中国航空航天材料行业发展前景及行业现状分析

 

碳纳米纤维具有比表面积大、孔隙率高、化学稳定性好、比强度高等优点，在电子、能源、航空航天等领域具有广泛的应用前景。碳纳米纤维膜材料随着石墨化程度的提升，耐高温性能逐渐提升，然而其隔热性能也将大幅下降，因此难以满足耐高温与隔热性能同步提升的需求。陶瓷气凝胶材料具有优异的耐高温、耐腐蚀及隔热性能，是航空航天飞行器热防护的主要材料之一。

 

它广泛应用在航空航天和军事领域，在民间的其它产品制造中也一展身手。虽然碳纤维材料有许多的优点，但它的生产却极其不易，生产工艺流程长，需要突破技术方面的困难多。

 

航空材料的发展趋势在技术层面可用“六化”来概括，即信息化、复合化、多功能化、高性能化、低维化、智能化，具体表现为全面推进计算辅助材料设计技术、复合材料未来尚有巨大发展空间、结构材料向多功能化发展、发动机材料向超高温结构材料发展，低维化是未来航空材料发展的必由之路、智能材料开发方兴未艾、隐身材料朝着多功能方向发展、电子信息功能材料争奇斗艳等。

 

高温合金材料属于航空航天材料中的重要成员，是制造航空航天发动机热端部件的关键材料，在先进的航空发动机中，高温合金用量占发动机总重量的40%-60%以上。

 

目前，国际市场上每年消费高温合金材料近30万吨，被广泛应用于各个领域。中国目前高温合金材料年生产量约1万吨左右，每年需求可达2万吨以上，市场容量超过80亿元。根据中国金属学会高温材料分会，航空航天、发电领域使用的高端和新型高温合金领域需求量在3000余吨，且每年呈15%以上的速度增长。

 

目前，航空航天领域是碳纤维主要应用领域之一，这主要得益于碳纤维具有质轻、高强度的属性。碳纤维相对于钢或铝，减重效果可以达到20%至40%，在航空航天领域，主要应用于飞机的结构材料(占飞机重量的30%左右)，因此综合来看碳纤维的使用能使飞机重量减轻6%至12%，从而显著地降低飞机的燃油成本。在航空航天领域，碳纤维最早用于人造卫星的天线和卫星支架的制造，同时因其耐热耐疲劳的特性，碳纤维在固体火箭发动机壳体和喷管上也得到了广泛应用。

 

当前，我国产“新舟”系列已交付百架，ARJ21支线客机交付39架，大型干线客机C919正在6机4地密集试飞中，国内外订单达815架，我国民机产业已步入发展快车道。复合材料在航空航天领域的使用已经非常广泛，在大型客机方面，国际上最有代表性的最先进的是波音B787和A350，而在国产大飞机C919以及中俄宽体项目CR929上，也将使用大量的复合材料。

 

2022年，俄罗斯托木斯克理工大学的科研人员研发出新型陶瓷纸材料，具有耐高温和高机械载荷特性，可广泛应用于航天航空、运输行业。研究结果发表在《Journal of the European Ceramic Society》上。陶瓷纸是一种相对较新的材料，由纤维素纤维、粉末填料和粘合剂组成，能像普通纸一样被瓦楞、堆叠并形成多层结构。可用于制造具有梯度成分的工件和成型陶瓷产品。

 

 

随着航空航天技术的进步，发展新一代质量更轻、更节能、更环保的商用飞机将成为未来的趋势。全球航空商旅业务正在经历持续的增长，航空客运、货运等领域在未来几年持续的高需求，将促进航空制造业发展。生产更多的飞机也预示着制造业对航空航天材料的需求不断提升。由于全球的航空航天零部件制造商对材料的高需求，亚太、欧洲和北美地区航空航天材料市场正在持续走高。