文献报道TiAl与Ni基高温合金异种材料组合接头扩散焊连接的研究结果, 如段辉平等[36]以金属Ti, Cu, Ni箔构成Ti-Cu、Ti-Ni复合焊料, 采用过渡液相 (Transient Liquid Phase, TLP) 技术进行了TiAl与IN718合金的连接研究, 得到了无缺陷的连接接头;为避免TiAl金属间化合物与Ni基高温合金直接扩散连接时生成Ti-Ni-Al三元金属间化合物而导致接头强度降低, 何鹏等[37]采用Ti箔作为中间层扩散连接TiAl及Ni基高温合金 (GH99) , 在连接温度1173K、连接时间30min、连接压力20MPa时, 抗剪强度最高达到260.7MPa, 当然接头的高温性能还有待进一步研究。
Taughi等[38]对Ti-46Al锻造合金 (具有γ+α2全层片组织) 进行了自蔓延高温合成焊接, 采用Ti与Al的混合粉压成的薄片 (1mm厚) 作为连接材料, 接头的室温和高温 (800℃) 抗拉强度均与母材水平相当, 达到400MPa以上。Uenishi等[39]做了进一步研究, 发现连接材料与母材反应生成了TiA13, 接头中的界面组织主要由α-Ti, α2 (Ti3Al) 和TiAl3相组成, 且存在不均匀性;在1300℃下进行均匀化热处理, 可改善界面组织, TiAl3转变为单相的γ组织, 而原界面的金属薄片部位则由晶粒尺寸约为31μm的α2/γ层片组织组成, 接头室温及550℃的抗拉强度与母材相当, 断裂于母材或接头界面的γ相晶界。
宫下等[40]对Ti-33.8Al进行了摩擦焊实验, 接头抗拉强度达到539MPa, 断裂于TiAl母材。Lee等[41]对Ti-47Al合金和AISI4140钢的摩擦焊进行了研究, 采用纯Cu作为中间层, 接头处形成了TiAl/AlCu2Ti/TiCu4/AISI4140反应层, 中央为Cu2Ti相;夹层厚度为300μm时, 接头抗拉强度达到375MPa。Hou等[42]对Ti-48Al-2Cr-2Nb铸造合金摩擦焊的界面显微组织进行了详细研究。连接界面上发生了重结晶并产生了大量细化晶粒, 连接区附近形成了微裂纹, 且分布广泛。
相对而言, 固相焊接方法 (扩散焊、摩擦焊) 取得了更好的研究结果, 但是由于这些焊接方法本身的工艺要求, 其应用也必然存在各自的局限性。
1.3 Ti3Al基合金及TiAl金属间化合物的应用研究进展
美国NASA兰勒研究中心利用瞬态液相扩散焊连接方法制成了Ti-14Al-21Nb合金蜂窝面板结构, 其他公开报道Ti3Al基合金焊接技术应用的并不多。国内, 已出现关于Ti3Al基合金氩弧焊的应用, 而李晓红等则采用钎焊方法成功焊接了Ti3Al基合金环与GH536合金蜂窝组合结构模拟件, 得到的Ti3Al/GH536异种材料钎焊接头室温抗剪强度达到125MPa, 500℃抗剪强度为108MPa[43]。显然, 为充分发挥Ti3Al基合金在650℃及以上的高温性能优势, 钎焊接头强度和高温性能仍有待研究提高。
国外早在20世纪90年代末就开始对由TiAl板材制成的航空航天用发散板阀、排气喷嘴等零件和复杂蜂窝结构以及某刚性结构进行了高温钎焊研究和模拟件的试制[44,45], 以期待由TiAl代替Ni基高温合金获得应用。瑞士Asea Brown Boveri公司制成一种高温钛合金叶片, 钛合金叶根与γ-TiAl叶身通过热压扩散方法连接而成。日本还采用摩擦焊方法成功焊接出TiAl涡轮转子。美国的高速研究计划采用钨极气体氩弧焊实现了形状复杂部件的修复[44]。罗罗、戴姆勒-克莱斯勒、丰田、日本大同钢铁等公司研究了TiAl转子与钢轴之间的摩擦焊接, 通过添加Fe基合金A-286中间层解决了异种材料之间的裂纹敏感性问题, 对γ-TiAl和钢涡轮增压器组件进行摩擦焊接, 获得的接头强度为412MPa[46]。国内相关单位采用摩擦焊连接TiAl合金涡轮与42CrMo调质钢轴钢, 连接件接头室温抗拉强度达到480~537MPa。
当前对TiAl金属间化合物连接研究较多的是TiAl自身及其与钢、Ti合金异种材料的连接, 而更能发挥高温性能优势、有潜在应用前景的TiAl/高温合金组合接头的连接技术, 则更具吸引力和挑战性。
2 陶瓷、陶瓷基复合材料的连接技术研究进展
工程陶瓷的具体连接方法主要包括超声波焊接法、电脉冲焊接法、阳极键合法、固态扩散焊法、陶瓷表面金属化后间接钎焊方法、活性钎焊方法、氧化物玻璃法、先驱体法和反应连接方法等[47]。
2.1 陶瓷/陶瓷连接的主要研究进展
2.1.1 采用玻璃或陶瓷作为中间层的陶瓷焊接
采用无机玻璃或陶瓷作为中间层连接陶瓷/陶瓷源于20世纪80年代, 其优点在于在焊接时只需极小的外加压应力, 熔化的中间层起到润湿并连接陶瓷的作用, 可以取得明显的成效。Aravindan等[48]采用微波连接法 (频率为2450Hz) 并利用硅酸盐玻璃作为中间层实现了Al2O3-30ZrO2陶瓷的自身连接。Esposito等[49]采用铝硅酸钙玻璃作为中间层在1450~1500℃的条件下进行Y-PSZE陶瓷、Al2O3陶瓷自身的连接, 玻璃相熔化、润湿并扩散至陶瓷基体中, 焊接Y-PSZE陶瓷获得了173MPa的接头强度, 焊接Al2O3陶瓷获得了150~190MPa的强度。法国研究者在真空或中性气氛下成功钎焊了世界上比较大的以SiC陶瓷为基的望远镜的赫歇尔反射镜面[50], 并研发了一种在大气下使用硅酸钙玻璃作钎料对SiC进行钎焊修复的方法。结果表明, 在1400~1500℃/3min时23CaO-15Al2O3-62SiO2 (质量分数/%) 玻璃在SiC基板上的接触角接近20°, 室温下SiC钎焊接头的平均剪切强度为42MPa。Chang等[51]在进行Al2O3自身连接时采用低熔点 (540℃) 的B2O3陶瓷作为中间层, 当B2O3熔化并扩散至Al2O3中时与其进行了反应, 生成了不同的Al2O3-B2O3化合物, 但焊接时间长达15h, 并且只获得了50~70MPa的强度。
在固体氧化物燃料电池 (Solid Oxide Fuel Cell, 简称SOFC) 的密封连接中也经常采用玻璃或陶瓷作为中间层, 常用的玻璃陶瓷中间层体系有BaO-CaO-SiO2复合中间层、BaO-MgO-SiO2复合中间层加入增强相 (YSZ、纤维、Ag等) 的玻璃中间层, 以及金属和陶瓷的混合中间层等[52], 并且CTE的良好匹配对于接头强度和是否存在残余热应力有着很大的影响。随着SOFC的密封连接要求的提高, 越来越趋向于填充复合中间层以提高接头的性能。
采用玻璃作为中间层在Si3N4陶瓷自身的连接中取得了很好的效果, 如周飞[53]利用钇铝硅酸盐 (如Yb, La或Ce等) 作为中间层在1600℃的条件下对Si3N4陶瓷自身进行焊接, 获得接头的室温强度为550MPa (相当于Si3N4陶瓷的80%) ;Gopal等[54]利用SiO2+RE2O3作为中间层对Si3N4陶瓷自身进行了连接, 在焊接过程中有一个类似于Si3N4烧结的过程, 生成了RE2Si2O7化合物, 并在接头处形成薄带组织, 获得了1013MPa的室温强度, 并且在1000℃和1200℃时还分别保持666MPa和340MPa的强度。
2.1.2 陶瓷/陶瓷的扩散焊连接研究
早期有学者[55]采用超塑性扩散连接方法在1350~1450℃条件下进行Y-PSZ陶瓷自身连接, 获得的接头组织致密, 并具有较高的塑性。Mun等[56]进行ZrO2陶瓷自身连接研究时采用Ni作为中间层, 在1000~1200℃, 外加应力为10MPa条件下进行焊接, 获得了135~150MPa的接头强度;当采用另外一种金属Cu作为中间层并在700~900℃进行焊接时获得了180~240MPa的接头强度。与此同时Esposito等[57]在进行Al2O3自身连接时分别使用Cu, Ni和Fe作为中间层, 并施加50MPa的压力, 在0.9倍中间层熔点的温度下进行焊接, 获得了50~180MPa的接头强度, 其中Ni和Cu中间层所对应的接头强度较高。
类似的方法也应用于Si3N4陶瓷或与Sialon陶瓷的连接中, 并经常采用Ni, Ti, 不锈钢、SiC/Mo作为中间层, 其中使用Ni中间层能获得良好接头。虽然Ni, Ti等是很好的活性元素, 但由于其与陶瓷之间的CTE存在很大差异, 不可避免在焊后接头中存在残余热应力, 为缓解应力需要适当地调整中间层的厚度[58]。
2.1.3 陶瓷及陶瓷基复合材料的钎焊研究
在陶瓷钎焊过程中最常用的钎料是Ag-28Cu共晶钎料, 但是这种体系的钎料在陶瓷表面不润湿, 可以先对陶瓷的表面进行金属化处理, 使钎料在其表面能够润湿, 从而实现对陶瓷的焊接。陶瓷表面金属化一般是采用喷涂的方法进行, 近期也有学者采用液态浸渍的方法对陶瓷进行表面金属化, 如Wei等[59]在等量的NaCl和KCl混合物中加入质量分数为5%~10%的K2TiF6, 在700~1000℃的条件下将Si3N4陶瓷在其中浸渍2h, 然后采用Ag-28Cu共晶钎料对其进行焊接可以获得200MPa以上的接头强度。
为了实现陶瓷的直接钎焊连接, 国内外一般都在Ag72Cu28共晶成分的基础上加入2%~5%的活性元素Ti构成AgCu-Ti钎料。然而该钎料高温抗氧化能力差, 有资料[60]报道用该钎料实际钎焊Sialon/Sialon陶瓷时接头强度在400℃时比起室温时已有所下降, 温度再升高接头强度下降很快。
Kang等[61]设计了AuNiCrFeMo合金钎料对陶瓷/金属的连接展开了研究, 但是被焊的陶瓷表面必须预先镀上一层钛膜。还有关于PdCuTi钎料对Al2O3的润湿性及界面冶金行为的报道[62], 指出Ti的加入使界面发生了一个双重变化:液态侧富氧、钛吸附层的生成及随后在固态侧氧化钛的生成, 只有当界面生成一氧化钛, 才能保证较好的润湿性并形成较强的结合力。当Ti含量从0%增加到25% (原子分数) , 润湿角从约125°降到13°。Naka等[63]用Cu-Ti合金钎焊Si3N4/Si3N4, 所得接头室温下最大剪切强度为313.8MPa (Cu66-Ti34合金) , 但其高温性能不足。熊华平等[64]曾研制了CuNiTiB钎料, 在1353K/10min条件下对Si3N4/Si3N4陶瓷进行钎焊, 接头室温下三点弯曲强度达到402MPa, 室温强度的92%能维持到500℃, 但温度升高接头强度急剧下降, 钎焊接头高温性能仍需提高。因此, 陶瓷用高温钎料的研究自20世纪90年代以来成为国际上的研究热点之一。
Hadian等[65]采用Ni-Cr-Si体系合金 (Cr为活性元素) 对Si3N4陶瓷进行自身连接实验, 但是接头室温弯曲强度很低, 仅为118MPa。有学者使用NiCrSiTi[66]和Co-Ti[67]体系合金作为钎料连接Si3N4陶瓷, 接头性能也不理想, 这是因为Ti与Ni, Co之间的反应强烈, 会生成稳定的化合物从而大幅度降低Ti的活性, 因此直接使用Ni (Co) -Ti系合金作为中间层进行Si3N4陶瓷连接效果不佳。Paulasto等[68]在进行Si3N4陶瓷自身连接时, 使用CuTi/Pd/CuTi的复合中间层, 采用瞬态液相法在1223K/10min+1273K/40min条件下获得接头的室温强度为157MPa;在873K下可以保持室温强度的66%, 但温度再高则会造成接头性能急剧下降;而且强度测试样品全部是在陶瓷与中间层的连接界面处断裂, 作者认为这是由于Pd与Ti反应而致使Ti的活性降低, 从而在界面处生成的反应层较薄造成的。
Okamura[69]使用41-Ni-34Cr-25Pd钎料对Sialon陶瓷自身进行钎焊连接, 所得接头弯曲强度从室温至700℃可以一直稳定在300~350MPa, 但是这种钎料对Sialon陶瓷的润湿与连接依赖于焊前在Sialon陶瓷表面喷上一层均匀的碳膜。
Loehman[70]以V为活性元素研制了Au-36.6Ni-4.7V-1Mo钎料, 获得的Si3N4/Si3N4接头室温四点弯曲强度高达393MPa;但其高温性能仍不理想, 在700℃时强度值已经不足室温的40%。熊华平等[71]报道了用于Si3N4陶瓷连接的高温新钎料研究进展, 使用PdCo (Ni, Si, B) -V急冷态钎料箔带, 在1180℃/10min条件下获得的接头室温三点弯曲强度高于200MPa。随后, Sun等[72]设计了Au78.67-Ni15.62-Pd3.92-V1.79 (质量分数/%) 钎料, 在1150℃/60min的条件下完成了Si3N4陶瓷的自身连接;接头在靠近Si3N4陶瓷表面的界面上生成了1~2μm厚的VN反应层, 而在接头中央生成了两种固溶体Au[Ni, Pd]和Ni[Si, V] (见图4) , 正是因为这种组织的形成才使得接头性能较好。接头室温三点弯曲强度为264.4MPa, 并且在800℃条件下还可以保持214.2MPa的高强度, 但温度上升至900℃时其强度急剧降低。
在SiC陶瓷的连接中, 国内外较多地采用了AgCu基和Cu基钎料等。Naka等[73]研究了Ni-50Ti钎料, 对应的SiC/SiC陶瓷钎焊接头在室温、300℃和700℃剪切强度分别为158, 316MPa和260MPa, 可见接头室温强度偏低, 且高温性能仍需提高。
在研制SiC连接用高温新钎料时, 应该高度关注钎料与SiC之间的界面反应并予以控制, 因为常规的高温钎料中常含有元素Ni, Co, Fe, 它们都会与SiC直接发生十分强烈的化学反应, 在紧靠SiC的界面上形成由硅化物层以及溶有碳的硅化物层交替变化的带状反应层结构[74], 过于强烈的界面反应不仅会极大地损伤SiC基材, 而且获得的接头强度也很低[75]。熊华平等最近研制了一种Co基多元钎料即CoFeNi (Si, B) CrTi[76], 通过这种钎料消除了传统的Ni基或Co基钎料引起的周期性带状反应层结构, 在最优的钎焊条件 (1150℃/10min) 下获得的SiC/SiC接头在800℃和900℃的平均三点弯曲强度分别为188.2MPa和181.5MPa, 其中接头中央弥散分布的TiC相 (见图5) 有利于接头高温稳定性的提高, 该钎料还用于SiC/GH3044的连接研究[77]。当然该钎料仍有待改进, 以进一步提高接头的力学性能。
根据最新报道, Martin等[78]研究采用Ta-Ni合金作为钎料进行Al2O3陶瓷、SiC陶瓷的连接, 即利用Ta40Ni60+10%TiH2混合中间层对Al2O3陶瓷在1410~1600℃条件下进行焊接, 获得了50~70MPa的四点弯曲强度, 分析表明Ni-Ta-Ti相的分布对其接头性能起着至关重要的作用;同时还采用Ta40Ni60钎料在1400~1700℃条件下对SiC陶瓷进行连接, 获得了超过150~210MPa的接头四点弯曲强度。
对于C/C复合材料高温钎料的研究, 主要是以Si, Al, Mg2Si粉末、玻璃等作为中间填料进行钎焊[79,80]。更早期的研究有:20世纪60年代英国[81]采用MoSi2作为中间层实现了C/C连接, 且经热循环试验后接头稳定;美国[82]使用35Au-35Ni-30Mo/60Au-10Ni-30Ta等高温钎料实现了石墨/Mo的连接, 经测试表面接头渗漏试验效果良好;同时美国[83]还研究了使用48Ni-48Zr-4Be/49Ti-49Cu-2Be高温钎料用于连接石墨/石墨, 连接时钎料与石墨直接润湿良好。尽管针对C/C复合材料高温钎料的相关研究报道仍然很少, 但相信早期的关于石墨材料的高温钎料的研究结果可以为C/C复合材料高温新钎料的研制提供实验基础和设计依据。
关于Cf/SiC复合材料, 它与通常的陶瓷材料不同, 不但气孔率高 (约16%, 体积分数) , 且它由炭 (C) 纤维与SiC陶瓷两种材料组成, 钎焊接头界面变为陶瓷/钎料、纤维/钎料甚至纤维/基体 (包括金属与陶瓷) 的结合, 因此就钎焊工艺而言, 钎料对Cf/SiC的润湿行为和连接机理将变得更加复杂, 因此Cf/SiC高温钎料的研究难度更大。近年来国内在这方面的研究已经起步[84,85], 但总体报道还很少。考虑到Cf/SiC陶瓷基复合材料良好的应用前景, 国内应尽快深入开展其高温钎料的研究工作[80]。
2.2 陶瓷、陶瓷基复合材料与金属的连接
在陶瓷与金属的连接中, 要解决的重要问题概括起来有三个:①需要通过连接材料 (如钎料或扩散焊用中间层) 与陶瓷之间发生适度的界面反应而形成牢固的冶金结合[86,87];②要尽可能缓解因陶瓷与被焊金属热物理性能不匹配而在陶瓷/金属接头产生的焊后残余热应力;③为充分发挥结构陶瓷的高温性能优势, 应尽可能提高连接接头的耐热性。在陶瓷与金属连接领域, 几乎所有研究都是围绕着这三个问题来展开的。
Cannon等[88]进行了单晶Ni和Al2O3陶瓷的扩散焊系列实验, 结果指出中间层的塑性和所形成的界面化学性质对接头性能有很大影响, 例如一定量的Ti的存在可以增强其界面的强度而Ag, S等元素会明显降低接头强度。实际应用中也经常采用固相扩散焊方法对陶瓷/金属进行连接, 如Si3N4与Mo, Si3N4与Ni, SiC与TiAl的连接等, 并取得了实际效果。
Pnicke等[89]为适应固态氧化物燃料电池 (SOFC) 的连接技术需求, 开展了大气活性钎焊工艺研究, 使用Ag-CuO体系钎料, 研究了CuO含量对钎料在大气环境中1000℃高温下, 在YSZ陶瓷和Fe-Cr基合金表面润湿性的影响, 以及对陶瓷/金属连接界面的长时间稳定性的影响。
Palit等[90]在Ag-28Cu共晶成分中加入质量分数为2%~8%的Ti, 以此为钎料在900~1050℃、4h的条件下对AlN和Cu进行钎焊, 获得了可靠接头。Weng等[91]采用AgCu-Ti (Ti含量2%~8%) 钎料钎焊了Al2O3陶瓷与Ni基高温合金 (Inconel 600) 和Co基高温合金UMCo-50, 当Ti含量为8%时接头强度明显高于2%, 达到43~54MPa, 进一步通过加入Kovar合金作为中间层改善界面的冶金行为, 接头连接强度分别提高至240MPa和226MPa。
经过几十年的研究发展, 陶瓷/金属钎焊技术越来越成熟, 但所得接头的高温性能还需不断改进。炭纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料 (Cf/SiC) 是一种新型耐高温结构材料, 而Ti合金又是航空、航天领域材料的重要组成部分, 常常需要将其与Cf/SiC复合材料进行连接。熊进辉等[92]采用Ag-Cu-Ti活性钎料在900℃, 5min的条件下真空钎焊Cf/SiC与Ti合金, 得到室温和500℃接头剪切强度分别为102MPa和52MPa, 接头组织在Ti合金附近形成Ti3Cu4/TiCu/Ti2Cu+Ti反应层。为了缓解陶瓷连接接头热应力以及提高接头高温性能, 他们还在Ag-Cu-Ti活性钎料中分别加入TiC和SiC, 炭纤维和金属W颗粒, 复合钎焊Cf/SiC复合材料与Ti合金[93], 接头强度分别达到156, 134, 84, 168MPa, 比不加增强相时效果要好。
除Ti合金外, 国内外很多学者展开了Cf/SiC复合材料与Nb合金[94]、Ni基高温合金的连接[95]等研究并陆续取得一些探索研究结果, 但是仍然期待更实质性的进展。随着Cf/SiC复合材料应用范围的不断扩大, 开发新型高强度、耐高温的连接方法是未来Cf/SiC复合材料连接技术的发展方向。
另外, 前已述及, 由于陶瓷与金属的热物理性能不匹配, 使得陶瓷/金属连接接头在焊后往往产生巨大的残余热应力, 导致接头强度大大降低, 因此有效缓解接头残余热应力是提高陶瓷/金属接头性能必须解决的关键技术问题之一。目前比较有效的方法有接头梯度粉末连接方法、界面自蔓延高温合成反应梯度过渡层方法、复合钎料方法、夹具限制被焊金属热膨胀方法、多孔材料/金属纤维网缓冲材料方法、软性/硬性缓冲层方法、被焊的陶瓷表层加工形成梯度结构的方法等[96]。大部分缓解接头残余热应力的方法, 不管是在被焊的陶瓷表层或者在连接界面都力图直接采用或者通过反应、烧结、熔渗等方法构造出热膨胀系数介于被焊陶瓷与被焊金属之间的复合界面层, 从而能够不同程度地缓解接头的残余热应力。但是, 要想获得更加理想的缓解陶瓷/金属连接接头残余热应力的效果, 发展多种方法相结合的复合缓解应力方法将是今后一个非常重要的研究方向。
2.3 陶瓷、陶瓷基复合材料连接技术的应用进展
陶瓷连接技术在电子行业应用十分广泛。在电子元件中常将具有良好绝缘性的Al2O3陶瓷与具有良好导电性和导热性的Cu进行连接使用, 并且常常使用直接敷铜技术 (Direct Copper Bonding, DCB) 对其进行连接[97]。
固体氧化物燃料电池 (SOFC) 属于第三代燃料电池, 是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效转化成电能的全固态化学发电装置, 往往需要在700~900℃条件下进行工作。一般采用钎焊方法来完成SOFC中ZrO2陶瓷与活性金属的连接, 如Tucker等[98]成功地采用Al2TiO5作为填充金属解决了ZrO2陶瓷与铜的CTE不匹配问题。
在核工业中, 涉及炭纤维增强SiC与炭纤维增强炭基复合材料 (CFCS) 的连接。其中, 对于CFCS与Cu合金的连接, Appendino等[99]进行试验, 先将CF-CS进行表面金属化, 而后使用70Ti-15Cu-15Ni合金作为中间层将其与Cu合金进行连接并取得了较好的结果。此外, 核工业中还要求实现不锈钢、Ti等与BeO陶瓷、Al2O3陶瓷的连接, 这些连接中一般均用70.5Ag-26.5Cu-3Ti作为钎料, 并在真空状态下进行连接。
工程陶瓷的连接技术在航空、航天方面有着极好的应用前景。高超声速飞行器的舵/翼高温结构使用陶瓷 (SiO2/SiC) +复合材料 (C/C、C/SiC) +金属 (Ni基高温合金) 的多层结构, 机翼前缘使用C/C, C/SiC材料进行热防护是未来高超声速飞行器高温热防护结构材料的发展趋势。据了解, 针对大于Mach8飞行和长期工作的应用需求, 美法共同发起一项为期4年的研究计划, 设计了带有冷却结构的C/SiC复合材料夹层结构, 分为3层, 面向高温气流的最内层为C/SiC复合材料, 中间层为Ni合金冷却管, 最外层也为C/SiC复合材料, 这种结构的缩比件通过了模拟超燃冲压发动机燃烧室工作环境的考核。
此外, 世界上很多国家已经将Cf/SiC复合材料运用于新一代高性能发动机上, 如法国SEP[100]研制的C/C, C/SiC和SiC/SiC复合材料在5, 25, 200, 6000N等多种推力室上进行了成功的点火试验, 并在小型卫星和航天飞行器上得到应用, 逐渐取代Nb, Mo, Hf等高温合金。为满足高性能、轻质化的设计要求, 国内液体火箭发动机已开始利用C/SiC陶瓷基复合材料制造喷管的应用研究[101]。其他还常应用于光学系统、空间技术、燃烧炉、燃烧器、交通工具 (刹车片, 阀) 、能源技术 (热交换) 等领域。
3 结束语
针对Ti3Al基合金、TiAl金属间化合物的焊接, 采用熔焊方法, 在合适的工艺条件下, 已经基本解决了合金的可焊性问题, 但是如何通过设计合适的焊料, 以调整焊缝金属的成分和组织, 最终获得具有更高强度的焊接接头, 仍然需要深入的研究。对于钎焊与扩散焊, 目前针对Ti-Al系金属间化合物研究使用的焊料高温性能不足, 设计具有合适成分的高温钎料, 使接头具备良好的高温性能仍是需要进一步研究的重要方向。同时, 对于Ti-Al系金属间化合物与Ni基高温合金这两种性能差异较大的材料组合, 它们之间的连接尚存在较大困难, 需要开展深入系统的研究。此外, 考虑到实际需求, 涉及Ti-Al系金属间化合物的焊接结构往往刚度较大, 开展针对实物构件的焊接工艺与相关应用考核试验研究, 也是科研人员面临的十分必要和紧迫的任务。
关于陶瓷、陶瓷基复合材料, 经过几十年的研究, 国内外也基本解决了它们的可焊性问题, 但研究结果显示陶瓷连接接头的强度及耐热温度跟实用要求相比仍有很大距离。在陶瓷的钎焊研究领域, Ag-Cu-Ti, Cu-Ti活性钎料仍然是主流焊料体系, 虽然某些钎焊接头强度较高, 但接头的高温性能差, 势必会制约陶瓷、陶瓷基复合材料超高温性能的发挥。因此耐高温、甚至超高温钎焊料或中间层的研究仍然是航空、航天领域将陶瓷、陶瓷基复合材料推向应用需要开展的热点研究方向。另外, 解决纤维增强陶瓷基复合材料自身及其与异种材料组合的耐热结构的钎焊扩散焊技术, 以及这些耐热结构的功能考核试验研究, 都应该是今后本领域的研究重点之一。
篇4：航空航天材料报告
一、碳纤维复合材料的优势
碳纤维与其他复合型材料相比较，自身重量更小，并且可以根据不同的使用需求对材料进行成型处理。在对航空航天领域的成品重量进行计算时，发现使用碳纤维复合材料后与同等体积的零件相比较，自重降低了500公斤。这更加验证了碳纤维材料的发展优势，飞机等航天设备自重减轻后，能够减少运行期间的油耗，对飞机外部机构也能起到保护作用。虽然碳纤维自身重量很小，但在使用过程中能够承受高温带来的影响，材料自身性质不会轻易变化，为飞机等航空航天设备的运行提供了稳定保障。
除上述优点外，碳纤维材料还具有优异的承载性能，其强度可以达到钢材料的5倍以上。这一点是其他材料很难达到的。飞机在起飞期间，需要较大的初始速度，达到一定速度后才能够顺利起飞。飞机在行驶期间也会承受空气摩擦带来的压力，因此对外层材料耐高温性能的要求极高。经过测试了解到，碳素纤维能够在2000℃的高温环境中保持性质不变，结构形状也不会发生改变。并且碳纤维化学性质稳定，不容易被氧化，应用在航天设备的外部结构中，也不会被轻易的腐蚀，这种性质也是传统复合材料中不具备的。这样能够保护飞机安全，使用解读阶段外层结构不会变形，制造成本方面也有明显的降低。
二、碳纤维的发展
大型飞行设备的自重问题一直是航空航天领域研究的重点内容，减轻飞机的自重能够更准确的控制制造成本，飞机飞行的速度也会有明显提升。因此在大型飞机制造领域中最先提出了碳纤维复合材料的理念。但此类材料技术最早研发的领域并不是航空航天，随着技术逐渐进步完善才被应用到高科技生产环节中。
制作碳纤维混合材料时，要考虑材料使用后复合的部分。最常见的是将碳纤维与树脂材料进行符合，这样成本的化学性质更稳定，并且在优点上能够互相结合，在航天飞行设备中应用广泛。碳纤维只是应用在飞机制造的部分结构中，完整的制造流程还需要金属复合材料的应用，如果的碳纤维复合材料已经能够实现与金属材料完美衔接，不对使用阶段造成影响。
三、碳纤维复合材料在航空领域的具体应用
作为一种新型的复合材料，碳纤维强度高自重小，在航空领域中以不同种形式被应用。大型客机与直升机应用最广泛，根据调查结果显示，目前应用在民用飞机中的碳纤维复合材料已经得到了80%。即使是在军事领域中也高达40%。这一数据结果表示新型材料已经得到了很好的落实，下面将针对材料应用过程中存在的不同形式进行分析。
1、碳纤维复合材料
首先是纤维复合型。自重非常小，火箭制造方面常常会使用到，能够满足高速运行状态下对材料耐高温的需求。用碳纤维复合材料制作的火箭，可以将推动力转化为运用动力，并且不会产生过大噪音。与同体积的复合材料相比较，能够减少大量的动能损耗。在飞机制造过程中应用这一技术，材料密度最大能够提升23%，对飞行速度的促进作用也不容小视。速度得到了提升，但对油品的消耗量并没有因此而增大，甚至还有明显的减少。在飞机的最外层结构中应用广泛，军用飞行设备要求体积小，飞行速度快，并且外层材料要牢固耐用。针对这一需求，碳纤维复合材料在高温成型技术帮助下完成了目标，设计制造的设备应用成本更少，整体体积也有明显的减少，能够在短时间内提升速度，外形材料在高温状态下不会受到影响。
2、碳/碳复合材料
碳/碳复合材料中加入了纤维物质，属于碳纤维材料的增强版，继承了石墨材料的优点，化学性质更稳定，使用过程中也不会受到其他物质的污染，根据不同使用方向，可以在原料中添加一些化学成分。将其制作成需要的部件形式，通常也是在热处理条件下来实现的，具有极强的可控性，一次成型后坚固耐用。机翼部分在使用中需要承受大量摩擦，一旦材料耐高温性能差便会发生形变，飞机不能正常行驶在空中，引发严重的安全事故。因此在制造过程中都会对材料高温环境中的变化进行观察，选定自重合理的材料。经过多次测试实验，发现碳/碳复合材料能够符合这一要求，并且制造成本也不会有明显的增多。
四、我国碳纤维复合材料发展现状
航空航天领域是世界碳纤维的传统市场，航空器中碳纤维复合材料的使用量未来几年将以年均12%的速度继续增长，估计将从2008年的8200吨增加至2010年的1万吨以上，2012年可达1.3万吨。碳纤维复合材料约占空客A380飞机35吨结构材料中的20%以上，包括中央翼盒、机尾组件以及压舱壁。波音787中结构材料有近50%需要使用碳纤维复合材料和玻璃纤维增强塑料，包括主机翼和机身。金属结构材料采用碳纤维复合材料后不仅可以减轻机身质量，而且还可以保证不损失强度或刚度，大大提高了燃油经济性。新一代的客机将使用更高比例的碳纤维复合材料。
现阶段我国的国际竞争力在不断地增强，但是现实中存在的问题是，我国的碳纤维复合材料的发展并不能满足现实生活中的需求，作为航天航空领域的重要支柱，碳纤维复合材料的生产和研究直接关系到我国高新技术产业尤其是航天航空产业能否占领世界的科技技术前沿，因此国家的大力扶持起着相当重要的作用，不仅仅是要在资金上给予帮助，更要创造良好的环境来促进发展。在政策上给予支持，在资金上给予帮助，培育一批具有超强竞争力的企业，只有这样我国的碳纤维复合材料才能在国际上占有重要地位，才能在日后的国际竞争中处于优势。这对于我国航天航空事业的发展有着重要的作用。
小结：在全球化经济不断加速的今天，国与国之间的联系Et益紧密，相互之间的技术交流和技术竞争也在不断加强。我国在碳纤维复合材料上的发展确定了举世瞩目的成就，但是在发展中也存在着一些问题，产品质量处于低层次，生产成本过高，能耗较大，环境污染大等，因此在Et后的发展中一定要高瞻远瞩，制定好长期的发展规划，才能更好促进产业的更新研究。
篇5：航空航天材料的发展
贾儒
数学试验班21
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前一阵子电影《地心引力》上映后，引起很大反响，大家多为电影中的特效所震撼，也为宇航员在孤立无援状态下最终重返地球的精神所折服，而我对于在遥远天空中的飞行器更加感兴趣，是它承载了人类的梦想，让飞天，让飞向宇宙成为现实。
航空材料与航空技术的关系极为密切，航空航天技术的发展必然离不开与其相对应的航空航天材料的发展，航空航天材料在航空产品发展中具有极其重要的地位和作用：航空材料既是研制生产航空产品的物质保障，又是推动航空产品更新换代的技术基础。
我的介绍大致分为三个部分，一是飞机从开始到现在的发展过程的简单介绍以及相对应材料选取的改变和技术工艺上的进步；二是介绍影响航空航天材料发展的因素；三是对目前高技术含量的航空航天材料进行介绍。
首先，我们来对飞行器的发展历史来做一个介绍。
18世纪60年代发生的欧洲工业革命使纺织工业、冶金工业、机器制造工业得到很大的发展，从而结束了人类只能利用自然材料向天空挑战的时代，为人类飞向天空提供了可能。1903年美国莱特兄弟制造出第一架装有活塞式航空发动机的飞机,当时使用的材料有木材(占47％),钢（占35％）和布（占18％）,飞机的飞行速度只有16公里/时。这是人类的第一架飞机，可以看出材料很粗糙，在现在的我们看来几乎是无法理解，但也正是它成为了具有划时代意义的发明。1906年德国冶金学家发明了可以时效强化的硬铝，当时新材料的出现，使制造全金属结构的飞机成为可能。40年代出现的全金属结构飞机的承载能力已大大增加，飞行速度超过了600公里/时。这时已经提现了好的材料在发明制造中所展现的优势是如此明显。在合金强化理论的基础上发展起来的一系列高温合金使得喷气式发动机的性能得以不断提高。50年代钛合金的研制成功和应用对克服机翼蒙皮的“热障”问题起了重大作用，飞机的性能大幅度提高,最大飞行速度达到了3倍音速。60年代以来,航空航天材料性能的不断提高,一些飞行器部件使用了更先进的复合材料，如碳纤维或硼纤维增强的环氧树脂基复合材料、金属基复合材料等，以减轻结构重量。飞行器发展到80年代已成为机械加电子的高度一体化的产品。它要求使用品种繁多的、具有先进性能的结构材料和具有电、光、热和磁等多种性能的功能材料。
前者是对于飞机的各部分，而对于火箭，也可以说是另一领域，40年代初期出现的德国 V-2火箭只使用了一般的航空材料。50年代以后，材料烧蚀防热理论的出现以及烧蚀材料的研制成功，解决了弹道导弹弹头的再入防热问题。返回型航天器和航天飞机在再入大气层时会遇到比弹道导弹弹头再入时间长得多的空气动力加热过程，但加热速度较慢，热流较小。采用抗氧化性能更好的碳-碳复合材料、陶瓷隔热瓦等特殊材料可以解决防热问题。（此处为引用）
人们对于飞机材料探索的时间远长于火箭飞行器之类，观察其发展过程更显丰富。通过以上对航空航天材料发展过程的了解我们可以发现，航空航天材料的进展大致取决于下列3个因素。
一是对材料科学理论的新发现：例如，铝合金的时效强化理论导致硬铝合金的发展，也就是前面说的1906年德国科学家的发现；高分子材料刚性分子链的定向排列理论导致高强度、高模量芳纶有机纤维的发展。
二是材料加工工艺的进展：这也是显而易见的，仅仅有理论，而没有技术的支持是不会有任何前进的。简单来说就是发现了新材料要有相应的应用技术。例如，古老的铸、锻技术已发展成为定向凝固技术、精密锻压技术，从而使高性能的叶片材料得到实际应用；复合材料增强纤维铺层设计和工艺技术的发展，使它在不同的受力方向上具有最优特性，从而使复合材料具有“可设计性”，并为它的应用开拓了广阔的前景；热等静压技术、超细粉末制造技术等新型工艺技术的成就创造出具有崭新性能的一代新型航空航天材料和制件，如热等静压的粉末冶金涡轮盘、高效能陶瓷制件等。
三是材料性能测试与无损检测技术的进步：现代电子光学仪器已经可以观察到材料的分子结构；材料机械性能的测试装置已经可以模拟飞行器的载荷谱，而且无损检测技术也有了飞速的进步。材料性能测试与无损检测技术正在提供越来越多的、更为精细的信息，为飞行器的设计提供更接近于实际使用条件的材料性能数据，为生产提供保证产品质量的检测手段。
一种新型航空航天材料只有在这三个方面都已经发展到成熟阶段，才有可能应用于飞行器上。因此，世界各国都把航空航天材料放在优先发展的地位。中国也不落后，在50年代就创建了北京航空材料研究所和北京航天材料工艺研究所，从事航空航天材料的应用研究。尽管如此，我们国家在某些技术领域还是落后于航天强国，仍需更进一步的努力和发展。
在对现今航空航天材料作介绍之前，我们还需要了解的是它们需要具有哪些性质，也就是什么样的材料类型适合作为航空航天材料。
用航空航天材料制造的许多零件往往需要在超高温、超低温、高真空、高应力、强腐蚀等极端条件下工作，有的则受到重量和容纳空间的限制，需要以最小的体积和质量发挥在通常情况下等效的功能，有的需要在大气层中或外层空间长期运行，不可能停机检查或更换零件，因而要有极高的可靠性和质量保证。不同的工作环境要求航空航天材料具有不同的特性。
总的来说，航空航天材料所需的性质大致如下：
一是具有高的比强度和比刚度。对飞行器材料的基本要求是：材质轻、强度高、刚度好。减轻飞行器本身的结构重量就意味着增加运载能力，提高机动性能，加大飞行距离或射程，减少燃油或推进剂的消耗。因此比强度和比刚度是衡量航空航天材料力学性能优劣的重要参数。同时飞行器除了受静载荷的作用外还要经受由于起飞和降落、发动机振动、转动件的高速旋转、机动飞行和突风等因素产生的交变载荷，因此材料的疲劳性能也受到人们极大的重视。
二是优良的耐高温性质。就是说指航空材料要能耐受较高的工作温度。对机身材料，气动力加热效应使表面温度升高，需要结构材料具有好的高温强度；对发动机材料，要求涡轮盘和涡轮叶片材料要有好的高温强度和耐高温腐蚀性能。
三是耐老化耐腐蚀。各种介质和大气环境对材料的作用表现为腐蚀和老化。航空航天材料接触的介质是飞机用燃料(如汽油、煤油)、火箭用推进剂（如浓硝酸、四氧化二氮、肼类）和各种润滑剂、液压油等。其中多数对金属和非金属材料都有强烈的腐蚀作用或溶胀作用。在大气中受太阳的辐照、风雨的侵蚀、地下潮湿环境中长期贮存时产生的霉菌会加速高分子材料的老化过程。所以耐腐蚀性能、抗老化性能、抗霉菌性能也是航空航天材料应该具备的良好特性。
四是寿命长以及安全性高。这更是显而易见的因素之一，作为载人技术的支撑材料，安全因素是必须考虑在内的。同时要注意的是，在不断减少飞机质量的同时，更加不能忽视因质量减少而导致安全性减小现象的产生。
五是成本要低。新型号的先进飞机价格不断攀升，各航空技术领先的国家和地区都先后对航空产品提出了“买得起”的要求。而材料在航空产品的成本和价格构成中占有相当份额，所以科学地选材和努力发展低成本材料技术是航空材料发展的重要方向。同时很多民航飞机，作为普通民众所要使用的交通工具，努力降低成本也是实现“以人为本”的一项要求。
最后，就是对现今航空航天材料的介绍了。
航空航天材料按材料的使用对象不同可分为飞机材料、航空发动机材料、火箭和导弹材料和航天器材料等。按材料的化学成分不同可分为金属与合金材料：铝合金、镁合金、钛合金、钢、高温合金、粉末冶金合金等；有机非金属材料（高分子材料）：透明材料、胶粘剂、橡胶及密封剂、涂料、工程塑料等;无机非金属材料：玻璃、陶瓷等；复合材料: 聚合物基复合材料、金属基复合材料、无机非金属基复合材料、碳/碳复合材料等。按使用功能可分为：结构材料和功能材料。
谈及具体的材料，我挑选了四个具有代表性的来简单介绍。
1，铝合金。铝合金因其技术成熟、成本低、使用经验丰富等优势，在相当长的时期内，仍将是亚音速飞机和低超音速飞机的主要结构用材之一。
2，结构钢。一些新型超高强度钢在今后仍然还会是起落架、主要接头、隔框等一些主要承力构件的备选材料。
3，钛合金。钛合金在飞机结构用材中所占的重要地位已确定无疑，但是钛合金的较贵的价格和较差的工艺性，是影响使用的很大因素。
4，先进复合材料。由于先进复合材料具有比钢、铝、钛高得多的比强度、比模量和耐疲劳等优点，在未来高性能的飞机结构材料中，先进复合材料将会占据越来越重要的地位，甚至完全有可能出现全复合材料结构的飞机。
我们知道飞机由很多个部分组成，其核心部分是发动机，所以有必要了解发动机材料的发展及现状。
目前，就航空发动机的材料而言，金属材料的使用温度已接近其极限，不可能满足下世纪航空发动机的设计要求。因此，发动机的设计师已开始转变传统的选材观念，不再以金属材料作为设计的基础，而是转向或接近新材料。从目前国外应用现状及发展前景来看，下个世纪航空发动机的材料将以非金属材料为主体。非金属这个技术概念范围很广泛，我们所说的发动机用非金属材料主要是指复合材料。这里的复合材料主要有：陶瓷基复合材料，金属间化合物以及碳碳复合材料。
航空发动机作为飞机的核心部件是航空发展必不可缺的一部分，而我国发动机的发展远落后于欧美等发达国家，但随着国家对发动机发展的重视，在发动机的投入逐渐增加让我国发动机水平与发达国家的距离逐步缩短，如我国自行生产的昆仑太行发动机为我国以后发动机的发展打下了坚定的基石。
篇6：航空航天特殊材料加工技术
——激光切割加工工艺在航空航天领域的应用
激光制造技术在国防和航空航天领域的产业化应用前景远大，具有效率高、能耗低、流程短、性能好、数字化、智能化的特点，本文主要介绍了激光切割加工的组成、工作原理及各激光切割加工工艺技术在航空领域中的应用。针对现状，我国将继续发挥激光制造技术的优势，改变我国航空航天领域的关键器件和技术主要依赖进口的现状，最终形成我国新一代激光制造产业链。
激光切割加工的组成及工作原理
激光加工有四部分组成，分别是激光器、电源、光学系统、机械系统。工作原理 ：
激光加工利用高功率密度的激光束照射工件,使材料熔化气化而进行穿孔、切割和焊接等的特种加工。早期的激光加工由于功率较小，大多用于打小孔和微型焊接。到20世纪70年代，随着大功率二氧化碳激光器、高重复频率钇铝石榴石激光器的出现，以及对激光切割加工机理和工艺的深入研究，激光加工技术有了很大进展，使用范围随之扩大。数千瓦的激光切割加工机已用于各种材料的高速切割、深熔焊接和材料热处理等方面。各种专用的激光切割加工设备竞相出现，并与光电跟踪、计算机数字控制、工业机器人等技术相结合，大大提高了激光加工机的自动化水平和使用功能。
随着激光制造技术的发展，桥梁、船舶等结构都由传统的铆接工艺发展到采用激光焊接技术，但先进的激光焊接技术难以在飞机制造中开展广泛的应用。长久以来，飞机结构件之间的连接一直采用落后的铆接工艺，主要原因是飞机结构采用的铝合金材料是热处理强化铝合金（即高强铝合金），一经熔焊后，热处理强化效果就会丧失，而且晶间裂纹难以避免。因此，普通氩弧焊等熔焊方法在飞机制造中的应用成为禁区。另一方面，在80年代初，铝及其合金的激光加工十分困难，被认为是不可能的。主要是由于铝合金存在对10.6mm波长激光的高反射和自身的高导热性。在当时，激光加工主要使用波长为10.6mm的CO2激光器，而铝对CO2激光的反射率高达97%，通常作为反射镜使用。但是，激光加工的优越性又极大地吸引着从事激光材料加工的科研工作者。他们为此付出了大量的时间和精力来研究铝合金激光加工的可能性。
目前，高强铝合金激光焊接成果已经成功应用于欧洲空中客车公司飞机制造中，其铝合金内隔板均采用激光加工，实现了激光焊接取代传统铆接工艺。激光焊接技术的采用，大大地简化了飞机机身的制造工艺，使机身重量减轻18%，成本下降21.4%~24.3%，被认为是飞机制造业的一次技术大革命。空客A380的制造就采用了激光焊接技术，极大地减轻了飞机自重，增加了载客量。德国政府2006年公布的科技发展计划中将激光焊接技术列为航空工业两大尖端发展技术之一。