伴隨高新材料技術(shù)的發(fā)展，各種先進(jìn)材料在航空工業(yè)中應(yīng)用越來越廣泛。飛機(jī)結(jié)構(gòu)必須要有足夠的強(qiáng)度、剛度和抗疲勞的能力，且總質(zhì)量在滿足各條件下最小。

對于軍用飛機(jī)來說，還要考慮其生存力及其他特殊性能。而材料的選擇，是滿足這些條件的最主要因素之一。

金屬基復(fù)合材料

金屬基復(fù)合材料，是以金屬或合金為基體，含有一種或數(shù)種金屬或非金屬增強(qiáng)體成分的復(fù)合材料。鋁、鎂、鈦是金屬基復(fù)合材料的主要基體，而增強(qiáng)材料一般主要為纖維、顆粒和晶須三類。

其中鋁基復(fù)合材料的研究和應(yīng)用最為廣泛，早在20世紀(jì)80年代，洛克希德·馬丁公司將DWA復(fù)合材料公司生產(chǎn)25%SiCp/6061Al復(fù)合材料用作飛機(jī)上承放電子設(shè)備的支架，其剛度比原用的7075鋁合金約高65%。

近年來，以顆粒增強(qiáng)鋁為代表的金屬基復(fù)合材料作為主承載結(jié)構(gòu)件，在先進(jìn)飛機(jī)上獲得廣泛應(yīng)用。DWA復(fù)合材料公司與洛克希德·馬丁公司及空軍合作，將粉末冶金法制備的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基6092Al復(fù)合材料，用于F-16戰(zhàn)斗機(jī)的腹鰭，代替了原有的2214鋁合金蒙皮，剛度提高50%，壽命提高17倍，可以大幅度減少檢修次數(shù)，節(jié)約檢修費用，并使飛機(jī)的機(jī)動性能得到提高。F-18戰(zhàn)斗機(jī)上采用碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，作為液壓制動器缸體，與替代材料鋁青銅相比，不僅凈質(zhì)量減小，熱膨脹系數(shù)降低，而且疲勞極限還提高1倍以上。

F-16戰(zhàn)隼戰(zhàn)斗機(jī)

在直升機(jī)上的應(yīng)用方面，英國航天金屬基復(fù)合材料公司采用高能球磨粉末冶金法制備除了高剛度、耐疲勞的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，用該種材料制造的直升機(jī)旋翼系統(tǒng)連接用模鍛件，已成功地用于歐直公司生產(chǎn)的N4及EC-120新型直升機(jī)，其應(yīng)用效果：與鋁合金相比，構(gòu)件的剛度提高約30%，壽命提高約5%；與鈦合金相比，構(gòu)件重量下降約25%。

EC-120直升機(jī)

金屬基復(fù)合材料把金屬良好的韌性、延展性、容易成形和強(qiáng)度高的優(yōu)點與陶瓷的高硬度耐燒蝕和重量輕的優(yōu)點結(jié)合在一起，形成一種嶄新的材料。它既克服了陶瓷的脆性和不能抗彈丸多次打擊的缺點，又彌補(bǔ)了金屬硬度不夠和較重的缺點，具有優(yōu)良的抗彈性能。人們可以根據(jù)需要，制造出金屬和陶瓷成分無限變化的金屬基復(fù)合材料。

在多數(shù)金屬基復(fù)合材料中，陶瓷都是作為增強(qiáng)物，含量按體積通常在30%以下。在有些復(fù)合材料中，陶瓷含量高達(dá)80%。比如，美國空軍飛機(jī)C-130的防彈裝甲是用鋁/碳化硼復(fù)合材料制造的。按體積，鋁的含量約25%-30%，碳化硼的含量約70%-75%，這種裝甲的密度僅2.6克/cm，能夠使每架C-130飛機(jī)的重量減輕約1365kg，但裝甲的防彈性能卻比迄今使用的鋁/碳化硅和鋁/氧化鋁裝甲復(fù)合材料高。

碳纖維復(fù)合材料

碳纖維是纖維狀的碳素材料，含碳量在90%以上，力學(xué)性能優(yōu)異，具有低密度、耐高溫、耐腐蝕、耐摩擦、導(dǎo)電導(dǎo)熱性、電磁屏蔽性等優(yōu)良性能，被廣泛應(yīng)用于軍事及民用工業(yè)的各個領(lǐng)域。碳纖維復(fù)合材料主要有碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料和碳-碳復(fù)合材料。

碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料是生產(chǎn)武器裝備的重要材料。在戰(zhàn)斗機(jī)和直升機(jī)上，碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于戰(zhàn)機(jī)主機(jī)構(gòu)、次結(jié)構(gòu)件和戰(zhàn)機(jī)特殊部位的特種功能部件。

國外將碳纖維/環(huán)氧和碳纖維/雙馬復(fù)合材料應(yīng)用在戰(zhàn)機(jī)機(jī)身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位，起到了明顯的減重作用，大大提高了抗疲勞、耐腐蝕等性能，數(shù)據(jù)顯示采用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的前機(jī)身段，可比金屬結(jié)構(gòu)減輕質(zhì)量31.5%，減少零件61.5%，減少緊固件61.3%，復(fù)合材料垂直安定面可減輕質(zhì)量32.24%。用軍機(jī)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能的重要指標(biāo)——結(jié)構(gòu)重量系數(shù)來衡量，國外第四代軍機(jī)的結(jié)構(gòu)重量系數(shù)已達(dá)到27%-28%。

未來以F-22為目標(biāo)的背景機(jī)復(fù)合材料用量比例需求為35%左右，其中碳纖維復(fù)合材料將成為主體材料。國外一些輕型飛機(jī)和無人架勢飛機(jī)，已實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料化。目前主要使用的是T300級和T700級小絲束碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料。

美國在殲擊機(jī)和戰(zhàn)斗機(jī)上大量使用復(fù)合材料：F-22的結(jié)構(gòu)重量系數(shù)為27.8%，先進(jìn)復(fù)合材料的用量已達(dá)到25%以上，軍用直升機(jī)用量達(dá)到50%以上。八十年代初美國生產(chǎn)的單人架勢的“星舟”輕型機(jī)，結(jié)構(gòu)質(zhì)量約1800kg，其中復(fù)合材料用量超過1200kg。1986年美生產(chǎn)的“旅行者”號輕型飛機(jī)，其90%以上的結(jié)構(gòu)采用了碳纖維符合材料，創(chuàng)下了不著陸連續(xù)九天進(jìn)行環(huán)球飛行的世界記錄。

中國某型號飛機(jī)也大量采用了碳纖維復(fù)合材料，性能得到大幅提升，該機(jī)的攻擊威力具備了第三代戰(zhàn)機(jī)的特點。

B-2幽靈隱形轟炸機(jī)

由于碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料不但是輕質(zhì)高強(qiáng)的結(jié)構(gòu)材料，還具有隱身的重要功能，如CF/PEEK或CF/PPS具有極好的寬峰吸收性能，能有效地吸收雷達(dá)波。美國已用來制造最新型的隱型轟炸機(jī)。

美國的P-22超音速飛機(jī)的主要結(jié)構(gòu)就是采用了中等模量的碳纖維增強(qiáng)的特種工程塑料。幻影Ⅲ戰(zhàn)斗機(jī)的減速降落傘蓋和彈射裝置也由這種材料制成。已成功地用于飛機(jī)的肋條、蒙皮及一些連接件、緊固件等雷達(dá)波的吸收。B-2隱型轟炸機(jī)的機(jī)身基材、F117A隱型飛機(jī)的局部也都采用了碳纖維改性的高分子吸波材料。

碳-碳復(fù)合材料是由碳纖維增強(qiáng)劑與碳基體組成的復(fù)合材料，強(qiáng)度高，抗熱震性好，耐燒蝕性強(qiáng)，在軍用飛機(jī)上，主要用于超音速飛機(jī)的剎車片。

超高強(qiáng)度鋼

由于鈦合金和復(fù)合材料在飛機(jī)上應(yīng)用的擴(kuò)大，鋼在飛機(jī)上用量有所減少，但是飛機(jī)的關(guān)鍵承力構(gòu)件，仍采用超高強(qiáng)度鋼制造。

超高強(qiáng)度鋼是屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別超過1200MPa和1400MPa的鋼，是為了滿足飛機(jī)結(jié)構(gòu)上要求高比強(qiáng)度的材料而研究和開發(fā)的。目前，在國際上有代表性的低合金超高強(qiáng)度鋼300M，是典型的飛機(jī)起落架用鋼。該材料是在仿美國4340基礎(chǔ)上添加Si、Mo、V而發(fā)展起來的超高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)鋼，具有良好的抗疲勞性能、斷裂韌性和抗腐蝕性能，用于長壽命、高可靠性起落架，使之與飛機(jī)機(jī)體同壽命。我國某型號殲擊機(jī)也應(yīng)用了該種低合金超高強(qiáng)度鋼。

超高強(qiáng)度鋼的發(fā)展趨勢，是在保證超高強(qiáng)度的同時，不斷提高韌性和抗應(yīng)力腐蝕能力。

其他先進(jìn)材料

在軍機(jī)上還應(yīng)用有其他的先進(jìn)材料，如陶瓷基復(fù)合材料、功能復(fù)合材料等。

陶瓷基層狀復(fù)合材料具有獨特的力學(xué)性能和抗破壞能力，主要用于制作飛機(jī)燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)噴嘴閥，在提高發(fā)動機(jī)的推重比和降低燃料消耗方面具有重要的作用。

氧化鋁纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料可用作超音速飛機(jī)、火箭發(fā)動機(jī)噴管和墊圈材料。

碳化硅纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料可作為高溫?zé)峤粨Q器、燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室材料。陶瓷基復(fù)合材料是未來高推重比發(fā)動機(jī)渦輪及燃燒系統(tǒng)的首選材料，如用于F-119發(fā)動機(jī)矢量噴管的內(nèi)壁板等。

功能復(fù)合材料是指除力學(xué)性能以外還提供其他物理性能并包括化學(xué)和生物性能的復(fù)合材料，如隱身性、智能性等，美國的F-117戰(zhàn)斗機(jī)采用隱身材料，機(jī)身機(jī)翼和V型垂尾外表面貼吸波薄板或鐵氧體復(fù)合涂層，起到很好的隱身效果。智能材料是把傳感器、致動器、光電器件和微型處理機(jī)等埋在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中，具有感知周圍環(huán)境變化，針對這種變化具有自診斷功能、自適應(yīng)功能、自修復(fù)自愈合功能，且具有自決策功能的復(fù)合材料，可用于制作飛機(jī)上的傳感元件、處理元件和驅(qū)動元件。

F-117夜鷹戰(zhàn)斗機(jī)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，新材料的性能會不斷得到提升或更多的先進(jìn)材料不斷地被研制出來，軍用飛機(jī)上會不斷地應(yīng)用更多的各種性能優(yōu)異的先進(jìn)材料，從而是飛機(jī)的各項性能進(jìn)一步優(yōu)化和提升。