航空材料的分类

吴玉江

根据材料的组成与结构的特点，航空材料包括金属材料、有机高分子材料（聚合物）、无机非金属材料和复合材料四大类。
金属材料是以金属元素为基的材料。金属材料包括纯金属及其合金。合金是以某一金属元素为基，添加一种以上金属元素或非金属元素（视性能要求而定），经冶炼、加工而成的材料，如碳素钢、低合金钢和合金钢、高温合金、钛合金、铝合金、镁合金等。纯金属很少直接应用，因此金属材料绝大多数是以合金的形式出现。
高分子材料又称聚合物或高聚物。一类由一种或几种分子或分子团（结构单元或单体）以共价键结合成具有多个重复单体单元的大分子，其相对分子质量高达104-106。它们可以是天然产物如纤维、蛋白质和天然橡胶等，也可以是用合成方法制得的，如合成橡胶、合成树脂、合成纤维等非生物高聚物，聚合物的特点是种类多、密度小（仅为钢铁的1/7~1/8),比强度大，电绝缘性、耐腐蚀性好，加工容易，可满足多种特种用途的要求。卨分子材料包括塑料、纤维、橡胶、涂料、粘合剂等领域，可部分取代金属、非金属材料。 [3]
无机非金属材料包括除金属材料、有机高分子材料以外的几乎所有材料。这些材料主要有陶器、瓷器、砖、瓦、玻璃、水泥、耐火材料以及氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、金属陶瓷、复合陶瓷等新型材料。无机非金属材料来源丰富、成本低廉、应用广泛。无机非金属材料具有许多优良的性能，如耐高温、高硬度、抗腐蚀，以及优良的介电、压电、光学、电磁性能及其功能转换特性等；主要缺点是抗拉强度低、韧性差。近年来，又出现了氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷等许多具有特殊性能的新型材料。无机非金属材料已成为多种结构、信息及功能材料的主要来源，如耐高温、抗腐蚀、耐磨损的氧化铝（A1203)、氮化硅（Si3N4)、碳化硅（SiC)、氧化锆增韧陶瓷；大量用作切削刀具的金属陶瓷·，将电信息转变为光信息的铌酸锂和改性的锆钛酸铅；以及压电陶瓷和PTC陶瓷等。 [3]
复合材料是由两种或多种材料组成的多相材料。一般指由一种或多种起增强作用的材料（增强体）与一种起粘结作用的材料（基体）结合制成的具有较高强度的结构材料。增强体是指复合材料中借基体粘结，强度、模量远高于基体的组分。按形态有颗粒、纤维、片状和体型四类。在工业中采用的连续纤维增强体如玻璃纤维、碳纤维、石墨纤维、碳化硅纤维、硼纤维和高模量有机纤维等，主要作为复合材料的增强材料。基体是指复合材料中粘结增强体的组分。一般分为金属基体、聚合物基体和无机非金属基体三大类。金属基体包括纯金属及其合金；聚合物基体包括树脂、橡胶等；无机非金属基体包括玻璃、陶瓷等。基体对增强体应具有良好的粘结力和兼容性。基体和增强体之间的接触面称为“界面"。由于基体对增强体的粘结作用，使界面发生力的传播、裂纹的阻断、能量的吸收和散射等效应，从而使复合材料产生单一材料所不具备的某些优异性能，例如碳纤维环氧树脂复合材料的疲劳性能和断裂韧度都远优于碳纤维和环氧树脂。 [3]
按使用功能，航空材料又可分为结构材料和功能材料两大类。结构材料以力学性能为主，功能材料以物理、化学性能为主。
航空材料既是研制生产航空产品的物质保障，又是推动航空产品史新换代的技术基础。主要的航空结构材料包括结构钢与不锈钢、高温合金、轻金属材料（含铝及铝合金、钛及钛合金）、聚合物基复合材料等。
飞机机体的主要结构村料是结构钢、轻金属材料和复合材料：为了提高飞机的结构效率.降低飞机结构重量系数，高比强度和高比模来那个的轻质、高强、高模材料，正在获得越来越多的应用。随着飞机性能的提高，树脂基复合材料和钛合金用量增加，传统铝合金和钢材用量减少。战斗机以F-22为例，树脂基复合材料的用量已达到整机结构重量的24%,钛合金用量达到整机结构重量的41%;与此同时，铝合金用量下降为只占整机结构重量的15%，钢的用量下降为只占整机结构重量的5%。民机以B-777为例，树脂基复合材料的用量已占整机结构重量的11%,钛合金用量已占到整机结构重量的7%;与此同时，铝合金用量下降为占整机结构重量的70%,但仍是飞机机体结构的主要结构材料；钢的用量下降为只占整机结构重量的11%。 [3]
航空发动机的主要结构材料是不锈钢、高温合金和钛合金。在一台先进发动机上，高温合金和钛合金的用量分别要占到发动机总结构重量的55%~65%和25%~40%,并对许多新型高温材料提出了更高的要求，如新型高温合金和高温钛合金、高温树脂基复合材料、金属间化合物及其复合材料、热障涂层材料、金属基复合材料、陶瓷基和碳/碳复合材料等。 [3]
机载设备中的关键材料主要是各种微电子、光电子、传感器等光、声、电、磁、热的高功能及多功能材料。