c919航空新材料如何放飞“制造强国梦”_c919圆中国大飞机梦

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C919——航空新材料如何放飞“制造强国梦”！

11月２日，我国自主研制的Ｃ９１９大型客机，在中国商飞公司新建成的总装制造中心浦东基地正式下线。这意味着我国在航空制造领域迈出重要步伐、取得重要成果，正式跻身世界上少数几个具有大型客机研制能力国家的先进行列。

大型客机的研发和生产制造，是一个国家航空水平的重要标志，也是一个国家制造业实力的重要标志。几十年来，我们因种种原因错失研制自己的大飞机的机遇，一直处在“造不如买，买不如租”的时代。“１０亿双袜子换一架飞机”的说法，反映的正是我国在航空制造等高技术方面技不如人的尴尬，让多少中华儿女难以释怀。

从C919中所用的航空新材料可以看出，航空新材料的重点领域包括航空铝材、航空钛材、航空钢材和航空碳纤维复合材料等。由于中国航空装备早期以引进机种为主，因此材料的选用主要沿用国外材料体系，对外依赖性较强。近几年来，在自主创新思想的指引下，国内新型机种不断推出，对新材料的自主供给能力提出了新的要求，从而促进了中国航空新材料的发展。但是目前航空新材料产业的整体水平与国际先进水平相比还存在一定的差距，尤其是应用基础薄弱、品种规格不全、性能不够稳定等问题，严重影响了新材料在航空装备上的推广和应用。航空新材料——航空碳纤维复合材料

碳纤维复合材料强度大、模量高、比重小、质量轻，具有耐高温、耐疲劳、耐腐蚀、耐高导和耐稳定性等一系列优异性能，可以减轻航空器的质量，节省油耗，提高航速，因此在航空飞行器领域的应用非常迅捷，甚至出现取代一部分铝合金材料的趋势。碳纤维复合材料在航天中主要被用作结构材料，如主翼、尾翼和机体、方向舵、起落架、副翼、扰流板、发动机舱、整流罩及座板等，此外还有C/C刹车片等。

中国航空用高性能碳纤维依然处于起步阶段。由于日美等国对碳纤维原丝技术实施技术禁运和封锁，目前中国碳纤维的生产主要集中在合成材料与终端应用环节，生产技术和设备规模与国外相比均有较大差距，成本差异很大，导致中国碳纤维产品缺乏市场竞争力。

目前，我国碳纤维生产企业主要集中在吉林和长三角沿海地区。吉林依托化工资源，在军工领域的应用有较大突破，重点企业为中国中钢集团公司的全资子公司东方神州碳纤维公司，该公司为目前高端军品用碳纤维的惟一供货商。长三角地区吸引外资能力较强，借助于区位优势和政策扶持孕育了包括中简科技发展有限公司、中复神鹰碳纤维有限公司（简称“中复神鹰”）等一系列碳纤维生产、研发的龙头企业，海峡两岸签署的“两岸经济合作框架协议（ACFA）也帮助台塑的碳纤维以较低关税进入大陆，加速我国碳纤维产业优胜劣汰的进程。

复合材料的应用将使飞机结构减重10%～40%、结构设计成本降低15%～30%，在未来10年期间，在商业飞机、支线飞机、军用飞机、民用飞机、直升机和其他航空航天领域的需求较大，具有广阔的产业前景。新型高复合材料飞机的引进和维修需求的增长，将使航空复合材料市场在未来具有较大的发展空间。中国碳纤维企业分布航空新材料——航空铝材

航空铝材是一种超高强度变形铝合金，目前广泛应用于航空工业。其具有较好的力学和加工性能，固溶处理后塑性好，热处理强化效果好，一般在150℃（甚至更高）以下有高的强度，韧性好，是理想的结构材料。此外航空铝材质量轻，轻量化效果显著，已经取代钢材并占据当前航空材料的主导地位。航空装备对铝材的要求较高，是铝材的重要高端应用市场。虽然航空用铝材受到来自复合材料与钛材等的替代竞争，但在可预见的相当长时期内仍是一种不可或缺的材料，特别是在支线飞机制造中，铝材用量将占其用材总量的80%以上。

在中国，航空铝合金的研制和应用是从20世纪50年代开始的，最初是为了配合飞机维修和仿制的需要。在20世纪80年代中期开始7075、2024、7475等合金的研究工作，但材料的规格远没有达到欧美国家的水平。90年代以后，国内开展了对7A55、6A60、高阻尼铝合金、耐热铝合金以及铝锂合金的研究，但研究水平还不成熟，价格居高不下，与国外先进技术具有较大的差距，飞机用厚板基本上依赖进口。

为替代进口并提升产品附加值，目前国内至少有10家铝板生产企业均着力研究航空用铝厚板的生产技术，包括西南铝业（集团）有限责任公司（简称“西南铝业”）、南南铝业股份有限公司（简称“南南铝业”）、山东南山铝业股份有限公司（简称“南山铝业”）等铝企均致力于到2015年为国产大飞机开发和制造航空用厚板。项目投资区域主要集中在东北、西南、长三角等地。其中，东北地区以东北轻合金有限责任公司（简称“东北轻合金”）、辽阳忠旺铝型材有限公司（简称“忠旺铝材”）为龙头；长三角地带吸引外资能力较强，也具有较强的生产研发实力；西南地区主要分布在重庆和南宁。

飞机制造业对铝材的需求主要体现在铝合金厚板上，特别是热处理可强化铝合金厚板。航空级铝合金厚板大部分都是用可热处理强化铝合金轧制的，而可热处理强化铝合金厚板是一类高技术高附加值产品。由于装备和技术上的原因，中国的航空级铝厚板预计要到2015年才能满足国民经济建设和国防建设的需求。目前航空级铝厚板在国内市场上还是一种比较紧俏的产品，发展航空铝合金在厚大截面材料整体化制造、铝合金整体构件低成本制造等方面有很高的产业投资前景。中国航空用铝企业分布航空新材料——航空钛材

钛合金是航空工业中使用的一种新的重要结构材料，比重、强度和使用温度介于铝和钢之间，但比强度高并具有优异的抗海水腐蚀性能和超低温性能。钛合金能够进行各种方式的零件成形、焊接和机械加工，加上近10年的使用经验，钛合金铸件在飞机结构件的使用安全可靠性已为设计人员普遍接受，目前主要应用在飞机襟翼滑轨、受力不太大的中小型结构件、轴承壳体、支架、接头、转接圈、压气机机匣、钛合金精铸整体叶轮、发动机转子空心叶片钛合金精铸件等部位。钛合金在国外民用飞机上的用量也随飞机设计和性能水平的提高而不断增加，其用量占飞机结构质量的百分比已成为衡量飞机用材先进程度的重要标志之一。

在中国，由于航空制造业起步较晚，钛及钛合金在航空领域用量不大，但近几年，随着钛合金加工行业的迅速发展，钛及钛合金板材的应用有了较大的进展。目前，在航空领域，大规格钛板主要应用于超塑成形飞机的腹鳍、壁板和板筋等零部件。机身上常用到的钛板材主要是蒙皮，厚度在1mm左右，用于飞机机身蒙皮的钛板材比飞机发动机的用量更大。

中国的海绵钛产业集中在辽宁省和贵州省。其中，贵州遵义钛厂已经获得了德国蒂森克虏伯公司的航空级海绵钛认证。中国钛材以板材为主，其次为管材，航空用钛约占钛材产量的10.1%。航空用钛生产企业主要集中在上海、陕西和辽宁。其中，辽宁钛产业集群借助资源优势在发展钛下游产业的同时也着力进行航空级钛的研发工作；宝钛集团作为世界知名的钛材企业，在航空用钛方面也有一定的拓展。中国航空用钛企业分布航空新材料——航空钢材

尽管在飞机制造中钢的应用比重不断下降，但由于钢具备高强度、高韧性、高耐应力以及良好的抗冲击性能，飞机的一些关键承力结构件如起落架、大梁、大应力接头、高应力紧固件等仍在继续使用钢材。无论是在半成品生产中，还是在复杂结构件的制造中，尤其是在以焊接作为最终工序的焊接结构件生产中，钢材都是难以替代的材料。在现代飞机结构中，钢材用量大约在5%～10%的水平。长期以来，飞机制造业使用最多的是高强度钢材。通常把抗拉强度高于800MPa，屈服强度高于500MPa的不锈钢称为高强度不锈钢，把屈服强度高于1 380MPa的不锈钢称为超高强度不锈钢。

按照生产工艺的不同，高强度不锈钢可以分为沉淀硬化不锈钢和时效不锈钢2大类。沉淀硬化不锈钢可以分为半奥氏体沉淀硬化不锈钢、马氏体沉淀硬化不锈钢和奥氏体沉淀硬化不锈钢。半奥氏体沉淀硬化不锈钢主要用于航空工业中在400℃以下工作的耐蚀承力结构件，如各种管道、管接头、弹簧、紧固件等；马氏体沉淀硬化不锈钢主要用于发动机承力件、紧固件等。奥氏体沉淀硬化不锈钢主要用于制造喷气发动机涡轮、叶片、机身、紧固件、高强弹簧等。时效不锈钢可以分为马氏体时效不锈钢和铁素体时效不锈钢。马氏体时效不锈钢可用于制造航空工业中的弹簧、紧固件、承力结构件等。铁素体时效不锈钢中含有足够高的铬、钼、铜和镍，使该钢耐海洋气候腐蚀的能力大大提高。

虽然中国是一个钢铁生产大国，也是不锈钢生产大国，但受生产技术和质量管理水平等因素的限制，中国高级特殊钢产量和质量均不能完全满足国内市场的需要。作为特殊钢种的高强度钢材，国内产品性能还不稳定，品种规格也不能完全满足国家经济和国防建设的需求。国内能够生产高强度钢材的厂家不多，重点企业有抚顺特殊钢股份有限公司（简称“抚顺特钢”）、大冶特殊钢股份有限公司（简称“大冶特钢”）、宝山钢铁股份有限公司特殊钢分公司（简称“宝钢特钢”）等。中国航空钢材企业分布

让自己制造的大飞机飞上中国的蓝天，成为无数中国人的梦想。从２００８年开始研制以来，Ｃ９１９共规划１０２项关键技术攻关，全国２０多万人参与其中。从飞机设计研发到适航取证，从项目制改革、供应商管理，到人才培养、文化建设，从坚持“主制造商－供应商”发展模式，到“举全国之力、聚全球之智”……诸多“零的开始”，终于锻造了Ｃ９１９今天的下线，多少人为之奋斗的“飞天梦”正在逐步实现。

从追梦到筑梦，需要的不仅是迎难而上、攻坚克难，还需要创新精神，责任担当。几十年来，几代研发者为之不懈奋斗，有为国产飞机坚守３０年的“大国工匠”，有为Ｃ９１９放弃国外高薪要职的专家，有将飞机视为终生事业的莘莘学子。Ｃ９１９的正式下线，正是对这群追梦人的最好回报。欢迎转载，转载请注明 “新材料产业”。