看看航空航天材料，才知道什麽是先進材料！

航空航天產(chan) 業(ye) 的發展與(yu) 軍(jun) 事應用密切相關(guan) ，但更重要的是人類在這個(ge) 產(chan) 業(ye) 部門所取得的巨大進展，對國民經濟的眾(zhong) 多部門和社會(hui) 生活的許多方麵都產(chan) 生了重大而深遠的影響，推動並改變著世界的麵貌。進入21世紀之後，航空航天產(chan) 業(ye) 將為(wei) 人類認識和駕馭自然注入新的強大動力，航空航天活動的作用將遠超科學領域，對政治、經濟、軍(jun) 事以至人類社會(hui) 生活都會(hui) 產(chan) 生更加廣泛而深遠的影響，並不斷地創造出嶄新的科技成果和巨大的經濟效益。

航空航天飛行器在超高溫、超低溫、高真空、高應力、強腐蝕等條件下工作，除了依靠優(you) 化的結構設計之外，還有賴於(yu) 材料所具有的優(you) 異特性和功能。由此可見，航空航天材料在航空航天產(chan) 品發展中的極其重要的地位和作用。

航天航天產(chan) 品在追求輕質和減重方麵可以說是“克克計較"，圖1為(wei) 飛行器每減重1kg所取得的經濟效益與(yu) 飛行速度的關(guan) 係。如對航天飛機來說，每減重1kg的經濟效益將近十萬(wan) 美元。新型材料及改型材料在軍(jun) 機結構減重中的重要性及發展趨勢見圖2，從(cong) 中可見，新型材料和改進型材料與(yu) 主動載荷控製、顫振抑製、自動化設計及先進結構概念等相比，在飛行器結構減重中占有主導地位，也正因為(wei) 這個(ge) 原因比強度和比模量這些概念在航空航天領域具有更為(wei) 重要的意義(yi) 。

可見，為(wei) 了支撐航空航天產(chan) 品提高工作溫度的要求，許多新型材料如金屬間化合物、陶瓷、碳/碳及各種複合材料正在加速發展之中。

高性能航空航天結構材料對於(yu) 降低結構重量和提高飛行器的結構效率、服役可靠性及延長壽命具有極為(wei) 重要的作用，是航空航天材料的主要發展趨勢。

航空航天結構材料的高性能主要是：輕質、高強、高模、高韌、耐高溫、耐低溫、抗氧化、耐腐蝕等性能。

近來在航空航天產(chan) 品設計中引入損傷(shang) 容限設計的概念，意味著對材料的韌性要求更高了，有時寧可犧牲一點強度，也要確保韌性的要求，這是由於(yu) 航空航天產(chan) 品已發展到高可靠性、高耐久性和長壽命的要求。

對於(yu) 航空航天飛行器的動力裝置來說，特別重要的是耐高溫、耐低溫、抗氧化、耐腐蝕等性能要求，這幾乎是結構材料中最高的性能要求。

高性能材料在新一代飛行器動力裝置起到了關(guan) 鍵性的作用，如航空發動機中的單晶渦輪葉片材料和航天固體(ti) 發動機中的高能推進劑材料等。

航空發動機相當於(yu) 飛機的心髒，是確保飛機使用性能、可靠性和經濟性的決(jue) 定因素。第四代戰鬥機配套的推重比為(wei) 10的發動機已投入廣泛使用，如美國的F119發動機已裝備了F22戰鬥機。民用大推力渦輪風扇發動機如GE90、PW4073/4084、Trent800等為(wei) B777、A380等大型寬體(ti) 客機所選用。提高推力重量比或功率重量比、提高渦輪前進口溫度、提高壓氣機平均級壓比和降低油耗是高性能發動機的發展方向。與(yu) 發動機相比，民用發動機的推重比雖增加不大，但其渦輪前溫度、涵道比和總增壓比的增加，已促使耗油率大幅度下降，僅(jin) 為(wei) 發動機的1/3-1/4。發達國家航空發動機的產(chan) 值已占整個(ge) 航空工業(ye) 產(chan) 值的25%-30%，其性能水平很大程度上依賴於(yu) 高溫材料的性能水平。如新型高溫合金和高溫鈦合金、金屬間化合物及其複合材料、熱障塗層材料、金屬基複合材料、陶瓷基和碳/碳複合材料等。在一台先進發動機上，高溫合金和鈦合金的用量分別要占發動機總結構重量的55%-65%和25%-40%。 發動機材料的發展目標和重點見表1。

液體(ti) 火箭發動機通常以不鏽剛、高溫合金、難熔金屬及合金加抗氧化塗層或者碳/碳複合材料加塗層材料為(wei) 主。渦輪泵是液體(ti) 火箭發動機的關(guan) 鍵部件，其中渦輪盤和葉片工作條件最為(wei) 苛刻，早期曾采用raybet雷电竞，後來發展演化為(wei) 鐵基、鎳基、鈷基的高溫合金以及它們(men) 的金屬間化合物。

當代高性能固體(ti) 火箭發動機的主要特征是“高能-輕質-可控"，三者互相關(guan) 聯，而且是以材料和工藝技術為(wei) 基礎集成起來。

先進的材料及新工藝的全麵應用是提高固體(ti) 火箭發動機性能的一項決(jue) 定性因素。表2列出液體(ti) 和固體(ti) 火箭發動機對材料的需求。從(cong) 前麵列舉(ju) 的航空航天材料的發展曆程和趨向可以看出，先進航空航天產(chan) 品構件越來越多地采用高性能的新型材料以滿足日益提高的性能要求，特別是在承受高溫的構件方麵，以金屬間化合物、高溫合金、單晶合金、難熔合金及先進陶瓷材料等為(wei) 代表的新型材料扮演了日益重要的角色。

美國航空航天局對先進航空發動機用材趨勢的預測，可以看出，到2020年Ti基複合材料、TiAl及Ni、Fe基金屬間化合物、陶瓷複合材料，難熔合金與(yu) Ni基高溫及單晶合金等將占發動機用材料的百分之八十五左右，其中相當一部分關(guan) 鍵高溫構件要采用凝固和塑性加工製備。就以TiAl基合金來說，GE公司宣布，波音787選用的GENX發動機低壓渦輪後兩(liang) 級葉片采用TiAl合金可減重200公斤，表3為(wei) GE公司TiAl基合金的應用情況與(yu) 發展計劃。

《航空航天材料定向凝固》涉及定向凝固理論、技術以及典型航空航天材料三部分內(nei) 容，分為(wei) 緒論、多元多相合金定向凝固特性、定向凝固晶體(ti) 生長取向與(yu) 界麵各向異性、電磁約束成形定向凝固、電磁冷坩堝定向凝固、高溫合金定向凝固、金屬間化合物結構材料定向凝固和陶瓷材料定向凝固共八章。介紹航空航天材料的凝固特點及其製備技術的特點和發展趨勢。全麵係統展示晶體(ti) 生長取向控製、電磁約束成形和冷坩堝定向的研究成果及其*優(you) 勢。分析高溫合金、高溫金屬間化合物和氧化物共晶陶瓷等材料的定向凝固製備技術、組織和力學性能。