在現(xiàn)代材料科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷程中，航空航天用材料一直扮演著先導(dǎo)性的角色，材料的進(jìn)步不僅推動(dòng)飛行器本身的發(fā)展，也帶動(dòng)了地面交通工具的進(jìn)步，而發(fā)動(dòng)機(jī)材料的發(fā)展則推動(dòng)著動(dòng)力產(chǎn)業(yè)的推陳出新?？梢哉f(shuō)，航空航天材料反映了結(jié)構(gòu)材料發(fā)展的前沿，代表著一個(gè)國(guó)家結(jié)構(gòu)材料的最高水平。

復(fù)合材料是由兩種或兩種以上的材料按要求組合成的一種具有成份中任何單一材料所不具備的特性的新材料。先進(jìn)復(fù)合材料(AdvancedComposite Materials)是指可用于主承力結(jié)構(gòu)或次承力結(jié)構(gòu)。剛度和強(qiáng)度性能相當(dāng)于或超過(guò)鋁合金的復(fù)合材料。

　　航空航天工業(yè)對(duì)復(fù)合材料的發(fā)展提供了最初的驅(qū)動(dòng)力，先進(jìn)復(fù)合材料在航空、航天中的位置已經(jīng)獲得認(rèn)可。尤其是對(duì)于軍用飛機(jī)，先進(jìn)復(fù)合材料用量的多少在很大程度上決定了該機(jī)的先進(jìn)性。

　　先進(jìn)復(fù)合材料按照基體可分為：
　　樹(shù)脂基復(fù)合材料(Resin Matrix Composites，簡(jiǎn)稱(chēng)RMC)：
　　金屬基復(fù)合材料(Metal Matrix Composites，簡(jiǎn)稱(chēng)MMC)：
　　陶瓷基復(fù)合材料(Ceramic Matrix Composites，簡(jiǎn)稱(chēng)CMC)。
　　而按照復(fù)合材料中增強(qiáng)體的形態(tài)，先進(jìn)復(fù)合材料可分為：
　　顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料(Particulate Reinforced Materials)；
　　纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Fiber Reinforced Materials)；
　　紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料(Textile Structural Composites，簡(jiǎn)稱(chēng)TSC)等。

　　其中，紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料將紡織技術(shù)和現(xiàn)代復(fù)合材料成形技術(shù)相結(jié)合，有效地克服傳統(tǒng)單向和層合復(fù)合材料的面內(nèi)力學(xué)性能不均勻、損傷容限低等缺點(diǎn)。
　　紡織復(fù)合材料(Textile Composites)的概念從應(yīng)用上來(lái)講應(yīng)是由機(jī)織、針織、編織、縫紉等紡織技術(shù)制造增強(qiáng)材料預(yù)成形體，再經(jīng)樹(shù)脂傳遞模塑(RTM)等復(fù)合材料液體成形工藝制造的一類(lèi)復(fù)合材料，而纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是傳統(tǒng)的復(fù)合材料，通常不在紡織復(fù)合材料討論的范圍內(nèi)。但上述概念至今尚無(wú)確切的定義與劃分，人們普遍認(rèn)為凡是復(fù)合材料的組分中含有纖維、紗線(xiàn)或織物，皆統(tǒng)稱(chēng)為紡織復(fù)合材料?，F(xiàn)在主要使用的復(fù)合材料通常是紡織復(fù)合材料。

　　1 航空航天工業(yè)對(duì)材料的要求

　　航空航天飛行器的工作條件十分復(fù)雜。就飛機(jī)而言，軍用飛機(jī)要求提高其機(jī)動(dòng)性、近距格斗和全天候作戰(zhàn)能力；民用飛機(jī)則要求安全性、可靠性、舒適性和經(jīng)濟(jì)性等， 因此對(duì)航空材料的主要要求是高比強(qiáng)、抗疲勞、耐高溫、耐腐蝕、長(zhǎng)壽命、低成本。而對(duì)航天器包括火箭、回收式衛(wèi)星、飛船、航天飛機(jī)和空間站來(lái)說(shuō)，它們與飛機(jī)的工作環(huán)境顯著不同，如高真空、冷熱交變、高能輻射、原子氧剝蝕等。先進(jìn)復(fù)合材料自身所具備的比強(qiáng)度、比剛度大、抗疲勞性好，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等特點(diǎn)，正適用于航空航天對(duì)材料的要求。

　　2 紡織復(fù)合材料在航空上的應(yīng)用

　　先進(jìn)復(fù)合材料輕質(zhì)、抗疲勞、耐腐蝕等特性已在航空結(jié)構(gòu)中發(fā)揮了重要作用。人們已認(rèn)識(shí)到復(fù)合材料是使飛機(jī)結(jié)構(gòu)性能提高的最有效和最易實(shí)現(xiàn)的途徑，但是居高不下的成本使航空工業(yè)界難以接受。“低成本，高性能”是目前復(fù)合材料技術(shù)的主要發(fā)展方向，“經(jīng)濟(jì)適用”材料備受重視。
　　在已有主要材料體系基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)先進(jìn)的低成本制造技術(shù)是當(dāng)今復(fù)合材料界的共識(shí)，如縫編．RTM 技術(shù)、RFI技術(shù)、電子束固化技術(shù)等。
　　現(xiàn)階段航空工業(yè)使用的紡織復(fù)合材料主要是樹(shù)脂基復(fù)合材料，包括熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料和熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料。熱固性樹(shù)脂中最常用的是環(huán)氧樹(shù)脂和雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂，常用增強(qiáng)材料為碳纖維、芳綸纖維和玻璃纖維等。環(huán)氧樹(shù)脂綜合性能好，粘附力較大，可在120℃下長(zhǎng)期使用，改性后的環(huán)氧樹(shù)脂可在更高溫度下使用；雙馬來(lái)酰亞胺的耐熱耐濕性能突出，粘度低，工藝性好。
　　紡織復(fù)合材料在飛機(jī)上的使用部位大致包括：艙門(mén)、翼梁、減速板、尾翼結(jié)構(gòu)、油箱、副油箱、艙內(nèi)壁板、地板、直升機(jī)旋翼槳葉、螺旋槳、高壓氣體容器、天線(xiàn)罩、鼻錐、起落架門(mén)、整流板、發(fā)動(dòng)機(jī)艙(尤其噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)艙)、外涵道、座位與通道板等。
　　第四代戰(zhàn)斗機(jī)中，雖然金屬材料在整個(gè)結(jié)構(gòu)材料中占主導(dǎo)地位， 但復(fù)合材料尤其是熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料的比重明顯上升，高達(dá)20％～40％。如F．22戰(zhàn)機(jī)熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料占全機(jī)結(jié)構(gòu)重量25％左右，F(xiàn)-35戰(zhàn)機(jī)為36％，歐洲戰(zhàn)機(jī)EF2000竟高達(dá)43％。
　　在熱固性復(fù)合材料中，根據(jù)不同的使用條件，環(huán)氧基和雙馬基的復(fù)合材料的比重又各不相同。F-22設(shè)計(jì)巡航速度高達(dá)2．0Mach，因此對(duì)結(jié)構(gòu)耐熱性要求高，較多采用雙馬基復(fù)合材料；而F-35設(shè)計(jì)最大速度為1．5Mach左右，所產(chǎn)生的氣動(dòng)加熱在環(huán)氧基復(fù)合材料承受范圍內(nèi)。在F-22中環(huán)氧基復(fù)合材料占結(jié)構(gòu)總重量的7％，雙馬基占18％；但在F-35中，雙馬基只占4％ ，環(huán)氧基高達(dá)32％。F-35只在部分機(jī)翼及尾翼上用雙馬復(fù)合材料，而F-22 的幾乎整個(gè)外部表面為雙馬基復(fù)合材料，環(huán)氧基復(fù)合材料只用于內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在EF2000上雙馬用于機(jī)翼及尾翼，環(huán)氧用在機(jī)身上。
　　熱塑性樹(shù)脂主要包括PEEK、PI、PPS等，具有韌性好，耐疲勞等優(yōu)點(diǎn)。熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料在航空上常作為次承力構(gòu)件，如用作艙門(mén)、起落架護(hù)板等。
       直升機(jī)上也已大量使用主承力和次承力復(fù)合材料構(gòu)件。如主旋翼槳葉、尾梁、尾槳和機(jī)身蒙皮等。使用復(fù)合材料具有輕質(zhì)高強(qiáng)、可維護(hù)性好等特點(diǎn)，許多民用飛機(jī)使用大量層合板和模壓構(gòu)件，以金屬或樹(shù)脂浸漬紙蜂窩為芯材的復(fù)合材料蜂窩夾層結(jié)構(gòu)。
　　樹(shù)脂基復(fù)合材料還可以作為功能材料使用，如F-22戰(zhàn)機(jī)的雷達(dá)罩采用了高性能的透波復(fù)合材料，纖維為S-2玻璃纖維，樹(shù)脂為美國(guó)Dow化學(xué)公司開(kāi)發(fā)的Tactix Xu71787氰酸酯樹(shù)脂。F-35的雷達(dá)罩采用S-2 增強(qiáng)的雙馬樹(shù)脂基復(fù)合材料，EF2000則用的是BASF公司生產(chǎn)的5575．2氰酸酯樹(shù)脂，陣風(fēng)的雷達(dá)罩采用了Kevlar纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。

　　3 紡織復(fù)合材料在航天上的應(yīng)用
　　正是由于空間技術(shù)的發(fā)展，紡織技術(shù)的潛力被復(fù)合材料界所利用。為了獲得最佳力學(xué)性能，新的紡織結(jié)構(gòu)，如機(jī)織、編織和針織織物逐漸被采用。紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料可明顯改善層間強(qiáng)度和損傷容限，并提供復(fù)雜結(jié)構(gòu)整體成形的可能性，在復(fù)合材料界特別是航天復(fù)合材料工業(yè)中已占有很重要的地位。
　　航天要求輕質(zhì)、高剮度的結(jié)構(gòu)，避免屈曲發(fā)生，這些要求與航空結(jié)構(gòu)是一致的，但航天環(huán)境與航空環(huán)境具有很大差別，典型的如原子氧、高能輻射、冷熱交變，這些使得航天材料與航空材料存在一些差別。樹(shù)脂、金屬和陶瓷基復(fù)合材料在航天工業(yè)都具有廣泛的應(yīng)用，增強(qiáng)纖維有碳纖維、芳綸、硼纖維、碳化硅等。
　　對(duì)于樹(shù)脂基復(fù)合材料來(lái)說(shuō)，特殊的太空環(huán)境如原子氧和射線(xiàn)會(huì)使樹(shù)脂基復(fù)合材料發(fā)生破壞，這種影響在低軌運(yùn)行時(shí)尤為嚴(yán)重，所以必須采用相應(yīng)的防原子氧剝蝕的措施，如使用保護(hù)涂層(金屬涂料、全氟聚合物等)。
　　國(guó)內(nèi)外都有報(bào)道，對(duì)現(xiàn)有樹(shù)脂進(jìn)行改性或使用新的樹(shù)脂來(lái)提高樹(shù)脂基復(fù)合材料抵抗原子氧和射線(xiàn)侵蝕的能力。金屬基復(fù)合材料具有一般金屬難以達(dá)到的高比強(qiáng)度、高比模量，還具有樹(shù)脂基復(fù)合材料無(wú)法達(dá)到的耐高溫、不吸濕、不放氣、不可燃等優(yōu)點(diǎn)，尤其是具有高度熱穩(wěn)定性和溫度交變穩(wěn)定性，是極理想的航天器結(jié)構(gòu)材料。
　　總的來(lái)看，航天用金屬基復(fù)合材料大多數(shù)仍為紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，如對(duì)于穩(wěn)定的拋物面天線(xiàn)、太空鏡光學(xué)系統(tǒng)平臺(tái)等， 材料的尺寸穩(wěn)定性至關(guān)重要，常采用金屬基復(fù)合材料，其常使用的基體有鋁、鈦、金屬間化合物，通常采用紡織結(jié)構(gòu)預(yù)制形體復(fù)合成形工藝制造， 屬于紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料范疇。而陶瓷基復(fù)合材料具有耐高溫、抗氧化、耐化學(xué)腐蝕、熱膨脹系數(shù)小等特性，潛在的應(yīng)用主要在于高溫結(jié)構(gòu)材料， 但其致命的缺點(diǎn) — 脆性、影響了它在結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用。
　　飛船是發(fā)展載人航天技術(shù)的先導(dǎo)工具，而返回艙是載人飛船的核心部分，載人飛船返回艙再入大氣層初始速度為7.7km/s左右，經(jīng)歷苛刻的氣動(dòng)加熱，表面將產(chǎn)生高溫， 因此良好的熱防護(hù)是一項(xiàng)至關(guān)重要的技術(shù)。酚醛樹(shù)脂具有良好的力學(xué)和耐濕熱性能，尤其是耐瞬時(shí)高溫?zé)g性能優(yōu)異，廣泛應(yīng)用于航天工業(yè)中易于燒蝕的復(fù)合材料基體，碳纖維/酚醛復(fù)合材料是重要的耐燒蝕材料?，F(xiàn)代火箭也大量使用復(fù)合材料，如使用先進(jìn)纖維纏繞制造復(fù)合材料殼體、火箭噴管和再入保護(hù)殼體，常使用碳纖維／酚醛材料進(jìn)行熱防護(hù)，并已使用碳/碳復(fù)合材料，這種碳 復(fù)合材料通常是由碳布采用燒結(jié)或化學(xué)汽相沉積法來(lái)制造。

4 結(jié)語(yǔ)
　　航空材料的發(fā)展在航空航天工業(yè)中占有極其重要的位置，“一代材料，一代飛行器”是航空航天工業(yè)發(fā)展的生動(dòng)寫(xiě)照，也是航空航天材料帶動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展的真實(shí)描述。隨著紡織機(jī)械與工藝的發(fā)展，紡織復(fù)合材料作為一類(lèi)新興的先進(jìn)材料，在航空航天工業(yè)中的應(yīng)用必將越來(lái)越廣泛。