0 引言
1 飞机结构材料
飞机的性能与材料性能密切相关，“一代材料，一代飞机”是对飞机与材料相互依存、相互促进紧密关系的真实写照，材料的发展进步为飞机的结构设计提供了更多的可性能，而更多样、更先进的飞机设计又对材料提出了更高的要求，材料的性能在很大程度上决定了飞机的性能、重量、可靠性、寿命、成本等一系列要素，而军用飞机更具有使用环境多样、服役环境苛刻等特点，这都这些都对飞机使用的材料与制造技术提出了很高的要求。
在过去一百年来，飞机制造常用结构材料是铝合金、钛合金等金属合金，它们具有强度高、耐腐蚀、密度低等多种优点，而随着化学技术的发展，先进复合材料成为了飞机结构材料新的选择。
复合材料通常是指由两种或多种材料复合而成的一种多相材料，应用于飞机制造领域的复合材料相比于传统材料通常具有强度高、重量轻、隐身性和抗腐蚀性能强等优点，如碳纤维增强聚合物（CFRP），相对于铝合金具有极高的比强度与比刚度（材料单位质量所具有的强度与刚度），同铝合金相比，用碳纤维复合材料制造的飞机结构，减重效果可达20％～40％[1]。
在近年来，飞机制造领域对复合材料制造的零件的使用率也在不断提高。以波音系列飞机为例，最开始的波音757/767复合材料占比4%，到波音777复合材料占比12%，最新的波音787复合材料使用率则达到了惊人的50%以上[2]（图2），相对于传统的铝合金材料与钢铁，凭借较小的密度与更好的比强度与比刚度，在不影响飞机整体性能的情况下，复合材料的使用大大降低了飞机的结构重量，显著降低了飞机的燃油消耗与维护成本，提升了整体经济效益。
图1. 波音787使用材料结构图
2 飞机隐身材料
在飞机功能材料领域，化学的发展不断推动其创新进程。自海湾战争时期F-117“夜莺”攻击机凭借其隐身性能崭露头角以来，世界各国均致力于提升战斗机的隐身技术水平。当前，优化飞机外形结构设计以及应用吸波材料，是提升飞机隐身性能的两项关键技术。
吸波材料通过吸收入射电磁波，并将其在材料内部转化为热能等其他形式能量，进而降低雷达回波强度，实现飞机隐身效果。传统的雷达吸波材料主要包括电阻损耗型、电介质损耗型以及磁损耗型。其中，电介质损耗型吸波材料依靠介质内部的电子极化、离子极化、分子极化或界面极化等弛豫衰减机制，实现对电磁波的有效吸收。这类材料常包含碳化硅、钛酸钡等[3]。例如诺斯罗普·格鲁曼公司制造的B-2“幽灵”轰炸机（图3），其机身主要由碳-石墨复合材料制成，这种坚固但轻便的复合材料能够吸收大量雷达能量，是B-2轰炸机独特的飞翼布局构型以外另一个重要的隐身原理。
图2. B-2“幽灵”轰炸机
（图源自：
（https://www.northropgrumman.com/what-we-do/air/b-2-stealth-bomber/b-2-spirit-media-gallery））
3 飞机发动机材料
发动机是飞机的“心脏”，其性能的优劣制约着飞机的能力，如图4为AL31“土星”发动机，曾为我国航空工业发展发挥了巨大作用。发动机性能的提高与所使用的耐高温结构材料密切相关。随着化学技术的不断发展，新型的发动机材料不断涌现，为航空工业的创新发展提供了有力支撑。
高温合金是飞机发动机制造中不可或缺的材料，在现代先进的航空发动机中，高温合金占发动机总重量的40%～60%，对保证发动机安全运行有极大的作用。它能够承受极端高温和高压环境，保证发动机的稳定运行。传统的镍基和钴基高温合金[5]在发动机制造中发挥了重要作用，近些年来，新型的铱-铼高温合金[6]逐渐崭露头角，其具有更高的熔点和更好的抗氧化性能，能够满足更高温度和更苛刻环境下的使用要求。
此外，金属间化合物也是一种潜力巨大的材料，它是合金中除固溶体之外的第二类重要合金，是介于金属合金和陶瓷之间的一类材料,与陶瓷相比具有较低的脆性,与金属相比又具有较高的熔点温度[7]。现在已知的金属间化合物中熔点超过1500℃的就有300多种，但目前金属间化合物的一般使用温度仅为900～1100℃,远没有达到超高温的范畴[8],但相信随着对金属间化合物研究的深入，在不久的将来便会有金属间化合物作为优良的耐高温材料使用。
图3. AL-31“土星”发动机
（图源自：（https://en.wikipedia.org/wiki/Saturn_AL-31））
4 结语
飞机制造和材料科学领域的进步紧密相连，化学技术的持续发展为飞机制造提供了源源不断的创新动力。从传统的金属合金到先进的复合材料，再到隐身材料和耐高温材料的不断突破，飞机制造材料正逐步向更高性能、更轻量化和更稳定的方向发展。
化学技术的发展为飞机制造领域带来了革命性的变革，推动了飞机制造材料的不断创新与升级。未来，随着科技的不断进步和应用领域的不断拓展，飞机制造材料将继续发挥其关键作用，推动航空工业的持续发展与进步。
参考文献：
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