0 引言

進(jìn)入21 世紀(jì)，航空航天已展現(xiàn)出更加廣闊的發(fā)展前景，高水平或超高水平的航空航天活動(dòng)更加頻繁，其作用將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域本身，對(duì)政治、經(jīng)濟(jì)、軍事以至人類社會(huì)生活都會(huì)產(chǎn)生更廣泛和更深遠(yuǎn)的影響。應(yīng)該指出，航空航天事業(yè)所取得的巨大成就，與航空航天材料技術(shù)的發(fā)展和突破是分不開的。材料是現(xiàn)代高新技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)與先導(dǎo)，很大程度上是高新技術(shù)取得突破的前提條件。例如20 世紀(jì)60 年代高純硅半導(dǎo)體材料的突破，使人類進(jìn)入信息化時(shí)代。航空航天材料的發(fā)展對(duì)航空航天技術(shù)起到強(qiáng)有力的支撐和保障作用；反過來，航空航天技術(shù)的發(fā)展需求又極大地引領(lǐng)和促進(jìn)航空航天材料的發(fā)展。21 世紀(jì)以來，航空航天事業(yè)的發(fā)展進(jìn)入新的 階段，將會(huì)推動(dòng)航空航天材料朝著質(zhì)量更高、品類更新、功能更強(qiáng)和更具經(jīng)濟(jì)實(shí)效的方向發(fā)展。

1 航空航天材料的地位和作用

航空航天材料泛指用于制造航空航天飛行器的材料。一架現(xiàn)代飛行器要用到所有的4 大類材料，即金屬材料、無機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料和復(fù)合材料。

按使用范圍，航空航天材料可分為結(jié)構(gòu)材料與功能材料。結(jié)構(gòu)材料主要用于制造飛行器各種結(jié)構(gòu)部件，如飛機(jī)的機(jī)體、航天器的承力筒、發(fā)動(dòng)機(jī)殼體等，其作用主要是承受各種載荷，包括由自重造成的靜態(tài)載荷和飛行中產(chǎn)生的各種動(dòng)態(tài)載荷。功能材料主要是指在光、聲、電、磁、熱等方面具有特殊功能的材料，如飛行器測控系統(tǒng)所涉及的電子信息材料（包括用于微電子、光電子和傳感器件的功能材料），又如現(xiàn)代飛行器隱身技術(shù)用的透波和吸波材料，航天飛機(jī)表面的熱防護(hù)材料等。結(jié)構(gòu)材料總的發(fā)展趨勢是輕質(zhì)化、高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、低成本；而功能材料則朝著高性能、多功能、多品種、多規(guī)格的方向發(fā)展。出于現(xiàn)代高性能飛行器發(fā)展的需要，結(jié)構(gòu)-功能一體化和智能化也是重要的材料發(fā)展方向。航空航天領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)的突破都離不開航空航天材料的支撐，航空航天材料的地位與作用可歸納如下。

1.1 高性能材料是發(fā)展高性能飛行器的基礎(chǔ)保障

自萊特兄弟制造的人類第一架飛機(jī)“飛行者一號(hào)”問世以來，航空技術(shù)取得了大跨越的發(fā)展，以戰(zhàn)斗機(jī)為代表的軍用飛機(jī)現(xiàn)已發(fā)展到第5 代，其最大飛行速度達(dá)4 倍聲速。在此過程中，航空材料的發(fā)展所經(jīng)歷的階段如表1所示?？梢钥吹?，材料的進(jìn)步對(duì)飛機(jī)的升級(jí)換代起到關(guān)鍵的支撐作用。

發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)的“心臟”，其性能的優(yōu)劣制約著飛機(jī)的能力，而發(fā)動(dòng)機(jī)性能的提高又與所使用的耐高溫結(jié)構(gòu)材料密切相關(guān)。隨著飛機(jī)航程的加長和速度的提高，要求發(fā)動(dòng)機(jī)推力、推重比（發(fā)動(dòng)機(jī)推力與重量之比）越來越大，這就意味著發(fā)動(dòng)機(jī)的壓力比、進(jìn)口溫度、燃燒室溫度以及轉(zhuǎn)速都須極大地提高。根據(jù)美國先進(jìn)戰(zhàn)斗殲擊機(jī)研究計(jì)劃和綜合高性能發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)研究計(jì)劃，發(fā)動(dòng)機(jī)推重比要達(dá)到20，而其油耗比要比目前再降低50%。眾所周知，推重比的提高取決于發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前進(jìn)口溫度的提高：對(duì)于推重比在15～20 以上的發(fā)動(dòng)機(jī)，其渦輪前進(jìn)口溫度最高達(dá)2227～2470 ℃。高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)材料的性能提出了更高要求，除高比強(qiáng)度、高比模量外，對(duì)耐高溫性能需求更為突出[3]。由此可見，航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能的提高有賴于高性能材料的突破。

圖 1 是世界著名發(fā)動(dòng)機(jī)公司羅爾斯-羅伊斯（Rolls-Royce）公司對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)材料發(fā)展情況作出的統(tǒng)計(jì)和預(yù)估，其中2010 年前后為當(dāng)時(shí)的預(yù)估數(shù)據(jù)。

由圖 1 可以看出：傳統(tǒng)的鋁合金及結(jié)構(gòu)鋼在發(fā)動(dòng)機(jī)中的用量會(huì)進(jìn)一步減少，而鎳基高溫合金、鈦合金等材料的使用在20 世紀(jì)末達(dá)到高峰期，到21 世紀(jì)初也有所降低；代之而起的將是一些新型高溫結(jié)構(gòu)材料，如金屬間化合物（Ti3Al、Nb3Al等）、陶瓷基/金屬基復(fù)合材料（CMC、MMC）。金屬硅化物的熔點(diǎn)很高（高于2000 ℃），其在1600 ℃下具有很好的熱穩(wěn)定性、防氧化性以及良好的力學(xué)性能，近年來已成為高溫材料研究的新熱點(diǎn)，有代表性的產(chǎn)品如硅化鎳（Nb5Si3）、硅化鈦（Ti5Si3）、硅化鋯（Zr5Si3）等。

1.2 輕質(zhì)高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)材料對(duì)降低結(jié)構(gòu)重量和提高經(jīng)濟(jì)效益貢獻(xiàn)顯著

輕質(zhì)、高強(qiáng)度是航空航天結(jié)構(gòu)材料永遠(yuǎn)追求的目標(biāo)。碳纖維復(fù)合材料是20 世紀(jì)60 年代出現(xiàn)的新型輕質(zhì)高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)材料，其比強(qiáng)度和比模量是目前所有航空航天材料中最高的。有數(shù)據(jù)表明：碳纖維復(fù)合材料的比強(qiáng)度和比剛度超出鋼與鋁合金的5～6 倍。復(fù)合材料在飛行器上的應(yīng)用日益擴(kuò)大，質(zhì)量占比在不斷增加。材料具有較高的比強(qiáng)度和比剛度，就意味著同樣質(zhì)量的材料具有更大的承受有效載荷的能力，即可增加運(yùn)載能力。結(jié)構(gòu)重量的減少意味著可多帶燃油或其他有效載荷，不僅可以增加飛行距離，而且可以提高單位結(jié)構(gòu)重量的效費(fèi)比。飛行器的結(jié)構(gòu)重量每減1 磅所獲得的直接經(jīng)濟(jì)效益見表2。

1.3 材料的可靠性事關(guān)飛行安全

飛行器是多系統(tǒng)集成體，所涉及的零部件達(dá)數(shù)十萬計(jì)，元器件達(dá)數(shù)百萬計(jì)，要用到上千種材料。飛行器要在各種狀態(tài)和各種極端環(huán)境條件下飛行，如何確保其飛行安全至關(guān)重要。除設(shè)計(jì)、制造、使用和維護(hù)維修要有極其嚴(yán)格的質(zhì)量控制要求外，材料的可靠性顯得尤為關(guān)鍵。飛行史上的許多事故教訓(xùn)表明，材料失效是導(dǎo)致飛行事故的重要原因之一：大到一個(gè)結(jié)構(gòu)件的斷裂，小到一個(gè)鉚釘或密封圈的失效，都可能導(dǎo)致飛行事故。因此，加強(qiáng)材料的可靠性評(píng)價(jià)研究對(duì)于提高飛行安全性有不可忽視的意義。

1.4 航空航天材料

引領(lǐng)材料技術(shù)發(fā)展航空航天材料性能和質(zhì)量要求極端嚴(yán)格，產(chǎn)品制造技術(shù)復(fù)雜，成本居高不下，這些都嚴(yán)重制約著材料應(yīng)用和發(fā)展。由于飛行器要在各種極端環(huán)境條件下飛行，其材料所涉及的技術(shù)問題非常復(fù)雜，是材料領(lǐng)域爭相研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。航空航天材料及其制備技術(shù)的突破，無疑對(duì)現(xiàn)代材料技術(shù)有著極強(qiáng)的引領(lǐng)和促進(jìn)作用。如航空發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)高溫結(jié)構(gòu)材料的需求強(qiáng)烈地推動(dòng)高溫合金、金屬間化合物、陶瓷基和金屬基復(fù)合材料、碳-碳復(fù)合材料以及金屬陶瓷的迅速發(fā)展：首先應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，現(xiàn)已迅速推廣到其他領(lǐng)域。飛行器的輕質(zhì)化推動(dòng)了復(fù)合材料的發(fā)展，使材料復(fù)合化成為新材料的重要發(fā)展趨勢之一。

2 航空航天結(jié)構(gòu)材料

航空航天結(jié)構(gòu)材料主要有鋁合金、鈦合金、纖維復(fù)合材料和高溫結(jié)構(gòu)材料。

2.1 鋁合金

近100 年來，鋁合金在航空航天器機(jī)體結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用一直長盛不衰。鋁合金具有輕質(zhì)、易加工、抗腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，其比強(qiáng)度高過很多合金鋼，成為理想的結(jié)構(gòu)材料。

人們對(duì)航空航天用的鋁合金在成分及合成方法、軋制/擠壓/鍛造/熱處理等工藝、零件加工、材料及結(jié)構(gòu)服役性能表征等方面都開展了深入的系統(tǒng)研究，材料產(chǎn)品發(fā)展已形成系列化，在應(yīng)用方面也取得了一系列顯著成果。特別是20 世紀(jì)80 年代末以來，隨著飛行器損傷容限和耐久性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則逐漸形成，對(duì)材料的強(qiáng)度、斷裂韌性、耐蝕性、抗疲勞等綜合性能提出了更高要求。當(dāng)前鋁合金的發(fā)展方向是開發(fā)低內(nèi)應(yīng)力的厚板材料，且在制造工藝上大量采用厚板以實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)部件成型，來代替以前用很多零件裝配的部件（圖2）。廣泛采用大型整體壁板結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為新一代飛機(jī)提高結(jié)構(gòu)效率、減少零件數(shù)量、降低成本和縮短研制周期的重要手段。如波音B747 飛機(jī)采用整體帶筋壁板后，零件數(shù)量從129 個(gè)減少到7 個(gè)，成本降低了25%，而裂紋擴(kuò)展壽命和殘余強(qiáng)度均提高了3 倍。

2.2 鈦合金鈦合金

是20 世紀(jì)50 年代發(fā)展起來的一種重要的新型結(jié)構(gòu)材料，因具有強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性強(qiáng)等特點(diǎn)而被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。20 世紀(jì)50 年代，美國首次將鈦合金用在F-84轟炸機(jī)上作后機(jī)身隔熱板、導(dǎo)風(fēng)罩、機(jī)尾罩等非承力構(gòu)件。60 年代開始，鈦合金在軍用飛機(jī)中的用量迅速增加，占到飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量的20%～25%，使用部位從后機(jī)身移向中機(jī)身，部分地代替結(jié)構(gòu)鋼制造隔框、梁、襟翼滑軌等重要承力構(gòu)件。70 年代起，民用飛機(jī)也開始大量使用鈦合金，如波音B747客機(jī)的鈦合金用量達(dá)3640 kg 以上。在馬赫數(shù)小于2.5 的飛機(jī)上，用鈦合金來代替鋼，可以減輕結(jié)構(gòu)重量。例如美國SR-71 高空高速偵察機(jī)（飛行馬赫數(shù)為3，飛行高度26 212m），鈦合金用量占飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量的93%，號(hào)稱“全鈦”飛機(jī)。20 世紀(jì)70 年代，鈦合金在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中主要用于制造壓氣機(jī)部件，如風(fēng)扇、壓氣機(jī)盤和葉片、壓氣機(jī)機(jī)匣、中介機(jī)匣、軸承殼體等，其用量一般占到結(jié)構(gòu)總重量的20%～30%。當(dāng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比從4～6 提高到8～10，壓氣機(jī)出口溫度相應(yīng)地從200～300 ℃ 升高到500～600 ℃ 時(shí)，原來用鋁合金制造的低壓壓氣機(jī)盤和葉片就必須改用鈦合金，或用鈦合金代替不銹鋼制造高壓壓氣機(jī)盤和葉片，以減輕結(jié)構(gòu)重量。因鈦合金具有較高比強(qiáng)度和較好的耐腐蝕和耐低溫性能，其在航天器上主要用來制造各種壓力容器、燃料貯箱、緊固件、儀器綁帶、構(gòu)架和火箭殼體，也有人造地球衛(wèi)星、登月艙、載人飛船和航天飛機(jī)使用了鈦合金板材焊接件。航空航天用鈦合金的當(dāng)前發(fā)展重點(diǎn)是多用途和多品種化。為滿足高推重比發(fā)動(dòng)機(jī)研制的需要，開展了高溫、高強(qiáng)度合金及其他功能合金的研究，如高溫鈦合金和鈦-鋁金屬間化合物（最高使用溫度可達(dá)982 ℃）、高強(qiáng)度鈦合金（抗拉強(qiáng)度在1000MPa以上）、阻燃鈦合金（以解決航空發(fā)動(dòng)機(jī)用鈦合金材料的“鈦燃燒”問題）等。圖3 為用阻燃鈦合金Ti40 制造的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)機(jī)匣零件。

2.3 先進(jìn)復(fù)合材料

碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的最優(yōu)異特點(diǎn)是相對(duì)于鋁、鋼等金屬結(jié)構(gòu)材料具有極高的比強(qiáng)度和比剛度，目前是一種理想的輕質(zhì)高強(qiáng)度航空航天結(jié)構(gòu)材料。同鋁合金相比，用碳纖維復(fù)合材料制造的飛機(jī)結(jié)構(gòu)，減重效果可達(dá)20%～40%。

20 世紀(jì)90 年代以來，美國等發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)無一例外地大量采用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，幾乎遍布飛機(jī)各個(gè)部位，包括垂尾、平尾、機(jī)身蒙皮以及機(jī)翼壁板和蒙皮等。如F-22 戰(zhàn)斗機(jī)的復(fù)合材料用量占飛機(jī)總重量的24%，F(xiàn)-35 戰(zhàn)斗機(jī)達(dá)到36%，EF-2000 飛機(jī)達(dá)到43%。在民用飛機(jī)上，復(fù)合材料在波音飛機(jī)和空客飛機(jī)上的用量近年來持續(xù)上升，進(jìn)入21 世紀(jì)更是突飛猛進(jìn)：如在波音B787“夢想飛機(jī)”上，復(fù)合材料的重量占比達(dá)50%；而在空客公司已交付使用的空中巨無霸A-380 飛機(jī)上，復(fù)合材料的重量占比為25%。空客計(jì)劃推出超寬體客機(jī)A-380 XWB，復(fù)合材料用量將達(dá)52%。由于采用復(fù)合材料，不僅可降低結(jié)構(gòu)重量，而且還將提供更大的設(shè)計(jì)空間和更舒適的乘坐體驗(yàn)。在航天領(lǐng)域，復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于航天器結(jié)構(gòu)件，包括衛(wèi)星中心承力筒、各種儀器安裝結(jié)構(gòu)板等。在運(yùn)載火箭上被用于火箭的排氣錐體，發(fā)動(dòng)機(jī)的蓋、燃燒室殼體、噴管、喉襯、擴(kuò)散段，以及整流罩等部位，與鋁合金相比重量可減輕10%～25%。隨著復(fù)合材料的用量急劇增加，其制造的高成本問題變得日益突出。因此，復(fù)合材料的低成本化已成為目前研究的重點(diǎn)。復(fù)合材料的低成本研制技術(shù)主要包括：發(fā)展以DFM（design for manufacture）為核心的設(shè)計(jì)制造一體化技術(shù)；發(fā)展大絲束碳纖維的應(yīng)用、低溫快速固化樹脂體系開發(fā)、熱塑性復(fù)合材料的合理使用等低成本的材料技術(shù)；發(fā)展以自動(dòng)鋪帶（ATL）和纖維自動(dòng)鋪放（AFP）為主的低成本自動(dòng)化制造技術(shù)，和以樹脂傳遞成型（RTM）技術(shù)為核心的低成本制造技術(shù)；發(fā)展以共固化/共膠接為核心的大制件整體成型技術(shù)、非熱壓罐外成型技術(shù)等。

3 航空航天功能材料

現(xiàn)代飛行器對(duì)機(jī)動(dòng)性、靈敏性、控制精確性和制導(dǎo)準(zhǔn)確性提出更高要求，這些都依賴于功能材料的發(fā)展和應(yīng)用。

鑒于功能材料的重要地位，世界各國都十分重視功能材料技術(shù)的發(fā)展。美國20 世紀(jì)末支持的6類材料中有5 類屬于功能材料，其他各國也都在大力發(fā)展各種新型功能材料。

航空航天功能材料的特點(diǎn)有：1）應(yīng)用面寬；2）研制周期短；3）性價(jià)比高；4）小批量，多品種，多規(guī)格。

3.1 航空功能材料

航空功能材料主要包括機(jī)載設(shè)備的微電子和光電子材料、壓電敏感元件材料、透波材料、吸波材料、紅外敏感材料、激光晶體及低膨脹微晶玻璃等。

20 世紀(jì)90 年代的海灣戰(zhàn)爭是航空新型功能材料的大檢閱，尤其是由吸波材料結(jié)合隱身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)隱身技術(shù)，使飛機(jī)的突防能力極大地提高。有觀點(diǎn)認(rèn)為，現(xiàn)代軍用飛機(jī)已進(jìn)入隱身時(shí)代。

1）透波復(fù)合材料

它是以透電磁波的低介電材料與基體復(fù)合而成的一類功能材料，也是集結(jié)構(gòu)與功能于一體的新型復(fù)合材料。透波復(fù)合材料具有良好的綜合性能，包括優(yōu)異的介電性能，良好的耐熱性、環(huán)境適應(yīng)性及較高的機(jī)械強(qiáng)度，廣泛地應(yīng)用于各種飛機(jī)雷達(dá)、導(dǎo)彈、衛(wèi)星的天線罩和天線窗。

2）吸波隱身復(fù)合材料

它是當(dāng)代最具代表性的結(jié)構(gòu)-功能一體化新型復(fù)合材料，結(jié)構(gòu)形狀特殊，整體化程度高，從設(shè)計(jì)到材料成型都有不同于一般復(fù)合材料的要求，集多種現(xiàn)代高新技術(shù)于一體，代表了目前復(fù)合材料的發(fā)展水平。實(shí)現(xiàn)飛機(jī)隱身主要有兩種技術(shù)途徑，即外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和采用隱身材料，而前者不是本文要重點(diǎn)介紹的內(nèi)容。目前，探測飛機(jī)的遙感設(shè)備主要有雷達(dá)、紅外、光學(xué)和聲波探測系統(tǒng)4 種，因此隱身技術(shù)也可分為雷達(dá)隱身、紅外隱身、可見光隱身和聲波隱身4 大類。由于雷達(dá)探測占60 %以上，因而隱身的重點(diǎn)是雷達(dá)隱身，主要利用吸波材料來實(shí)現(xiàn)。

3.2 航天功能材料

航天功能材料應(yīng)用更為廣泛，其中最典型的是防熱耐燒蝕復(fù)合材料和梯度功能材料。

1）防熱耐燒蝕復(fù)合材料

當(dāng)航天飛行器以高超聲速往返大氣時(shí)，在氣動(dòng)加熱下，其表面溫度高達(dá)4000～8000 ℃；固體和液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，燃燒室產(chǎn)生的高速氣流沖刷噴管，燒蝕最苛刻的喉襯部位溫度瞬間可超過3000 ℃。因此必須采取有效的熱防護(hù)方法，以保護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)在一定溫度范圍內(nèi)正常工作。目前主要的方法是通過表面材料的自身燒蝕引起質(zhì)量損失，吸收并帶走大量的熱量，從而阻止外部熱量向結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳遞。

防熱耐燒蝕復(fù)合材料是為了滿足航天器極端高溫要求而發(fā)展起來的一種新型復(fù)合材料，主要包括碳/碳復(fù)合材料、碳/酚醛復(fù)合材料、碳纖維/陶瓷復(fù)合材料等。這些材料具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、抗燒蝕、抗沖擊等特點(diǎn)，目前正逐步取代黑色金屬、有色金屬等傳統(tǒng)材料，成為輕質(zhì)化結(jié)構(gòu)和防熱結(jié)構(gòu)的主要材料。

2）梯度功能復(fù)合材料

航天器在大氣層中以高超聲速飛行，其頭部和發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)壁的溫度高達(dá) 2100 ℃以上，因此材料必須能耐受2100 ℃的高溫，另外，航天器各部分的溫差極大（最高達(dá)1600 ℃），服役條件極為惡劣。1984 年，日本學(xué)者首先提出了梯度功能復(fù)合材料的概念，其設(shè)計(jì)思想之一是采用耐熱性及隔熱性的陶瓷材料以適應(yīng)幾千度高溫氣體的環(huán)境；之二是采用導(dǎo)熱性能好和機(jī)械強(qiáng)度高的金屬材料，通過控制材料的組分、結(jié)構(gòu)和顯微氣孔率，使之沿厚度方向連續(xù)變化，即可得到陶瓷/金屬梯度功能復(fù)合材料，如圖4 所示。該材料內(nèi)部不存在明顯的界面，陶瓷和金屬的組分和結(jié)構(gòu)呈連續(xù)變化，因而物性參數(shù)也呈連續(xù)變化。高溫側(cè)壁采用耐熱性好的陶瓷材料，低溫側(cè)壁使用導(dǎo)熱和強(qiáng)度好的金屬材料；材料從陶瓷過渡到金屬的過程中，其耐熱性逐漸降低，而機(jī)械強(qiáng)度逐漸升高，并具有熱應(yīng)力緩和功能即熱應(yīng)力在材料兩端均很小，在材料中部達(dá)到峰值，成為可應(yīng)用于高溫環(huán)境下的新一代功能材料。

4 航空航天材料發(fā)展方向

1）高性能

高性能是指輕質(zhì)、高強(qiáng)度、高模量、高韌性、耐高溫、耐低溫，抗氧化、耐腐蝕等。材料的高性能對(duì)降低飛行器結(jié)構(gòu)重量和提高結(jié)構(gòu)效率、提高服役可靠性及延長使用壽命極為重要，是航空航天材料研究不斷追求的目標(biāo)。

2）特殊功能

材料在光、電、聲、熱、磁上的特殊功能是支撐某些關(guān)鍵技術(shù)以提高飛行器機(jī)動(dòng)性能和突防能力的重要保證。如以紅外材料為基礎(chǔ)的光電成像夜視技術(shù)能增強(qiáng)坦克、裝甲車、飛機(jī)、軍艦及步兵的夜戰(zhàn)能力，紅外成像制導(dǎo)技術(shù)可大大提高導(dǎo)彈的命中率和抗干擾能力，以新型固體激光材料為基礎(chǔ)的激光測距和火控系統(tǒng)等可使靈活作戰(zhàn)能力大大加強(qiáng)。

3）復(fù)合化

復(fù)合化已成為新材料的重要發(fā)展趁勢之一。業(yè)內(nèi)專家指出，航空復(fù)合材料未來20～30 年將迎來新的發(fā)展時(shí)期，甚至引發(fā)航空產(chǎn)業(yè)鏈的革命性變革，包括設(shè)計(jì)理念的創(chuàng)新和設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)知識(shí)的更新，航空產(chǎn)品供應(yīng)鏈的戰(zhàn)略性改變，新型復(fù)合材料技術(shù)不斷出現(xiàn)（如混雜復(fù)合技術(shù)、源于自然界中珍珠貝殼結(jié)構(gòu)啟發(fā)的仿生復(fù)合技術(shù)），以及對(duì)航空維修業(yè)提出前所未有的挑戰(zhàn)。

4）智能化

智能化是航空航天材料重要發(fā)展趁勢之一。智能復(fù)合材料將復(fù)合材料技術(shù)與現(xiàn)代傳感技術(shù)、信息處理技術(shù)和功能驅(qū)動(dòng)技術(shù)集成于一體，將感知單元（傳感器）、信息處理單元（微處理器）與執(zhí)行單元（功能驅(qū)動(dòng)器）聯(lián)成一個(gè)回路，通過埋置在復(fù)合材料內(nèi)部不同部位的傳感器感知內(nèi)外環(huán)境和受力狀態(tài)的變化，并將感知到的變化信號(hào)通過微處理器進(jìn)行處理并作出判斷，向功能驅(qū)動(dòng)器發(fā)出指令信號(hào)；而功能驅(qū)動(dòng)器可根據(jù)指令信號(hào)的性質(zhì)和大小進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，使構(gòu)件適應(yīng)有關(guān)變化。整個(gè)過程完全自動(dòng)化，從而實(shí)現(xiàn)自檢測、自診斷、自調(diào)節(jié)、自恢復(fù)、自保護(hù)等多種特殊功能。智能復(fù)合材料是傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與材料科學(xué)交叉融合的產(chǎn)物，在許多領(lǐng)域展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景，例如飛機(jī)的智能蒙皮與自適應(yīng)機(jī)翼就是由智能復(fù)合材料構(gòu)成的一種高端的智能結(jié)構(gòu)。

5）整體化

整體化制造不僅可減少機(jī)械裝配件數(shù)量，節(jié)約材料和工時(shí)，還能減少因裝配失誤埋下的事故隱患。鋁合金一直是航空航天重要結(jié)構(gòu)材料，用鋁合金厚板（厚度＞6 mm）制造飛機(jī)整體部件如機(jī)身框架、機(jī)翼壁板、翼梁、翼肋等是重要發(fā)展趨勢之一。

6）低維化

低維化是指維數(shù)小于 3 的材料的應(yīng)用，具體來說包括二維（超薄膜）、一維（碳納米管）和準(zhǔn)零維（納米顆粒）材料。其中碳納米管在航空航天中的應(yīng)用得到了廣泛的研究，用它制備復(fù)合材料也取得了較大進(jìn)展。

7）低成本化

航空航天材料從過去單純追求高性能發(fā)展到今天綜合考慮性能與價(jià)格的平衡，低成本化貫穿材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造、檢測評(píng)價(jià)以及維護(hù)維修等全過程。對(duì)碳纖維復(fù)合材料而言，其制造成本在整個(gè)成本中占有相當(dāng)大的比例；因此，對(duì)其低成本制造技術(shù)應(yīng)投入足夠關(guān)注。各種低成本制造技術(shù)發(fā)展很快，尤其是以樹脂傳遞成型（RTM）為代表的液體成型技術(shù)和以大型復(fù)雜構(gòu)件的共固化/共膠接為代表的整體化成型技術(shù)等均得到了很大的發(fā)展。