2025年航空航天轻质高强材料研究及应用 .pdf

博观而约取，厚积而薄发。——苏轼

航空航天轻质高强材料研究及应用

轻质高强材料，是航空航天行业所追求的理想材料，因其低密度和高强度等优

秀特性，正日益成为未来先进航空航天领域发展的重要材料之一。然而，现代航空

航天工业的要求，让这种理想材料不断面临着挑战，需要持续的研究和完善。

目前，常用的轻质材料主要有铝合金、镁合金、钛合金、复合材料等。然而，

分析这些材料的应用情况可以看出，轻质高强材料并不是万能的。比如铝合金的强

度和韧性都比较好，但是其热稳定性相对较差，容易发生疲劳失效；镁合金具有极

高的比强度和比刚度，但其腐蚀性问题使得其应用场合较为有限；钛合金虽然具有

优异的力学性能和品质，但是比例较大使其制造难度加大；复合材料似乎是一个很

好的选择，但是制造成本高昂，难以大规模应用等也是其制约因素。这些问题，让

航空航天行业对寻找更高性能、更适用的轻质高强材料有了更高的期待。

在这样的背景下，研究和应用新型材料，就成为了航天航空领域不断追求的方

向。而其中最有潜力的，可能就是先进的功能性金属材料了。

比如，高熵合金正是在此背景下崛起的材料之一。高熵合金又称为多主元混合

材料，是指添加了5个或五个以上原子元素的材料。这种材料在低温和高温条件下，

都有良好的物理和力学性质，抗氧化性好，抗腐蚀性也强。因此广泛应用于航空航

天领域。

除了高熵合金，石墨烯这类材料的使用也正在逐渐普及。石墨烯最早是在

2004年由英国曼彻斯特大学的安德烈盖姆·和康斯坦丁诺沃肖洛夫·发现的。石墨烯

是一种二维的晶体，是由碳元素组成，其结构独特，比任何钢铁都要坚硬，比同等

体积的所有材料都更轻，同时耐热、导电性和导热性极佳。这样的特性使得石墨烯

在未来的材料科学中具有巨大的潜力。

老当益壮，宁移白首之心；穷且益坚，不坠青云之志。——唐·王勃

人们已经开始了解并研究石墨烯的优秀特性，但是目前的问题在于制造复杂度

较高、成本较大，且在应用过程中需要和其他物质组成复合材料，所以应用受到一

定的限制。

然而，即便石墨烯不能实现大规模的应用，其在某些特定领域的推广依然对未

来科技的发展产生重大影响。例如，将石墨烯纳米膜用于非接触式传感器中，可以

提高传感器的检测速度、灵敏度和可靠性。这在一定程度上扩展了目前生物医学、

环境检测等领域的应用场景。

除了高熵合金和石墨烯，新型热塑性法纤维也是航空航天领域所倾注关注的领

域之一。热塑性法纤维在低密度、高强度、抗腐蚀、抗高温等方面都有着优秀的性

质。目前，各国的科研团队正在不断推进热塑性法纤维的研发和应用，因为它有望

成为替代传统金属材料的重要材料。

在当前全球环保理念不断提高的情况下，轻质化材料的要求不断增强，许多研

究和应用领域都已经意识到了这个趋势，并在尝试将一些新颖和高效的材料进行研

究，以实现材料的轻量化和高强化。然而，以上的材料仅仅只是其中的几个典型案

例，更多的的轻质高强材料依然存在在实验室中等待发现和应用，而科技进步所带

来的压力使得人们对材料的研究不断深入，找到新型、高效、高强和低成本的材料

将是未来的核心竞争力。