近年来
，国内表航空界在持续器沉飞行器及发起机安全性的同时
，也越来越关注节俭资源、降低成本、；せ肪车任侍
，在此布景下绿色航空产业获得了肯定的进展。绿色航空涵盖了飞行器的设计、造作、使用、维建、退役、回收等的整个研造和使用过程
，涉及技术领域蕴含绿色资料、绿色造作、绿色维建等。

所谓绿色资料
，是指资料从设计、原资料选用、加工造作、包装运输、使用、回收及再利用的整个周期内
，实现资源利用的最大化
，并尽可能地削减使用成本以及对环境造成的影响。我国起头大力发展新资料技术
，各项新资料技术获得不休突破
，航空新资料的钻研也获得了可喜的成就。瞻望未来
，航空新资料将会朝着多用处、高机能、新工艺、低成本和新概想的方向发展。随着中国航空新资料领域自主研发水平的提升
，我们必要从资料设计、造备工艺、资料开发以及回收再利用等方面动手、全面提高航空资料绿色化技术水平、共同创造绿色航空的美好未来。

一、发展绿色航空产业的必要性

2021是十四五的开局之年
，作为整个军工产业链主题地位的新资料板块有望迎来较大的发展空间。20世纪是现代科学技术飞速发展的一个世纪
，其中沉要的标志之一就是人类在航空航天领域所获得的鲜丽成就。进入21世纪
，航空航天已展示出越发辽阔的发展远景
，高水平或超高水平的航空航天活动越发频仍。航空航天事业所获得的巨大成就
，与航空航天资料技术的发展和突破是分不开的。资料是现代高新技术和产业的基础与先导
，很大水平上是高新技术获得突破的前提前提。航空航天资料的发展对航空航天技术起到强有力的支持和保险作用；反过来
，航空航天技术的发展需要又极大地引领和推进航空航天资料的发展Ｄ芄凰
，资料的进取对飞机的升级换代起到关键的支持作用。

航空资料既是研造出产航空产品的物质保险
，又是航空产品更新换代的技术基础。资料在航空工业及航空产品的发展中占有极其沉要的职位和作用。进入21世纪
，航空资料正朝着高机能化、高职能化、多职能化、结构职能一体化、复合化、智能化、低成本以及与环境相容化的方向发展。

2020年习近平总书记深刻指出
，“人类必要一场自我革命
，加快形成绿色发展方式和生涯方式
，建设生态文化和俏丽地球。”前总理李克强在2022年当局工作汇报中提出要持续改善生态环境
，推动绿色低碳发展
，加强传染治理和生态；そǜ
，处置好发展和减排关系
，推进人与天然和谐共生。近年来
，国内表航空界在持续器沉飞行器安全性的同时
，也越来越关注资源节俭、成本降低、环境；さ任侍
，在此布景下绿色航空获得了肯定的进展。飞行器向着越发安全靠得住、轻量化、强韧化、绿色环保的方向发展
，从而对资料提出了越来越高的要求
，也推进了飞行器在飞行速度、靠得住性、低成本、高效能和舒服度等方面的升级。在新的产业局势下
，发展高端航空绿色资料及其造备、加工技术对支持我国航空事业的可持续发展意思沉大。总而言之
，在全球现代化工业高速发展的推动下
，航空资料的绿色化发展是必然趋向
，也是经济发展的火急要求。

二、航空新资料的钻研进展

飞机资料肯定水平上决定了飞机机体结构的造作成本。由于中国航空设备早期以引进为主
，因而在资料选用上重要沿用国表的资料系统
，近些年来
，我国起头大力发展新资料技术
，各项新资料技术获得不休突破
，航空新资料的钻研也获得了可喜的成就。但是目前航空新资料产业的整体水平与国际先进水平相比仍存在不幼的差距。 

（一）钛合金：性质良好的“全能金属”

钛金属拥有低比沉和高比强度的个性
，其合金在航空航天领域对于提升飞行器推沉迸仔沉要意思
，近年来受到宽泛使用。除军工、航空航天领域之表
，钛合金还较多利用于化工、冶金、医疗、体育休闲等领域。

国表航空用钛合金资料的发展示状 

1）高温钛合金：高温钛合金重要用在飞机襟翼滑轨、轴承壳体、支架、发起机罩、压气机盘和叶片、机匣等结构框架件。这些构件要求资料在300～600℃的高温前提下拥有较高的比强度、委顿强度、蠕变抗力及组织不变性。目前代表国际先进水平的高温钛合金商标重要有美国的Ti-6242S、Ti-1100
，英国的IMI834
，俄罗斯的BT36等。

2）高强度钛合金：高强度钛合金通常是指抗拉强度大于1000MPa迪胙合金
，重要用来代替飞机结构中常用的高强度结构钢
，可实现沉量减沉10%。目前
，利用于飞机上的高强度钛合金重要以β型钛合金为主
，拥有代表性的重要有Ti-1023
，BT22
，Ti-153
，β-21S等。

3）阻燃钛合金：目前
，比力典型的阻燃钛合金有美国的Alloy C、俄罗斯的BTT-1。美国研造的Alloy C（Ti-35V-15Cr）合金是一种β型钛合金
，该合金拥有优良的高温强度和抗氧化能力
，已被利用于Fl19发起机的高压压气机机匣、导向叶片和矢量尾喷管。俄罗斯研造的Ti-Cu-Al系BTT-1阻燃钛合金拥有优良的热加工性
，已被用于发起机压气机机匣和叶片。 

国内航空用钛合金资料的发展示状 

1）高温钛合金：Ti-60合金是我国自主研造的一种600℃高温钛合金。该合金是在TAl?（Ti-55）合金的基础上增长了适当含量的Al
，Sn
，Si元素
，从而进一步提高了合金的热不变性、高温蠕变机能和高温抗氧化性。

2）高强度结构钛合金：我国在20世纪70～90年代自主研发了一批高强度结构钛合金。这些钛合金的强度均能够达到1100-1300MPa的水平。21世纪初研发的代表β钛合金有2种：①近β钛合金Ti-B18
，抗拉强度可达1150～1350MPa；②亚不变β钛合金Ti-B20
，抗拉强度可达1200～1600MPa。

3）阻燃钛合金：多年来
，我国在阻燃钛合金方面进行了深刻的钻研
，参照AlloyC合金
，别离设计了Ti-V-Cr-Al
，Ti-Mo-Cr-Al
，Ti-Mo-V-Cr-Al3个系列的阻燃钛合金
，并利用推算机仿照伎俩进行了抗点火机理的钻研。此表
，在系 统地分析了美国、英国、俄罗斯3个国度分歧系统的阻燃钛合金之后
，别离设计了TF1(Ti-V-Cr-C系)和 TF2（Ti-Cu系）阻燃钛合金。Ti-40（Ti-V-Cr-Si）合金是我国自主研发的β型阻燃钛合金
，与通例钛合金相比
，Ti-40合金拥有优异的阻燃机能和力学机能。目前
，该合金钻研已由尝试室规模发展到半工业化规模
，已经可能造备Ti40吨级铸锭、大规格棒材和环锻件。

由于国内航空造作业起步较晚
，钛脊合金资料在我国航空领域的用量并不大
，用于航空领域迪胙材占比不到20%
，远低于50%左右的国际均匀水平
，与钛工业蓬勃国度相比仍存在不幼差距：一是高端钛合金产品仍以仿造为主
，资料研造水平较低
，利用领域较窄
，高综合机能低成本钛合金的研造也大多处于尝试室阶段；二是冶金质量不不变
，种类较少
，规格不全；三是有关配套技术的钻研进展缓慢
，自主研发迪胙合金资料系统有待美满。

（二）高温合金：沉点关注军用发起机需要

高温合金
，为高温而生

传统钢铁在300摄氏度以上会软化
，无法适应高温环境。为了钻营更高的能量转化效能
，热机动力领域必要的工作温度越来越高。高温合金因而生长而生
，在600摄氏度以上的高温环境中还能够不变工作
，并且技术不休进取。

高温合金按合金的重要元素分为铁基高温合金、镍基。凭据智研征询
，2018年以产品工艺分辨
，镍基高温合金产量占比为80%
，铁基高温合金产量占比14.3%
，钴基高温合金产量占比5.7%。

高温合金是航空发起机的关键资料。高温合金从诞生起就用于航空发起机
，是造作航空航天发起机的沉要资料。发起机的机能水平在很大水平上取决于高温合金资料的机能水平。在现代航空发起机中
，高温合金资料的用量占发起机总沉量的40%～60%
，重要用于四大热端部件：点火室、导向器、涡轮叶片和涡轮盘
，此表
，还用于机匣、环件、加力点火室和尾喷口等部件。

我国高温合金产业目前处于成持久
，产业链企业未来发展空间辽阔。我国高温合金出产企业数量有限
，出产水平与美国、俄罗斯等国有较大差距
，但近些年在产能与产值上皆有显著提升
，炼石航空、西部超导等多家公司高温合金产能项目在建设投产中。

航空发起机用高温合金机能不休发展

1）铁基高温合金：我国高温合金系统的一大特色。

由于我国资源缺镍少钴
，铁基高温合金的研造、出产和利用成为六七十年代的一路壮丽的景致线。

铁基高温合金使用温度较低（600~850℃）
，通常用于发起机中工作温度较低的部位
，如涡轮盘、机匣和轴等零件。但铁基高温合金中温力学机能优良
，与同类镍基合金相当或更优
，加之价值便宜
，热加工变形容易
，所以铁基合金至今仍作为涡轮盘和涡轮叶片等资料在中温领域宽泛使用。

2）镍基高温合金：变形/铸造/新型合金逐代升级。

镍基高温合金通常在600℃以上接受肯定应力的前提下工作
，它不只有优良的高温抗氧化和抗侵蚀能力
，并且有较高的高温强度、蠕变强度和悠久强度
，以及优良的抗委顿机能。重要用于航天航空领域高温前提下工作的结构部件
，如航空发起机的工作叶片、涡轮盘、点火室等。

镍基高温合金按造作工艺
，可分为变合金、铸造高温合金、新型高温合金。镍基铸造高温合金在发起机中重要用于涡轮导向叶片
，工作温度可达1100°C以上
，也可用于涡轮叶片
，其所承温度低于相应导向叶片50-100℃。

随着耐热合金工作温度越来越高
，合金中的强化元素也越来越多
，成分也越复杂
，导致一些合金只能在铸态上使用
，不成能热加工变形。并且合金元素的增多使镍基合金凝固后成吩飓析也严沉
，造成组织和机能的不均匀。选取粉末冶金工艺出产高温合金
，就能解决上述问题。由于粉末颗粒幼
，造粉时冷却速度快
，解除了偏析
，改善了热加工性
，把正本只能铸造的合金造成可热加工的形变高温合金
，屈服强度和委顿机能都有提高
，粉末高温合金为出产更高强度的合金产生了新的蹊径。粉末高温合金重要用于造作高推比先进航空发起机的涡轮盘
，也用于出产先进航空发起机的压气机盘
，涡轮轴和涡轮挡板等高温热端零部件。

3）钴基高温合金：抗侵蚀等特殊领域远景辽阔。

钴基高温合金的抗氧化机能较差,但其抗热侵蚀能力比镍好；钴基高温合金的高温强度、抗热侵蚀机能、热委顿机能和抗蠕变机能也比镍基高温合金更强
，合用于造作燃气轮机导向叶片、喷嘴等。

我国由于资源限度
，目前研造了K40、GH188和L605等钴基合金
，使用领域有限。2001年以来
，通用电气在钴基高温合金方面的钻研重要集中在将钴基合金作为造备燃气涡轮机的基材资料
，并在合金表表造备涂层如热障涂层以提高耐侵蚀机能。

由于资料方面的限度
，钴元素在地球上储量较少
，价值较为昂贵。目枪基钻研的热杜仔所降落
，好多科研钻研也停顿在数字建模试验等理论阶段。

一代军机一代合金
，发起机用高温合金或进入急剧放量期

发起机对温度的要求不休提升。高推沉比必要更高的喷口温度
，必要工作温度更高的资料支持。在世界高温合金的发展过程中
，发起机叶片和盘件资料别离经历了变形、铸造、定向、单晶四个阶段。适应温度从600°C逐步提升至1100℃以上。

军机的换代陪伴着高温合金的升级。第一代涡喷发起机的主题资料是变形高温合金
，主题资料工作温度650℃
，到第四代的涡扇发起机
，主题资料工作温度已经达到了1200℃
，选取了单晶高温合金。历代军机的换代一向陪伴着发起机主题资料——高温合金的升级。高温合金的升级必要研发的支持。在航空工业的发展需要牵引下
，中国高温合金先后研造出了变形、铸造、等轴晶、定向凝固柱晶和单晶合金系统。上述高温合金的相继问世
，不休地推动航空工业向前发展。据前瞻产业钻研院颁布的钻研数据
，发起机占军用飞机成本的25%
，资料成本占发起机成本的50%
，而高温合金占资料成本约35%。

（三）碳纤维：造作全环节技术壁垒高

航空航上帝题资料
，技术壁垒较高

碳纤维拥有强度高、比模量高（强度为钢铁的10倍
，质量仅有铝材的一半）、质量轻、耐侵蚀、耐委顿、热膨胀系数幼、耐凹凸温蹬着越机能
，是军民用沉要基础资料
，利用于航空航天、体育、汽车、构筑及其结构补强等领域。相比传统金属资料
，树脂基碳纤维模量高于钛合金等传统工业资料
，强度通过设计可达到高强钢水平、显著高于钛合金
，在机能和轻量化两方面优势都极度显著。然而碳纤维成本也相对较高
，固然目前在航空航天等高精尖领域已部门取代传统资料
，但对力学机能要求相对不高的传统行业则更看沉经济效益
，传统资料依然为主力军。

现代碳纤维资料始于军用
，目前航空航天为沉要利用领域。现代的碳纤维是一种含碳量在90%以上的无机高分子纤维
，拥有优良的柔软性
，且纵轴方向的强度很高
，拥有超强的抗拉力
，属于新一代加强纤维
，且碳纤维化学性质不变
，对高温耐受能力强
，不易被侵蚀
，是大型整体化结构的梦想资料。与通例资料相比
，碳纤维复合伙料可使飞机减沉
，并有能力克服金属资料容易呈显欤劳和被侵蚀的弊端。我国军用碳纤维产业链企业重要有中航高科、光威复材、中简科技等
，其中中航高科偏下游
，重要为航空复材产品；光威复材实现全产业链布局
，为碳纤维产业龙头；中简科技布驹飓上游
，产品技术含量相对更高。

碳纤维技术发展至今曾经历三代变迁
，同时实现高的拉伸强度和弹性模量是目前碳纤维研造过程中的技术难点。近年明天美从两条分歧技术蹊径在第三代碳纤维上获得技术突破
，并有望在未来5-10年内实现工业化出产
，对于提高战机、兵器的作战能力意思沉大。东丽利用传统的PAN溶液纺丝技术使得碳纤维强度和弹性模量都得到大幅提升
，通过精密节造碳化过程
，在纳米尺度上改善碳纤维的微结构
，对碳化后纤维中石墨微晶取向、微晶尺寸、缺点等进行节造。以当前东丽较为先进的碳纤维制品T1100G为例
，T1100G的拉伸强度和弹性模量别离为6.6GPa和324GPa
，比T800提高12%以及10%
，正进入产业化阶段。美国佐治亚理工学院从原丝造备工艺动手
，利用创新的PAN基碳纤维凝胶纺丝技术
，通过凝胶把聚合物联结在一路
，产生强劲的链内力和微晶取向的定向性
，保障在高弹性模量所需的较大微晶尺寸情况下
，仍具备高强度
，从而将碳纤维拉伸强度提升至5.5～5.8GPa
，拉伸弹性模量达354～375GPa。

军用需要空间辽阔
，下游市场以CFRP为主

碳纤维复合伙料是指至少有一种加强资料是碳纤维的复合伙料
，其中最常见的是树脂基碳纤维复合伙料（CFRP）。由于CFRP比强度、比弹性模量等机械机能
，以及耐委顿性、不变性等相比传统资料有显著优势
，因而在好多领域内对金属资料
，尤其是轻质金属资料形成竞争取代的局面。CFRP利用场景宽泛
，在航空航天和体育休闲领域率先形成大规模市场
，而随着21世纪以来碳纤维及其复合伙料造作成本不休降落
，在汽车造作、风力发电等领域利用比例在不休提高。

碳碳复合伙料：新型刹车资料
，军用市场远景爽朗

碳/碳复合伙料是以碳纤维为加强体
，以化学气相沉积炭或树脂炭为基体的复合伙料
，重要用作刹车盘。刹车盘是以摩擦资料设计技术和造备技术为主题的刹车造动类产品
，用于飞机、坦克装甲车辆和高速列车的刹车造动。

在“最严格着陆终场”尝试中
，即思考其他刹车系统都败坏的情况下
，飞机机轮刹车可吸收超300兆焦耳能量
，温度短功夫内急剧上市至千度以上
，因而飞机对刹车盘资料耐高温性及不变性、削减变形等方面都有严格的要求。与钢刹车盘相比
，碳刹车盘的凸起利益是:

1）减轻了刹车装置的沉量

2）提高了刹车盘的使用寿命

3）工作温度高

4）刹车安稳

由于碳/碳复合伙料拥有密度低、耐高温、抗侵蚀、摩擦磨损机能优异、抗热振性好及不易产生突发苦难性粉碎等一系列利益
，现已成为航空造动装置的首选刹车资料。现代的高机能民用客机
，如波音747、波音757、波音767、空客系劣注麦路系列等都选取碳/碳复合造动资料刹车装置。随着我国经济的不休发展和经济全球化的深刻
，整个航空业出现出急剧发展的趋向
，国内营运机队数量及规模的不休扩大
，给民航产品业务发展带来了巨大的机缘。而飞机刹车盘作为耗材
，每次在磨损到标后都必要进行更换
，市场需要量很大
，目前重要依赖于进口。

为了进一步提高碳刹车盘的力学机能
，以提升刹车资料及飞机的安全性
，以北摩高科、西安造动为代表的国内公司选取整体针刺毡结合化学气相沉积工艺造备碳刹车盘
，最终实现碳刹车盘国产化。

三、航空新资料的发展趋向

（一）钛脊合金资料的发展趋向 

钛合金因其优异的机能特点成为航空工业最梦想的结构资料。从目前蓬勃国 家航空零件使用资料的发展趋向看
，航空工业是钛合金最大的利用领域
，比强度 高、密度幼迪胙合金资料在很长一段功夫内也仍将是航空领域的重要资料之一。航空科技的飞速发展对新一代航空飞行器提出了更高的要求：超高速、高空、长航时、超远航程等等
，此表为了提高飞机的靠得住性
，越来越多地增长了钛合金 等高机能资料的用量
，因而
，航空钛合金将向着高机能、低成本化的方向发展。目前的钻研热点重要集中在新型钛合金资料的开发、焊接与加工成形工艺的开发 与利用、以及复杂构件的增材造作技术、低成本造作技术等方面。 

低成本航空钛合金的钻研开发

航空工业对资料的要求越发注沉机能与成本的平衡
，低成本化将贯通选材、结构设计、造作工艺、检测评价以及守护等产品的全性命周期
，降低钛合金成本已经成为行业发展的必然趋向。首先
，要脱节航空关键资料持久依赖进口的局面
， 成立自己迪胙合金系统
，从底子上为实现低成本造作奠定基础。其次
，开发降低成本的新资料和新工艺
，用价值较低的元素取代Nb、Mo和V等贵金属元素
，以及大力发展近净成形新技术。 

高机能航空钛合金的钻研开发

目前高温钛合金现实长时使用很难突破600℃
，对于600℃以上航空钛合金的钻研仍处于试验、中试阶段
，与大规？⒗没褂泻艽蟮木嗬。另表
，阻燃钛合金、高强高韧及危险容限型钛合金的批次不变性钻研及利用已经成为多多学者关注的沉点。未来对于高机能航空钛合金的钻研将偏差于对现有合金进行深刻挖掘
，同时开发新商标合金的钻研。 

增材造作在航空钛合金中的利用

近年来
，随着增材造作技术的发展及利用
，激光增材造作钛合金技术克服了传统技术难以出产复杂钛合金构件、钛合金冷加工变形抗力大等弊端
，对大型整体结构件的造作提供了新的技术蹊径
，且其拥有与锻件相当的力学机能
，钛合金增材造作技术将成为航空钛合金加工成形一条新蹊径。

钛合金资料的回收与再利用

国内表在纯钛和TC4（Ti-6Al-4V）等通用型合金的回收与再利用方面获得了肯定的成效
，但在“高端”利用领域
，我国目前仍落后于欧美蓬勃国度
，所以
，发展我国迪胙合金资料回收与再利用技术
，成立回收与再利用资料尺度与规范
，研发还收与再利用高端设备与技术也成为发展绿色航空钛合金资料的方向之一。 

（二）新型复合伙料的发展趋向

复合伙料在机能和职能上拥有远超传统金属资料的优越性
，各类复合伙料在航空工业中得到越来越宽泛的利用。新的型号需要为先进复合伙料的发展提供了新的动力和机缘
，先进复合伙料的研造向着更高综合机能、工艺机能、低成本化及绿色环保的方向发展。其中
，绿色复合伙料作为复合伙料各人族的新成员获得了越来越多的关注
，高机能复合伙料的绿色化发展从性质上讲就是绿色资料的使用以及资料的绿色造作。 

碳纤维复合伙料（CFRP）的回收再利用技术开发

据统计
，目前全球CFRP产能已经超过3000t/a
，使用CFRP为原料的飞机退役时就会产生约20t的碳纤维废料。因而
，航空领域成了碳纤维废料的重要起源。近些年来
，英国、德国、日本等国度都起头致力于发展碳纤维复合伙料（CFRP）的回收技术开发并获得了肯定功效。 

新型复合伙料的开发技术

航空复合伙料的热固性树脂以环氧树脂为主体
，但是环氧树脂的固化物难以降解
，从而带来严沉的环境传染问题
，所以近年来起头了可降解环氧树脂的钻研开发。从20世纪90年代起头
，列国就陆续开发了一系列高机能热塑性树脂
，如聚苯硫醚系劣注聚醚酮系列等
，此类可降解热塑性树脂复合伙料在综合力学机能、耐侵蚀性以及韧性等方面都有了很大的提升
，并且具备二次以及屡次成型的特点
，还能够进行回收和再利用
，被宽泛利用于航空器的主承力结构上。但是
，发展新型热塑性复合伙料
，目前仍存在几个问题：一是基体价值高；二是大型和复杂构件自动化成型技术难度以及质量不变性问题
，并且高熔点提高了造备、成型加工的技术难度；三是以提高资料强度、刚度以及尺寸不变性和耐高温机能等为指标的新型树脂复合伙料的开发。 

低成本绿色化的复合伙料造备技术

碳纤维是先进复合伙料的重要加强体
，目前国内使用的碳纤维重要依附进口
，自主研发出产碳纤维
，将进一步降低先进复合伙料的成本。碳纤维复合伙料的低成本和绿色化造备技术重要蕴含：（1）开发新型的碳纤维先驱体（原丝）
，（2）开发各类新技术和新工艺。

总而言之
，在现代化工业高速发展的推动下
，航空资料的绿色化发展是必然趋向
，也是经济发展的火急要求。瞻望未来
，航空新资料将会朝着多用处
，高机能
，新工艺、低成本和新概想的方向发展。随着我国航空新资料领域自主研发水平的提升
，我们必要从资料设计、造备工艺与技术、资料开发以及回收再利用技术等方面动手
，全面提高资料绿色化技术水平
，以此带头资料的不休发展与突破
，共同创造绿色航空的美好未来。