2025-2031年全球及中国航空航天用新型材料行业市场深度调研及发展前景预测报告

 

从产品类型方面来看，航空航天材料可分为：其他, 复合材料和, 超级合金, 钛合金, 钢合金, 铝。在细分应用领域方面，中国航空航天材料行业涵盖其他, 军用飞机, 商务与通用航空, 商用飞机, 直升机等领域。

 

 

钛金属具有低比重和高比强度的特性，其合金在航空航天领域对于提升飞行器推重比有重要意义，近年来受到广泛使用。除军工、航空航天领域之外，钛合金还较多应用于化工、冶金、医疗、体育休闲等领域。

 

 

1）高温钛合金：高温钛合金主要用在飞机襟翼滑轨、轴承壳体、支架、发动机罩、压气机盘和叶片、机匣等结构框架件。这些构件要求材料在300～600℃的高温条件下具有较高的比强度、疲劳强度、蠕变抗力及组织稳定性。目前代表国际先进水平的高温钛合金牌号主要有美国的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的钛合金，主要用来替代飞机结构中常用的高强度结构钢，可实现重量减重10%。目前，应用于飞机上的高强度钛合金主要以型钛合金为主，具有代表性的主要有Ti-1023，BT22，Ti-153，-21S等。

 

3）阻燃钛合金：目前，比较典型的阻燃钛合金有美国的Alloy C、俄罗斯的BTT-1。美国研制的Alloy C（Ti-35V-15Cr）合金是一种型钛合金，该合金具有良好的高温强度和抗氧化能力，已被应用于Fl19发动机的高压压气机机匣、导向叶片和矢量尾喷管。俄罗斯研制的Ti-Cu-Al系BTT-1阻燃钛合金具有良好的热加工性，已被用于发动机压气机机匣和叶片。 

 

 

 

1）高温钛合金：Ti-60合金是我国自主研制的一种600℃高温钛合金。该合金是在TAl₂（Ti-55）合金的基础上添加了适当含量的Al，Sn，Si元素，从而进一步提高了合金的热稳定性、高温蠕变性能和高温抗氧化性。

 

 

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可以达到1100-1300MPa的水平。21世纪初研发的代表钛合金有2种：近钛合金Ti-B18，抗拉强度可达1150～1350MPa；亚稳定钛合金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入的研究，参照AlloyC合金，分别设计了Ti-V-Cr-Al，Ti-Mo-Cr-Al，Ti-Mo-V-Cr-Al3个系列的阻燃钛合金，并利用计算机模拟手段进行了抗燃烧机理的研究。此外，在系 统地分析了美国、英国、俄罗斯3个国家不同体系的阻燃钛合金之后，分别设计了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型阻燃钛合金，与常规钛合金相比，Ti-40合金具有优异的阻燃性能和力学性能。目前，该合金研究已由实验室规模发展到半工业化规模，已经能够制备Ti40吨级铸锭、大规格棒材和环锻件。

 

由于国内航空制造业起步较晚，钛及钛合金材料在我国航空领域的用量并不大，用于航空领域的钛材占比不到20%，远低于50%左右的国际平均水平，与钛工业发达国家相比仍存在不小差距：一是高端钛合金产品仍以仿制为主，材料研制水平较低，应用范围较窄，高综合性能低成本钛合金的研制也大多处于实验室阶段；二是冶金质量不稳定，品种较少，规格不全；三是相关配套技术的研究进展缓慢，自主研发的钛合金材料体系有待完善。

 

 

钛合金因其优异的性能特点成为航空工业最理想的结构材料。从目前发达国 家航空零件使用材料的发展趋势看，航空工业是钛合金最大的应用领域，比强度 高、密度小的钛合金材料在很长一段时间内也仍将是航空领域的主要材料之一。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，此外为了提高飞机的可靠性，越来越多地增加了钛合金 等高性能材料的用量，因此，航空钛合金将向着高性能、低成本化的方向发展。目前的研究热点主要集中在新型钛合金材料的开发、焊接与加工成形工艺的开发 与应用、以及复杂构件的增材制造技术、低成本制造技术等方面。

 

 

航空工业对材料的要求更加注重性能与成本的平衡，低成本化将贯穿选材、结构设计、制造工艺、检测评价以及维护等产品的全生命周期，降低钛合金成本已经成为行业发展的必然趋势。首先，要摆脱航空关键材料长期依赖进口的局面， 建立自己的钛合金体系，从根本上为实现低成本制造奠定基础。其次，开发降低成本的新材料和新工艺，用价格较低的元素取代Nb、Mo和V等贵金属元素，以及大力发展近净成形新技术。 

 

 

目前高温钛合金实际长时使用很难突破600℃，对于600℃以上航空钛合金的研究仍处于试验、中试阶段，与大规模开发应用还有很大的距离。另外，阻燃钛合金、高强高韧及损伤容限型钛合金的批次稳定性研究及应用已经成为众多学者关注的重点。未来对于高性能航空钛合金的研究将倾向于对现有合金进行深入挖掘，同时开发新牌号合金的研究。 

 

 

近年来，随着增材制造技术的发展及应用，激光增材制造钛合金技术克服了传统技术难以生产复杂钛合金构件、钛合金冷加工变形抗力大等缺点，对大型整体结构件的制造提供了新的技术途径，且其具有与锻件相当的力学性能，钛合金增材制造技术将成为航空钛合金加工成形一条新途径。

 

 

国内外在纯钛和TC4（Ti-6Al-4V）等通用型合金的回收与再利用方面取得了一定的效果，但在“高端”应用领域，我国目前仍落后于欧美发达国家，所以，发展我国的钛合金材料回收与再利用技术，建立回收与再利用材料标准与规范，研发回收与再利用高端设备与技术也成为发展绿色航空钛合金材料的方向之一。 

 

 

复合材料在性能和功能上具有远超传统金属材料的优越性，各种复合材料在航空工业中得到越来越广泛的应用。新的型号需求为先进复合材料的发展提供了新的动力和机遇，先进复合材料的研制向着更高综合性能、工艺性能、低成本化及绿色环保的方向发展。其中，绿色复合材料作为复合材料大家族的新成员获得了越来越多的关注，高性能复合材料的绿色化发展从本质上讲就是绿色材料的使用以及材料的绿色制造。 

 

 

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。因此，航空领域成了碳纤维废料的主要来源。近些年来，英国、德国、日本等国家都开始致力于开展碳纤维复合材料（CFRP）的回收技术开发并取得了一定成效。 

 

 

航空复合材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，从而带来严重的环境污染问题，所以近年来开始了可降解环氧树脂的研究开发。从20世纪90年代开始，各国就陆续开发了一系列高性能热塑性树脂，如聚苯硫醚系列、聚醚酮系列等，此类可降解热塑性树脂复合材料在综合力学性能、耐腐蚀性以及韧性等方面都有了很大的提升，并且具备二次以及多次成型的特点，还可以进行回收和再利用，被广泛应用于航空器的主承力结构上。但是，发展新型热塑性复合材料，目前仍存在几个问题：一是基体价格高；二是大型和复杂构件自动化成型技术难度以及质量稳定性问题，而且高熔点提高了制备、成型加工的技术难度；三是以提高材料强度、刚度以及尺寸稳定性和耐高温性能等为目标的新型树脂复合材料的开发。 

 

 

碳纤维是先进复合材料的主要增强体，目前国内使用的碳纤维主要依靠进口，自主研发生产碳纤维，将进一步降低先进复合材料的成本。碳纤维复合材料的低成本和绿色化制备技术主要包括：（1）开发新型的碳纤维前驱体（原丝），（2）开发各种新技术和新工艺。

 

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