一部献给中国航空事业的专著

cygnet · 发表于 2008-6-15 09:41:55

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一部献给中国航空事业的专著

———祝贺《中国航空材料手册》问世

师昌绪

　　编者按:我国航空材料经历了从无到有，从小到大，从研制到批量生产的发展历程，经过几十年的不懈努力，今天己具有相当的规模和较高的水平。在《中国航空材料手册》二版问世之际，我们特邀请了我国老一辈著名的材料科学家、两院院士师昌绪先生撰写此文，以祝贺《中国航空材料手册》二版出版，并对为发展中国航空材料作出贡献的人们表示衷心的感谢。
《中国航空材料手册》10卷本第二版问世了，这是我国航空技术界的一件大事，它对我国航空技术的发展必将发挥重要作用，对此，我表示祝贺。
　　大家知道，材料是现代科学技术发展和经济建设的重要支柱，材料对于增强国防能力和国际竞争力起着决定性作用，所以世界各国都把材料研究列入本国的关键技术计划。就航空来说，材料是航空工业实现现代化的物质基础，先进的飞机和发动机设计方案，必须有相应的航空材料和精湛的制造技术方能实现。有资料表明，飞机性能的提高，发动机性能的改善，在很大程度上受材料的制约。因此，材料在航空工业中的位置就不言而喻了。航空材料品种繁多，涉及范围广泛，性能要求高，可靠性要求严格，又要易于加工，成本也不能太高，这对材料科学工作者来说，既是一个机遇，又是一个挑战。早在半个世纪以前，我就从事航空用超高强度钢的研究，为300M超高强度钢的设计，提供依据；而后又长期从事高温合金的研究与开发，深知一种新型材料从研究到应用，少则几年，多则十几年；即使一种在市面已流通多年的传统材料，用于航空也要有特殊的规定。《中国航空材料手册》（二版）共收入2188个材料牌号，这是材料界的一项宏伟工程。对此，我感到格外亲切和高兴，使我不禁想起我国航空工业从无到有、到壮大所走过的艰辛历程。为此，我以较大的篇幅讨论我国航空材料的发展历史，以飨来者，而后才谈及《手册》本身。　　（一）我国航空材料发展的艰辛历程 　　1领导重视，组织得力，有一个良好的起步　　早在1950年底，周恩来总理在一次研究中国航空工业建设问题的会议上指出：“中国航空工业的建设道路，要从中国的实际出发，先修理后制造，再发展到自行设计。原则是由小到大，在设计修理厂时，就要考虑到日后转变为制造厂的安排和部署，同时，争取苏联帮助我们建设航空工业。”在这一方针指引下，航空工业获得了迅速发展。　　新中国航空工业在创建初期，国家的基础工业极其薄弱，尽管当时所用的材料可以从苏联进口。但从建设独立自主的完整的航空工业出发，国家领导人十分注意航空材料生产立足国内，如1952年4月，中央财经委副主任李富春召集会议专门研究航空工业走上自行制造所需解决的问题，陈云副总理到会明确指出：“走向飞机制造最困难的是技术人员和原材料问题。如果原材料不能立足国内，那才是最大的困难。”根据这一论断，国家重点安排了航空材料生产基地，并促进了航空材料研究机构的建立。　　我国第一个五年计划期间，由冶金、化工、机械、纺织、轻工等工业部门直接组织，挑选了一批设备和技术力量都比较好的企业，承担航空材料的试制生产。陈云副总理率领冶金工业部部长王鹤寿到抚顺、沈阳等地现场研究解决高温合金的试制问题。决定把抚顺钢厂扩建成第一个高温合金生产基地；把沈阳橡胶四、五厂建成航空橡胶制品基地；把锦西化工厂建成航空有机玻璃生产基地；把沈阳橡胶三厂、天津油漆厂分别改建为飞机轮胎和航空油漆生产基地；以上海化纤厂为主，与有关厂组成一条龙生产线，成为航空伞用特纺材料的生产基地等等。在改造和扩建以上老企业的同时，国家还投资兴建了一批以承制航空材料为主要任务的大型企业，如哈尔滨铝合金加工厂、鞍钢第二冷拔无缝钢管厂等。　　随着以上企业的建成，航空材料的自给率显著提高。如在哈尔滨铝合金加工厂组成了以该厂副厂长韩彬为组长和以航空工业局冶金科科长刘多朴为副组长的航空铝合金材料试制组，经过近一年的努力，试制成功了近20个牌号的板材、棒材、型材、管材和丝材，满足了航空工业使用的90％变型铝合金。鞍钢第二冷拔钢管厂投产后，航空工业所需管材的93％得到了解决。当时，我国成批生产的初教5飞机、М11ФР发动机和歼5飞机、涡喷5发动机所需原材料的自给率分别达到98％、96％、81％和78％。　　1956年3月，由抚顺钢厂、鞍山钢铁公司、钢铁工业试验所（钢铁研究院前身）、沈阳发动机厂和航空材料研究所共同试制我国第一个高温合金ЭИ435,并成立了以冶金部刘彬副部长、钢铁局李振南副局长为正副组长的领导小组，苏联专家朱也夫等参加指导。两次试制都告失败。同年6月试制过程中，强化了脱氧制度，才轧出板坯，送鞍山冷轧出板材，在沈阳发动机厂制成火焰筒，1957年在涡喷5发动机上通过了长期试车，至此，宣告我国第一个高温合金试制成功。因当时未及时成批生产，直到中苏关系恶化，1960年正式投产，但在成批生产后，又发现板材焊接性能不稳定，火焰筒出现裂纹。为排除故障，1961年组成工作组，由航空材料研究所吴世德和钢铁研究院傅宏镇负责，在吴峰桥、荣科、师昌绪、颜鸣皋、吴世泽等专家指导下，经过顽强努力，解决了一个又一个技术关键，于1962年合金质量问题终被攻克。这一事实，使我们深刻认识到，试制一个合金，只简单地达到技术条件的要求远远不够，还必须经过批量生产，掌握合金的生产工艺，经过严格考验，才算成功。这也为以后研制高温合金积累了经验。　　以上是航空工业创建初期，为解决航空材料立足于国内而改建和扩建的第一批航空材料试制生产基地，正是由于这些企业的艰苦努力，及有关人员的积极配合，保证了我国飞机和发动机试制工作的顺利进行。　　2自力更生，大力协同，千方百计，保证航空材料供应　　为适应航空工业的需要，把航空材料研究所的建设列入苏联援建重点156项之一，在苏联专家指导下，于1956年正式成立。同时各工业部门和中国科学院对新材料的研究与开发也予以加强。如中国科学院金属研究所由以为钢铁服务为主，1957年转向新材料、新技术研究与开发；冶金部钢铁工业试验所、有色金属研究所的科技力量大大加强而改为北京钢铁研究院、北京有色金属研究院，主要从事新材料、新技术的研究与开发。此外，上海钢铁研究所、锦西化工研究院、北京化工研究院、北京橡胶研究院、长春应用化学研究所等单位也都开展了有关航空材料研究与开发工作。同时，还陆续兴建了一批材料生产或加工基地，如上海钢铁三厂、上海钢铁五厂、长城钢厂、大连钢厂、东北铝加工厂、西南铝加工厂、一坪化工厂、晨光化工厂、德阳二重等。还有高等院校，如北京航空学院、西北工业大学、北京钢铁学院、南京航空学院、上海交通大学等，除培养材料技术人员外，还承担了许多科研任务。北京钢铁学院及东北工学院成立了高温合金和精密合金等专业。　　1960年，前苏联中断新材料的供应，中共中央、中央军委分别召开专门会议，决定组织全国力量，全面解决航空材料的供应问题。薄一波副总理到抚顺钢厂，研究安排高温合金的试制生产，并由冶金部以104号专案任务，紧急下达鞍山钢铁公司、抚顺钢厂等全国10大钢厂共同完成各项任务。为解决歼6飞机所需关键材料，1961年又下达了105号专案任务。为了完成高温合金研制任务，成立了由冶金部钢铁司司长刘伯乐、航空工业局副局长方致远、钢铁研究院副院长吴峰桥、航空材料研究所所长魏祖冶等组成的试制协调小组，组织钢铁研究院、航空材料研究所、中国科学院金属研究所、抚顺钢厂和沈阳发动机厂协同攻关。经4年多的不懈努力，终于掌握了高温合金的冶炼、轧制、模锻等工艺，取得了成功。至1965年，航空工业所需的高温合金满足了需求。　　为了突破高温合金的关键，冶金部在抚顺钢厂、齐齐哈尔钢厂、大冶钢厂和上海钢铁五厂、重庆102厂建立了真空冶炼炉和电渣冶炼炉。为了解决高温合金原料问题，加速甘肃镍矿的建设，改造了上海冶炼厂以承担金属镍的提纯。第一机械工业部副部长、著名机械工程专家沈鸿亲自抓高温合金冷轧机的制造。　　在此期间，冶金、机械等部门在马鞍山、德阳、重庆建立了大型锻压和轧制加工基地，解决了航空大型锻件和铝加工问题；在西南建立了长城钢厂作为特殊钢的生产基地之一。化工部的科研生产部门，在航空材料研究所配合下，研制成功了多种航空非金属材料，如密封材料系列、橡胶材料、飞机座舱玻璃（定向拉伸有机玻璃）等。与此同时，石化科学院在侯祥麟院长主持下，利用国产原油成功地试制出各种航空用油品。　　到1965年，批量生产的歼6飞机所需的12319项原材料和直5所需的9019项原材料，全部由我国756家厂、所提供。我国自行设计的高空高速歼击机歼8所用整体壁板、耐高温透明材料、氟塑料高压软管、金属软管等关键材料也都是靠自力更生，全国各单位大力协同解决的。　　应该指出：为了体现全国的大力协同，于1963年，专门成立了全国性的航空材料专业组，集中以金属研究所所长李薰为首的20多位知名专家，研究制订航空材料立足于国内的规划。专业组组长李薰，副组长吴峰桥、魏祖冶、陶涛、荣科、吴云书；成员有严东生、师昌绪、李东英、何欧里、钱人元、侯祥麟、高怀恩、雷廷权、贝有为、李光舟、谭庆林、华寿俊、范棠、颜鸣皋、何学伦、于清渠、张宝昌、杨光启、柳大纲、柯俊、周志宏，秘书刘多朴。经过深入讨论，制订了《1963~1972年航空材料科学十年发展规划》，并报国家科委和国防科委，纳入国家计划。令人遗憾的是，十年浩劫开始后，专业组被迫停止了工作。　　3利用国产资源，开发我国航空材料　　新中国建国初期，冶炼高温合金的镍、铬奇缺，又受到国际严密封锁。所以1957年中国科学院金属研究所高温合金组工作一开始，便提出我国应开展以铁基代镍基高温合金及稀土金属在高温合金中的作用两个研究课题，并分析了当时镍基高温合金用量最大的是ЭИ437Б（GH33），于是与抚顺钢厂合作设计出808合金（GH135），并轧成棒材，模锻出涡轮叶片，但在试车过程中发生了共振而告失败。随后，北京钢研院和上海钢研所分别开发出可代ЭИ617作为涡轮叶片的红星13（GH130）及JF43（GH302），虽然都通过了长期试车，但没有真正代替ЭИ617作为叶片用于发动机，却广泛用做增压器等部件材料。由于20世纪60年代初我国最常用的ЭИ481（GH36）涡轮盘经常出现故障，困惑着从事高温合金研究的科技人员，于是用于叶片失败的808合金又转向涡轮盘；在北京钢铁学院主持下又开发出美国常用的两个涡轮盘牌号A286（GH132）及V57（GH136），为了解决引进斯贝发动机的需求，又组织全国力量试制了Incoloy901（GH109）。根据《中国高温合金40年》（师昌绪、陆达、荣科主编）（1996）的统计，我国开发了30多种铁基高温合金，其中18种为独创。GH135（808）作为棒、盘材料起到开路先锋作用，而GH140（GR2）作为板材在我国开发的所有铁基高温合金中最富成效。

cygnet · 发表于 2008-6-15 09:42:38

　　上世纪60年代初，为解决GH135的冶炼、铸锭（点偏）、加热（炸裂）、锻造（温度区间太窄）大量技术难题；特别在切削和拉削过程中，不但要选用与加工镍基合金不同的刀具，而且还要探索合适的加工参数，这些都是在厂（抚顺钢厂、沈阳发动机厂）所（中科院金属所）密切合作下完成的。文化大革命期间，高温合金生产秩序几乎失控，GH135盘坯出现严重点偏，为此，我曾南到南方航空动力机械厂，北到东安发动机厂解决可供使用的点偏标准问题，那时我刚刚被“解放”不久。据不完全统计，从1966~1973年用于不同型号的发动机上千台，并有300台出口国外。1973年以后为性能更好的镍基合金GH33A所代替，因此，GH135在《手册》二版中不再列入。目前我国镍矿已大规模开发，国际镍市场也对中国开放，高温合金用镍得到满足。

　　GH140（GR2）是航空材料研究所于1958年开始研究的我国第一个板材铁基高温合金。它是以ЭИ703合金为基础，利用我国富有的钨、钼、铝、钛元素对合金进行综合强化，经过多项试验研究，突破冶炼和变形两个难关，确定了合金的基础成分后，与抚顺钢厂、鞍山钢铁公司、沈阳发动机厂合作，进行半工业性扩大试验，制成涡喷6发动机火焰筒，经二次长期试车考验。1962年在抚顺钢厂进行工业性扩大试验，克服了“重皮”和晶粒度偏大的问题。1966年生产定型，并逐步扩大在10多种发动机和飞机上使用，材料品种有薄板、中板、棒材、热轧管、冷拔管、丝材、环形件、锻件等。目前几乎所有特钢厂都能生产这种合金，成为我国航空工业使用最广，生产量最大的高温合金牌号之一。截止到1977年，各钢厂累计生产7,000余吨，节镍3,000多吨。

　　在节镍指导思想下，国内开发出多种节镍铬不锈钢、耐热钢和低合金高强度钢。航空材料研究所与西北工业大学合作开发出无镍的18CrMn2SiMoBA（GC11）低合金高强度钢作为飞机承力框架结构材料，在沈阳发动机厂、南昌飞机厂等单位推广，历时35载，解决了多项技术关键，如李薰亲临现场发现氢脆问题并提出解决方案，为此曾得到周总理及叶剑英元帅的接见。

　　钛是重要的航空航天材料，我国资源丰富。所以1956年钛的研究与开发列入了《我国12年科技规划》。因而冶金部很快建立了海绵钛及钛的生产基地（抚顺301厂、苏家屯有色加工厂）。航空材料研究所建所之初就组建了以颜鸣皋为首的钛合金研究室，从建立设备开始，于1958年炼出了第一个用于研究的钛合金锭。与此同时，冶金部有色金属研究院、上海钢研所及中科院上海冶金所等单位也都开展了钛合金的研究工作。

　　1965年航材所与有关科研院所、钢厂及航空发动机厂研制成功钛合金中用量最大的TC4（Ti－6Al－4V），用于涡喷6发动机压气机盘及叶片。1979年航空材料研究所与上海钢铁五厂、北京有色金属研究院等单位合作在原苏联BT9的基础上开发出了用于500℃的高温钛合金，他们采用先进铸锭工艺，解决了偏析问题，采用高低温交替锻造工艺，解决了大锻件组织不均匀的难题，综合性能超过国外同类产品水平。作为盘件材料用于多种型号发动机。

　　4与时俱进铸造高温合金及精密铸造工艺取得令人瞩目的成就

　　上世纪50年代末，我国提出“以铸代锻”的战略方针。航空材料研究所荣科副所长在这方面做出了突出贡献。在他的指导下，航材所开发出在前苏联已定型的铸造铁基高温合金（K11、K14）及铸造镍基高温合金（K1、K3），采用精密铸造工艺，制成形状复杂的导向叶片和涡轮叶片，用于涡喷发动机。要强调指出的是荣科协助各航空发动机厂建立了精铸车间，发展精铸工艺，为我国铸造合金的应用创造了条件。

　　关于铸造涡轮叶片材料，早在“大跃进”期间“东风113”航空发动机方案提出以后，国内航空材料界给予极大的关注，据我了解，钢研院孙国英设计了511合金，金属所则设计了539合金，都比当时苏联最高牌号ЭИ929有更高的高温性能。但变形十分困难，因而我提出利用苏家屯有色金属加工厂1200吨挤压机挤成棒材，并提出包套挤压工艺，虽然得出了棒材，但是毕竟设备吨位太小，难以满足要求。于是金属所便利用1957年从瑞士进口的5kg真空感应炉开展精密铸造高温合金的研究，最后确定了一个不含钴而性能与当时国际水平相当的916合金，尽管从高温强度或塑性来看都不亚于正在开发的变形合金，但是当时工厂不具备生产条件，只好作罢，这应该算是我国第一个铸造涡轮叶片用镍基高温合金，合金虽然没有得到应用，但推动了我国真空冶炼和真空精铸工艺和真空感应炉的发展。1962年为使我国直升机能飞入西藏上空，又仿制了当时美国最成熟的铸造合金IN100（M17,K417）作增压器，航空材料研究所及钢铁研究院于1965年前后开发K5、K6及仿IN713C的K18。这就是早期我国铸造镍基高温合金发展的一段历史。从中可以看出，一方面需求牵引十分重要，另一方面知识储备（确切的说是人才储备）、技术储备与装备储备是完成急需任务最重要的条件。

　　20世纪60年代初，荣科调入航空研究院总工程师室，主持航空材料和航空工艺开发工作，仍继续潜心于精密铸造工艺研究。1964年5月，航空研究院在沈阳召开新机座谈会。高空高速歼8飞机总设计师黄志千提出用2台改进型涡喷7发动机作为歼8双发方案，与会者认为在一年内完成发动机改型没有把握，会议陷入僵局。荣科提出把实心涡轮叶片改为空心叶片，用强制冷却提高涡轮前温度100℃的方案。代表们说：“老荣高见！那要看你能不能在一年内拿出气冷涡轮叶片了！”荣科缜密思考，研究空心涡轮叶片虽然难度大，有相当的风险，但我们已有一支水平不低的队伍，也有一定的科学技术储备，如中科院金属所研制的铸造高温合金M－17（K417）和沈阳发动机厂的熔模制造工艺。如以沈阳能实现设计－材料－制造一体化的方案，就有可能在一年内完成空心叶片任务。他便向与会代表立下“军令状”，“如果不能在一年内拿下空心涡轮叶片，我愿把自己的脑袋挂在设计所的大门口示众”（见荣科：“空心叶片攻关记，中国航空40年154－156”）。当日晚饭后，荣科便驱车来到金属所向我交了底，次日征得李薰所长及党委高景之书记的同意，并组成数十人的专题组（称AB－1组），航空研究院科技部黄锡川部长在金属所召开的上千人大会上做了动员报告，由金属所、606所及沈阳发动机厂组成了任务组，在金属所简陋的铸造实验室开展了探索性的研究工作，荣科教授数次来沈亲临指导和协调。在探索过程中，首先遇到的难题是型芯材料的选择，因在近100毫米长的叶身中，要铸出粗细不等的9个小孔，最细的直径只有0.8毫米，而在侧面进气口处还要有一个弯角，这就给型芯定位产生了难度。采用什么材料做型芯？查遍资料不得其解，还是偶然从美国一本杂志上刊登的一幅出售不同规格的细石英管的广告中得启示，试了多种材料之后，最终决定采用石英管。此外，还有很多技术问题，诸如脱芯，超声测壁厚等。齐心协力，终于如期完成了任务。与此同时，航空工艺研究所、航空材料研究所、航空发动机设计所、沈阳发动机厂与抚顺钢厂和钢铁研究院研制出锻造了大孔空心气冷涡轮叶片，两种叶片都通过了台架试车。但是考虑到铸造9孔较之锻造3大孔叶片有更多优点，即前者冷却效果好，铸造合金强度裕度大，工艺简单，周期短、成本低，因而航空研究院决定采用铸造空心涡轮叶片（称为201叶片）。在沈阳发动机厂进行了小批量生产，解决了在生产过程中的许多技术关键。1975年4月三机部决定将201叶片的大生产定点于贵州新艺机械厂，要求中科院金属所与沈阳发动机厂组成攻关小组。当时贵州是国内最艰苦的地区，使我留下了深刻的印象；经过半年多的时间，稳定了生产，制订了验收标准。迄今已生产了数十万片，30年来装备了我国几乎所有先进航空发动机。中国是世界上第二个采用铸造空心涡轮叶片的国家，比美国晚了5年。至于它的水平可以从荣科文章的一段话看出。“当英国罗·罗公司总设计师胡克教授在沈阳发动机厂看到我国自行创新研制的铸造空心涡轮叶片时，不无感慨地说，单凭见到这一实际成就，就没白来中国一趟。由此，他对设计制造空心涡轮叶片的核心发动机有了更强的信心”。这一段话使我想起1963年我与周惠久、孙国英等参观罗·罗公司时，公司领导一再强调铸造高温合金涡轮叶片不可靠，从而他们起步较晚，看了我们的成就，对英国也是一个推动。

cygnet · 发表于 2008-6-15 09:44:29

　　铸造高温合金的发展关键是铸造工艺的不断改进。1958年我国就开始用真空感应炉冶炼加真空精铸，从而开发出铸造涡轮叶片、空心涡轮叶片。1988年采用泡沫陶瓷开发出铸造高温合金过滤净化技术，对返回料的应用创造了条件。

　　20世纪60年代中期，美国开发了定向凝固技术，1967年航材所率先在自制定向凝固炉上开发了高温合金定向凝固技术，70~80年代研制出几种定向凝固高温合金（DZ3、DZ4、DZ22），其中不含铪的DZ4已批量生产，并在10多种发动机上得到应用。90年代，航材所又发展了单晶高温合金叶片制造工艺，并开发出单晶高温合金（DD3、DD4、DD6、DD402等），同时还发展了单晶涡轮转子叶片铸造工艺。DD3成分简单，强度高，但有热裂倾向，未能推广，在加入适量的钽以后，不但解决了热裂倾向，而且高温性能有所提高，现已推广到多个机种，成为我国真正用于航空的第一代单晶合金。

　　金属所在国内最早开发了用于工业燃气轮机的耐热腐蚀高温合金K38（IN738），后又进行了改进成为K38G，为了满足斯贝发动机用于舰艇的要求，与西安发动机厂合作开发出用作涡轮叶片的DZ38G及DD8合金。

　　另外，在铸造高温合金方面有几项原始创新的成果，那就是低偏析高温合金、Ni3Al基的合金及快速定向凝固工艺。

　　金属所朱耀霄在深入研究合金凝固时发现某些微量元素是高温合金在凝固过程中发生偏析的重要因素，因而控制这些元素的含量，可以降低偏析，这就会提高合金的性能和稳定性（长期使用不出现脆性相）。再者对定向凝固合金可以不加铪（如DZ125L），如此等等。

　　西北工大傅恒志利用磁场约束及高温度梯度技术研制定向凝固叶片，完全免去与坩埚接触而得到高纯度材料，现已具雏形。

　　航材院韩雅芳开发出以中间化合物Ni3Al为基的叶片材料（IC6），成分简单，初熔温度高，已制出导向叶片，首次以镍基中间化合物做成叶片应用于航空发动机。

　　5新型航空材料———先进复合材料和功能材料发展迅速，取得了一系列成果

　　所谓先进复合材料是指以树脂为基，以有机纤维、碳纤维或玻璃纤维为增强剂的复合体，具有高比强度、比刚度、消震好的一类材料。先进复合材料在航空工业中十分重要，如美国二十世纪70年代生产的F22机中用量占24％。现代民机占14％左右，现代直升机所占比例更高，有的超过了50％。

　　近10年来，我国复合材料科研、生产、应用技术得到了大幅度提高，其中包括了“七五”、“八五”、“九五”预研和型号任务的成果并在飞机上得到较多的应用，不仅用于军机，在民机、直升机、发动机上也得到应用。例如沈阳飞机设计所、航空材料研究院和沈阳飞机厂共同研制歼击机复合材料垂尾壁板，比原铝合金结构轻21kg，减重30％。这是“六五”期间研制成功的最大的航空复合材料构件。北京航空工艺研究所研制并生产的QY8911／HT3双马来酰亚胺单向碳纤维预浸料及其复合材料已用于飞机前机身段、垂直尾翼安定面、机翼外翼、阻力板、整流壁板等构件。西北工业大学与复合材料特种结构研究所共同研制和生产的4501A双马来酰亚胺树脂及其复合材料已用于成形人工介质雷达天线罩和其他类型的高性能雷达天线罩。由中国科学院化学研究所研制并生产的KH－304热固性聚酰亚胺树脂和由中国航天工业总公司北京材料工艺研究所研制并生产的KH－304／HT3复合材料，已应用于航空发动机外涵道。由北京航空材料研究院研制的PEEK／AS4C热塑性树脂单向碳布预浸料及其复合材料，具有优异的断裂韧性、耐水性、抗老化、阻燃性和抗疲劳性能，适用于制造飞机主承力构件，可在120℃下长期工作，已用于飞机起落架舱护板前蒙皮。

　　当前，我国复合材料总的水平相当于国外20世纪80年代中后期的水平。复合材料还用于卫星、兵器、电子工程等，也用于体育用品，医疗器械、纺织机械等方面。

　　先进的复合材料还应包括金属基复合材料及陶瓷基复合材料，但目前在航空工业用量极少，没有进入《手册》。

　　功能材料在当今信息时代无疑是最重要的一类材料，因而发展非常迅速。对航空飞行器来说，信息功能材料也愈来愈重要。从1991年海湾战争实践证明：机载电子设备能力提高一倍，飞机战斗力可提高7倍；装有电子装置的战斗机损失率仅2％－3％，否则高达20％。所以现代飞机的机载装置所占比重愈来愈大，一架先进军用机的机载设备费用占到整机的1／3左右。机载设备的关键材料主要是各种微电子、光电子、传感器等光、声、电、磁、热等的高功能及多功能材料，种类繁多。要求高：高灵敏度、高可靠性、小型化、智能化、高准确度、抗干扰能力强等。《手册》不可能尽揽无余，一方面涉及面广，另一方面功能材料更新换代快。所以仅将为航空机载装置研制的专项举例如下：例如，由电子工业部研制的掺钕钇铝石榴石，已广泛应用制作各类激光器件；由中国科学院上海光学精密机械研究所研制并生产的激光玻璃，已用于制作大功率激光聚变系统以及材料加工、激光测距、激光通讯跟踪、激光干涉等领域用的激光器；由电子工业部、中国科学院半导体研究所、有色金属研究总院等研制的GaAs半导体激光材料是制作激光器的主要材料，已广泛用于制作半导体激光器；由兵器工业总公司、航天工业总公司、电子工业部和中科院上海技术物理所等研制的碲镉汞（MCT）n型材料，已成功用于制备长波多元光导型MCT红外探测器系列和短波光伏型MCT红外探测器；由北京玻璃研究院、电子工业总公司、兵器工业总公司等研制的高双折射偏振保持光纤已用于光纤传感器；由上海硅酸盐研究所、清华大学、上海大学、南通中海氮化物公司等研制的微波介质陶瓷材料已用于介质谐振器（滤波器、振荡器）、集成电路基片和衰减材料；由清华大学、西安近代化学研究所研制的液晶材料，作为显示材料广泛用于航空、航天和电子工业；作为有序溶剂用于立体选择反应；作为固定相应用于色谱分析以及各种显示屏。

　　用功能材料所制成的各种器件、机载设备、火控系统、各种传感器和电子设备，是现代飞机的“眼（雷达）、耳（电台）、脑（计算机）、神经（电缆与光缆）及血管（油管）”，此外，为提高飞机的生存能力还要穿上一层外衣（隐身）。由于功能材料繁多，用途各异，再加上发展很快，很难全部纳入《手册》，而且很多功能材料寓于元器件之中，更是五花八门，难以一一列入。

cygnet · 发表于 2008-6-15 09:45:17

（二）中国航空材料手册

　　《中国航空材料手册》（简称《手册》）所包括的内容主要是我国飞机、发动机、火控系统及机载设备在生产过程中所需重要材料。这些材料有的是国内早已生产，但根据航空工业需要有更严格的规定；有的是自行研制投产的；也有不少是参考国外成分，根据国内生产工艺开发出来的。《手册》已出两版，分别于1989年和2002年问世，编撰都历时5年左右。编委会主任为航材院颜鸣皋院士。第一版我是副主任之一，第二版我是顾问委员会主任。作为航空材料工作者，我十分关心它们的出版。

　　1《手册》概况

　　《手册》一版问世之后，颇受航空界设计、生产与科研工作者的重视。《手册》二版与一版相比有较大的改变，金属材料分类及牌号数目示如表1,非金属材料示如表2。可以看出，《手册》一版包括20个分篇，共计1677个牌号，分装为7卷，共约790万言，而《手册》二版增加了《涂镀层与防锈材料》共21篇，共计2188个牌号，较之第一版增加了约25％，分装成10卷，约1100万言，是一部巨著。

　　《手册》一版所收入的材料中有95个牌号在二版中被删除，主要原因有三：一是实践证明，材料性能落后，而又有可以代替的新材料；二是材料在批生产装机后屡出故障者；三是不符合我国资源特点，且可能受到国外限制者。这些被淘汰的牌号虽然不再使用了，但我们不能忘记那些为航空材料立足于国内，为航空工业创建初期做出过重要贡献的企业和所有的人们，他们是中国航空材料的开路先锋。

　　纳入《手册》二版的材料大体可以分为四类：一是《手册》一版中所列举的绝大部分材料，它们都经过了长期考验，这部分材料占《手册》二版约75％，列为“选用”。第二类材料是一版所列材料又经过完善和补充，可以适应新一代机种设计的需求，把这类材料注明“选用”或“推荐”。第三类则是1986年以来研发的新型材料，一般注明“推荐”，在《手册》二版中有542个牌号属于这个范畴。第四类材料是指目前旧机种仍在使用，但新机设计不再采用。一俟旧机种停产，这些材料随即淘汰，故注明“限用”。

　　2《手册》二版的特点

　　《手册》二版和一版一样是在全国有关研究、开发、生产、设计及制造部门共同努力下所得成果而编辑成册的，因此，它有广泛的群众基础和坚实的科学技术背景。二版和一版所不同的是参加编写人员中，增加了三分之一新手；因此，《手册》二版是三代人协作攻关，共同努力的结晶。从这个意义上讲，《手册》二版起着继往开来的历史作用。总结起来，它有以下几个特点：

　　（1）具有可靠性、实用性和综合性

　　纳入《手册》的材料牌号是经过严格审查的，经过各篇编委会和总编委会的多次筛选，一致认为符合选材原则的材料方可编入。具体条件是：①已通过鉴定并已在航空产品上正式使用的材料；②虽未鉴定，但已在航空产品上正式使用的材料；③已通过鉴定，正在或准备在航空产品上推广应用的材料；④航空用关键材料，数据齐全，相近牌号在国外已有成熟使用经验的材料；⑤新研究的带方向性的材料，数据齐全，正在或准备在航空产品上试用的材料；⑥使用中已暴露出严重问题或已有明文规定停用或限用的材料，不编入《手册》。可见，要进入《手册》二版的材料牌号，必须通过研究、试制、批生产、越过材料性能稳定的“材料关”；飞机、发动机或机载设备工厂设计、制造、越过航空产品“试制、生产关”；以及试车、试飞、“批量飞行关”，才算达到成熟水平，纳入《手册》供设计、制造使用。因此，《手册》具有很强的可靠性和实用性。

　　航空材料涉及面极为广泛。《手册》所列材料既有飞机、发动机材料，又有机载设备与火控系统材料；既有金属材料，又有无机和有机非金属材料；既有结构材料，又有功能材料；既有材料的物理、化学性能数据，又有可供设计使用的工作状态下的性能数据；在制造过程中，既有反映材料、热加工工艺的翔实阐述，又有冷加工必要的说明。这就充分体现了材料从实验室研究、批量生产到实际应用所必经的各种综合性能的全面表述。因此，《手册》二版具有很强的综合性。

　　（2）具有先进性和带动性

　　表3为现代飞机机体使用的结构材料，可以看出，除性能很高的F22以外，铝合金仍占重要地位。钛合金及复合材料的比例随飞机性能的提高而增加。

　　20世纪90年代国际上最先进的战斗机以美国的F22为代表，民用飞机以波音777为代表，其机体用材特点是大量采用了高比强度、高比模量的轻质、高强、高模材料，显著提高了飞机的结构效率，降低了飞机结构重量系数，具体表现为钛合金代替钢，树脂基复合材料代替铝合金。因此，大力发展高强高韧高比模的钛合金及树脂基复合材料是航空材料发展的重要方向。但是铝合金在现有飞机结构件中仍占十分重要位置，所以近10多年来，我国高强、高韧、高耐蚀新型铝合金进一步得到发展，除了提高了原材料的纯度，降低了杂质外，还通过热处理进一步提高了铝合金的综合性能，延长了使用寿命。《手册》二版共收入15个牌号的铝合金，其中新增加的有高纯高韧铝合金和铝锂合金，此外，还增加了一批铝合金的力学性能，以适应新机设计的需求。

　　对于钛合金的研究，我国虽然起步较晚，但从1986年开始的第七个五年计划，对钛合金研究的投入显著增加，研究成功了近代飞机所需的各种类型的钛合金，纳入本《手册》的达到29个牌号。目前，我国飞机上钛合金的用量与国外相比，显然仍很低，但《手册》收入的这些牌号的钛合金，已充分体现了20世纪90年代的国际水平。

wuqi250 · 发表于 2008-6-20 17:50:05

读了上文，感觉材料是制约航空产品质量的关键，再好的设计，没有材料的这个硬件支撑，也会大打折扣。

lglit · 发表于 2008-6-23 11:16:19

楼上说的很对，材料是关键因素。
另外书的下载地址在哪呢？

DDN · 发表于 2008-6-23 21:26:06

材料对高精尖的行业影响太大了

harqi · 发表于 2008-9-13 21:02:44

时间段上有点问题，上世纪90年代前“北京航空材料研究院”叫“北京航空材料研究所”即“航空部六二一所”。

harqi · 发表于 2008-9-13 21:07:56

企业间或行业间的技术封锁、各自为战才是影响航空材料研究的致命点；
俺搞航空材料研究近二十年，深有感触啊！

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