2016年，國外航空材料技術(shù)繼續(xù)保持快速發(fā)展的勢頭。總的來看，航空材料繼續(xù)向高溫化、智能化、微納化和可設(shè)計化方向發(fā)展，在先進復(fù)合材料、高性能金屬結(jié)構(gòu)材料、特種功能材料、電子信息材料等領(lǐng)域取得多項重要進展。

　　一、先進復(fù)合材料

　　先進復(fù)合材料向耐高溫、智能化方向發(fā)展，碳纖維、陶瓷基復(fù)合材料和樹脂基復(fù)合材料是其發(fā)展重點。

　　日本研發(fā)出速度快10倍的碳纖維量產(chǎn)新工藝。1月，由日本東麗、帝人、三菱麗陽和東京大學(xué)等組成的研究團隊開發(fā)出在高溫環(huán)境下不易熔化的丙烯纖維原料，無需再進行防止熔化的準(zhǔn)備工序，采用電磁波照射纖維直接加熱替代較傳統(tǒng)熔爐加熱工藝，使碳纖維生產(chǎn)速度提高10倍。此外，新工藝還可使生產(chǎn)過程中的能源消耗和二氧化碳排放減半。

碳纖維是國防工業(yè)關(guān)鍵原材料

　　陶瓷復(fù)合材料正革新航空發(fā)動機工作效率。8月，美國航空航天局（NASA）表示，在“革命性航空概念”項目支持下，研究人員正研究陶瓷基復(fù)合材料和防護涂層，替代目前在航空發(fā)動機中應(yīng)用的鎳基高溫合金。此外，日本三菱重工與宇部興產(chǎn)株式會社、標(biāo)盾公司等，也將于2017年度試制陶瓷基復(fù)合材料飛機發(fā)動機用高壓渦輪葉片。

　　超低溫自修復(fù)復(fù)合材料研究實現(xiàn)零突破，可變形復(fù)合材料有望制造跨疆域無人機。9月，美研究人員首次發(fā)現(xiàn)一種可在低于冰點的超低溫度下現(xiàn)材料裂紋自修復(fù)的新型復(fù)合材料，可用于飛行器或衛(wèi)星等的纖維增強材料部件，實現(xiàn)部件在軌維修。零下60℃條件下，其自修復(fù)效率在玻璃纖維增強材料中達(dá)到100%。此外，美國康奈爾大學(xué)研制出一種兼具自組裝和自修復(fù)特性的可變形復(fù)合材料，美國空軍打算利用該材料制備小型跨疆域無人機的變形機翼，使無人機機在從空中進入海洋時自動縮短機翼，減少機翼斷裂情況。

　　超低溫復(fù)合材料界面結(jié)構(gòu)和損傷－撕裂－修復(fù)過程

　　二、高性能金屬結(jié)構(gòu)材料

　　高性能金屬結(jié)構(gòu)材料向輕量化、復(fù)合化方向發(fā)展，輕質(zhì)耐高溫金屬和金屬納米復(fù)合材料是其發(fā)展重點。

　　計算材料技術(shù)將在發(fā)動機輕質(zhì)合金材料部件優(yōu)化中發(fā)揮重要作用。5月，美國輕質(zhì)材料制造創(chuàng)新研究所啟動了鈦合金和鋁鋰合金項目，旨在通過改進計算模型，更好地預(yù)測發(fā)動機材料性能。鈦合金項目由通用電氣航空集團和俄亥俄州立大學(xué)牽頭；鋁鋰合金項目由聯(lián)合技術(shù)研究中心牽頭。

　　新型鈹鋁合金為F-35減重降成本。洛馬公司與IBC先進合金公司等合作，開發(fā)出新型鋁鈹合金“Beralcast”，使用專門的鑄造工藝替代傳統(tǒng)的粉末冶金，打破了該材料一直以來只能粉末加工的狀況，實現(xiàn)F-35光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)萬向外殼近凈成形，預(yù)計將使制造成本節(jié)省30%～40%，并顯著縮短制造周期。

　　新型鈹鋁合金用于F-35光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)萬向外殼部件

　　新型鑄鐵材料使航空柴油發(fā)動機性能大大改善。1月，美國工程推進系統(tǒng)公司（EPS）通過采用強度更高的“緊密石墨鑄鐵”設(shè)計出緊湊、輕質(zhì)、堅固耐用的航空柴油發(fā)動機。該材料通過加入緊密的石墨顆粒對在鐵基體中實現(xiàn)互鎖，提高了強度和抗破裂性能，與普通灰口鐵和鋁合金相比，抗拉強度提高75%以上，硬度提高45%，疲勞強度增長近一倍。

EPS 將在Graflight發(fā)動機中應(yīng)用新型鑄鐵材料

　　三、特種功能材料

　　特種功能材料向可設(shè)計性、微納化、多功能化方向發(fā)展，新型隱身材料、高溫防護材料及除冰、除污、防腐等功能材料是其發(fā)展重點。

　　寬頻可調(diào)雷達(dá)吸波超材料有望助力下一代隱身戰(zhàn)機。2月，美國愛荷華州立大學(xué)利用液態(tài)鎵銦錫合金替代固態(tài)金屬制造超材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)單元——開口諧振環(huán)，研發(fā)出一種新型柔性隱身超材料。該材料吸波頻段8～11吉赫且連續(xù)可調(diào)，可將雷達(dá)截面積衰減40～60分貝，比現(xiàn)役裝備的雷達(dá)吸波材料提高100倍，為寬頻可調(diào)吸波材料研究開辟了全新技術(shù)途徑，有望大幅提高隱身性能。

美國愛荷華州立大學(xué)開發(fā)的新型柔性、可伸縮、頻段可調(diào)的隱身超材料

　　新型防冰材料除冰溫度再創(chuàng)新低。5月，在美國空軍研究實驗室等資助下，美國賴斯大學(xué)通過撕開碳納米管，發(fā)明了高導(dǎo)電石墨烯薄條帶的商業(yè)化生產(chǎn)工藝，并利用該工藝制備了具有導(dǎo)電性能的復(fù)合材料，可幫助雷達(dá)罩和玻璃除冰。直升機旋翼槳葉的涂覆試驗表明，在－20℃時，葉片上形成的冰厚約1厘米，只需將0.5瓦每平方厘米功率密度的小電壓作用于覆層，就能使熱傳導(dǎo)到表面融化冰。該覆層可為航空器、輸電線路和其他表面有效提供實時除冰，比目前在機場使用的二元醇化學(xué)品更環(huán)保。此外，美國休斯頓大學(xué)在11月開發(fā)出一種具有“磁性光滑表面”的新材料，在－34℃下可有效防冰，可用于任意表面防冰，未來有望大幅提升航空器和能源設(shè)施的防冰性能。

碳納米管條帶制成的除冰涂層在零下20℃下實驗成功

　　高溫陶瓷和超高溫陶瓷材料耐熱能力不斷打破記錄。8月，俄羅斯研究人員開發(fā)出一種基于碳化硅和二硼化鋯的陶瓷混合物所構(gòu)成的多層陶瓷結(jié)構(gòu)材料，預(yù)計能夠耐受3000℃的極端溫度的考驗，可用于提升噴氣發(fā)動機燃燒室的溫度，還能在空間飛行器再入大氣層時起到隔熱作用，或者用于制造測量發(fā)動機溫度的傳感器保護罩。12月，英帝國理工大學(xué)發(fā)現(xiàn)碳化鉭和碳化鉿材料組成的化合物（80%鉭和20%鉿）熔點可達(dá)到3905℃，其潛在應(yīng)用包括為下一代超聲速飛行器提供熱防護板，為核反應(yīng)堆提供燃料包殼等。

　　涂層材料具備自清潔、抗反射、防微生物多功能。9月，西班牙開發(fā)出一種能防微生物附著、自清潔且抗反射的涂層。該涂層的相分離性能可顯著降低微生物粘附，自清潔則是將具有疏水性能的無機硅納米粒子噴涂在丙烯酸涂層上獲得的，形成的超疏水表面還具備很好的強度和韌性。抗反射性能是通過引入多孔結(jié)構(gòu)，使涂層的有效反射率低于基材實現(xiàn)的；同時，為了降低孔結(jié)構(gòu)對涂層機械性能的影響，研究人員確定了最佳的孔隙率范圍。目前該多功能涂層的研究仍在早期實驗室研究階段，距離實際應(yīng)用還較遠(yuǎn)。

　　新的碳熱沉材料升級美國空軍剎車和輪胎。8月，美國聯(lián)合技術(shù)公司開始為美國空軍475架F-15戰(zhàn)斗機提供首批新的輪胎和剎車。新碳剎車采用DURACARB專利碳熱沉材料，比目前的剎車壽命長4倍；新的輪胎采用無螺栓鎖環(huán)設(shè)計，大幅降低維修時間和成本，并減少部件數(shù)量。

　　四、電子信息功能材料

　　電子信息功能材料向低尺度、小型化方向發(fā)展，氮化鎵半導(dǎo)體材料和鎵液態(tài)金屬合金是其發(fā)展重點。

　　二維氮化鎵半導(dǎo)體材料實現(xiàn)超寬帶隙。8月，美國賓夕法尼亞州立大學(xué)材料科學(xué)家采用石墨烯封裝的方法，利用遷移增強封裝生長技術(shù)，將鎵原子添加到兩層石墨烯之間，然后加入氮氣引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，生成封裝在石墨烯中的超薄片層氮化鎵，首次合成二維氮化鎵材料。這種材料具有優(yōu)異電子性能和強度，將對電子行業(yè)產(chǎn)生變革性影響。其二維的扁平化結(jié)構(gòu)使得氮化鎵變成超寬帶隙半導(dǎo)體，具備更高的增壓性能；表面的石墨烯則會提升材料全光譜下的工作性能；而且，材料制備過程也改變了其晶體結(jié)構(gòu)，使其具有新的電子學(xué)應(yīng)用前景。

利用外延石墨烯封裝合成二維氮化鎵

　　鎵液態(tài)金屬合金的研究有望革新美國空軍的集成電子電路系統(tǒng)及天線的效率。5月，美國空軍披露其正在進行的鎵液態(tài)金屬合金GaLMA傳統(tǒng)射頻電子研究。鎵液態(tài)金屬合金GaLMA由液態(tài)金屬、鎵及其他導(dǎo)電金屬組成，具有輕質(zhì)、構(gòu)型可變的特點，對于尺寸、重量和功率受限的平臺有重要意義，可延長飛行時間、提高負(fù)載能力、減少飛機傳統(tǒng)射頻結(jié)構(gòu)造成的空氣動力學(xué)阻力。該項技術(shù)不僅可用于通信，還可用于情報、監(jiān)視與偵察。

　　日本首次開發(fā)出室溫條件下透明強磁性材料。10月，日本研究人員開發(fā)出一種透明強磁性納米顆粒薄膜材料，由納米級磁性金屬顆粒鐵鈷合金和絕緣物質(zhì)氟化鋁混合制成，有望用于在航空器擋風(fēng)玻璃上直接顯示油量、地圖等信息的新一代透明磁性設(shè)備，為包括電、磁及光學(xué)設(shè)備在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)帶來革新性的技術(shù)發(fā)展。

　　Kymeta公司超材料天線已應(yīng)用于美國軍方。3月，Kymeta公司表示該公司的mTenna超材料天線已進入軍工市場。mTenna天線能夠自動校準(zhǔn)，在飛行中調(diào)整對電磁波的接收，其制造工藝類似于液晶顯示器或智能手機玻璃屏幕，成本僅為1.5萬～2.5萬美元，顯著低于相控陣天線。此外，該天線僅消耗10瓦的功率，收發(fā)合置，重約18千克，可單人攜帶。

　　便于攜帶的mTenna超材料天線

　　五、結(jié)束語

　　2016年，碳纖維、鈹鋁合金、陶瓷耐熱材料等關(guān)鍵材料技術(shù)領(lǐng)域不斷突破技術(shù)瓶頸，性能大幅提升；鎵液態(tài)金屬合金、超材料、石墨烯等前沿材料技術(shù)也加快原理驗證和應(yīng)用研究步伐，快速走向工程應(yīng)用。展望2017年，國外航空材料技術(shù)將繼續(xù)保持飛速發(fā)展的勢頭，不斷推陳出新，為航空武器裝備提供更有力的支撐。

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