航空材料是制造飛機（包括飛行器）、航空發(fā)動機及其附件、儀表及隨機設(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）、有機高分子材料(橡膠、塑料、透明材料、涂料等）和復合材料。 [2] 

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

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

噴氣式發(fā)動機完成了航空技術(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”是當飛機超聲速飛行時,飛機蒙皮表面附面層空氣因摩擦而生成大量的熱，使飛機蒙皮的溫度急劇升高，當溫度超過250°C時，鋁合金就不能用了。這樣直到20世紀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”。

在科學技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，飛機正朝著超高速、巨型、隱身、智能的方向發(fā)展，對航空材料提出了越來越高的要求;同時，航空材料也隨著科學技術(shù)的進步而逐漸發(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工藝發(fā)展很快，如高強度鋁合金、鈦合金、高溫合金、超高強度鋼、復合材料、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，都會促進航空技術(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

航空材料屬于知識密集、技術(shù)密集的學科。許多事實說明，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，各國對新技術(shù)、新工藝在航空材料領(lǐng)域的開發(fā)應(yīng)用都非常重視，促進了航空材料的發(fā)展。各國在發(fā)展航空材料時應(yīng)用和研制的新技術(shù)、新工藝主要有：定向凝固技術(shù)，機械合金化、快速凝固、復合裁剪技術(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．復合材料和復合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用日益增多

近20年來，復合材料的研制和應(yīng)用發(fā)展極為迅速，從70年代初在機上開始試用，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)了全復合材料飛機。

3．材料研制逐漸走向定量化

隨著人們對材料性能與成分、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，隨著計算機技術(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展，提出了全新的合金設(shè)計方法，并在研制新合金中取得了可喜成績，做到了按性能設(shè)計新合金。例如日本金屬材料研究所利用合金設(shè)計方法，對美國M247定向合金進行重新設(shè)計，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，對雜質(zhì)元素的控制越來越嚴，材料研究正在向高純度、高均勻性和高精度方向發(fā)展。，夾雜物對疲勞性能和應(yīng)力腐蝕性能影響很大，特別是對缺口敏感的高強度材料更為明顯。因此國外對超高強度鋼的S、P含量及夾雜物的要求越來越嚴。例如美國有關(guān)技術(shù)標準中規(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，要求小于0.006%，從而保證超高強度鋼的*性能，延長使用壽命。 [1] 

5．一體化是航空材料發(fā)展的重要特征

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

1．材料科學理論新發(fā)現(xiàn)

例如，鋁合金的時效強化理論導致硬鋁的發(fā)展；高分子材料剛性分子鏈的定向排列理論導致高強度、高模量芳綸有機纖維的發(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際應(yīng)用。復合材料增強纖維鋪層設(shè)計和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，從而使得復合材料具有可設(shè)計性，并為它的應(yīng)用開拓了廣闊前景；熱等靜壓技術(shù)、超細粉末制造技術(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．材料性能測試與無損檢測新技術(shù)

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

中國航空材料經(jīng)歷了引進、仿制、改進、改型和自行研制的發(fā)展歷程。我國已定型生產(chǎn)的航空用金屬、有機高分子材料、無機非金屬材料以及復合材料的牌號約2000余個；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、品種與規(guī)格的生產(chǎn)設(shè)備及檢測儀器；先后制定了1000余份各類航空材料、熱工藝及理化檢測標準（包括國標、標與航空標準）；編寫出版了《中國航空材料手冊》《發(fā)動機結(jié)構(gòu)設(shè)計用材料性能數(shù)據(jù)手冊》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，我國已定型生產(chǎn)的航空材料（含類別、牌號、品種與規(guī)格）及其相應(yīng)的標準與規(guī)范，基本上能滿足第二代航空產(chǎn)品大批生產(chǎn)的需求。針對第三代航空產(chǎn)品所需關(guān)鍵材料，如熱強鈦合金、高強鋁合金、超高強度結(jié)構(gòu)鋼不銹鋼、樹脂基復合材料、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)濟效益等）尚需做大量的工作。我國航空材料的現(xiàn)狀與新一代航空產(chǎn)品（飛機以F -22為代表，發(fā)動機推重比10為代表）對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、高強輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料、熱強鈦合金、超高強度鋼、金屬問化合物及以其為基的復合材料、樹脂基復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、超聲顯微鏡、激光無損檢測等先進的合成與加工設(shè)備、質(zhì)量檢測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，航空材料包括金屬材料、有機高分子材料（聚合物）、無機非金屬材料和復合材料四大類。

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（結(jié)構(gòu)單元或單體）以共價鍵結(jié)合成具有多個重復單體單元的大分子，其相對分子質(zhì)量高達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，聚合物的特點是種類多、密度小（僅為鋼鐵的1/7~1/8),比強度大，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] 

無機非金屬材料包括除金屬材料、有機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、復合陶瓷等新型材料。無機非金屬材料來源豐富、成本低廉、應(yīng)用廣泛。無機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、電磁性能及其功能轉(zhuǎn)換特性等；主要缺點是抗拉強度低、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作用的材料（增強體）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度的結(jié)構(gòu)材料。增強體是指復合材料中借基體粘結(jié)，強度、模量遠高于基體的組分。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纖維等，主要作為復合材料的增強材料?；w是指復合材料中粘結(jié)增強體的組分。一般分為金屬基體、聚合物基體和無機非金屬基體三大類。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；無機非金屬基體包括玻璃、陶瓷等。基體對增強體應(yīng)具有良好的粘結(jié)力和兼容性?；w和增強體之間的接觸面稱為“界面"。由于基體對增強體的粘結(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)氧樹脂復合材料的疲勞性能和斷裂韌度都遠優(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)材料以力學性能為主，功能材料以物理、化學性能為主。

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）、聚合物基復合材料等。

飛機機體的主要結(jié)構(gòu)村料是結(jié)構(gòu)鋼、輕金屬材料和復合材料：為了提高飛機的結(jié)構(gòu)效率.降低飛機結(jié)構(gòu)重量系數(shù)，高比強度和高比模來那個的輕質(zhì)、高強、高模材料，正在獲得越來越多的應(yīng)用。隨著飛機性能的提高，樹脂基復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)斗機以F-22為例，樹脂基復合材料的用量已達到整機結(jié)構(gòu)重量的24%,鈦合金用量達到整機結(jié)構(gòu)重量的41%;與此同時，鋁合金用量下降為只占整機結(jié)構(gòu)重量的15%，鋼的用量下降為只占整機結(jié)構(gòu)重量的5%。民機以B-777為例，樹脂基復合材料的用量已占整機結(jié)構(gòu)重量的11%,鈦合金用量已占到整機結(jié)構(gòu)重量的7%;與此同時，鋁合金用量下降為占整機結(jié)構(gòu)重量的70%,但仍是飛機機體結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)材料；鋼的用量下降為只占整機結(jié)構(gòu)重量的11%。 [3] 

航空發(fā)動機的主要結(jié)構(gòu)材料是不銹鋼、高溫合金和鈦合金。在一臺先進發(fā)動機上，高溫合金和鈦合金的用量分別要占到發(fā)動機總結(jié)構(gòu)重量的55%~65%和25%~40%,并對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、高溫樹脂基復合材料、金屬間化合物及其復合材料、熱障涂層材料、金屬基復合材料、陶瓷基和碳/碳復合材料等。 [3] 

機載設(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。