复合材料在航空航天领域的应用市场分析及预测

2018-06-15 11:02:06 作者：本网整理来源：材料十分享至：

何谓复合材料？

所谓复合材料，即由有机高分子、无机非金属或金属等几种不同物理、化学性质的材料，通过复合工艺，以微观、细观或宏观等不同的结构尺度与层次，经过复杂的空间组合而形成的新的材料系统。复合材料不是不同材料的简单混合，而是借由材料设计技术使得原来多种材料的组分性能实现关联与互补，从而获取到更优越的性能。新的复合材料既保留原组成材料的重要特色，又通过复合效应获得原组分所不具备的性能。

复合材料的特征和优势

a）比强度和比模量高这是复合材料最突出的优点。如高模量碳纤维复合材料的比强度为钢的5倍，铝合金的4倍，钛合金的3.5倍以上，其比模量为钢、铝、钛的4倍甚至更高。

b）耐疲劳性能好常用的碳纤维增强复合材料的疲劳极限是其抗拉强度的70%-80%，而大多数金属材料仅为30%-50%。复合材料中纤维与基体界面能阻止裂纹的扩展，其疲劳破坏总是从纤维的薄弱环节开始，逐渐扩展到界面上，破坏前有明显的征兆。

c）减震性能好复合材料结构件的自振频率高，同时复合材料中高韧性的树脂和橡胶基体具有显着的振动阻尼特性，因而复合材料有很强的吸振能力。

d）各向异性及性能可设计性纤维复合材料的性能与纤维的排列方向、铺层次序和层数，以及成型方式有关，因此可根据结构件的载荷分布及使用条件的不同，选取相应的铺层设计和成型方式来满足预定的要求，实现构件的优化设计。

e）减磨、耐磨、自润滑性好可用于制作耐磨构件。

f）热膨胀系数小冷热交变时尺寸稳定性好。

g）材料与结构的同一性复合材料可实现制品的一次成型，适合于大面积、结构形式复杂构件的精确整体成型，具有良好的工艺性。

因此，复合材料是飞行器的理想用材，飞行器是对重量十分敏感的结构：

而复合材料与普通材料相比，比强度、比刚度和密度都有明显的优势：

航天航空领域对产品的稳定性、重量、工作温度、阻燃性和强度有极高的要求。思瑞安复合材料AIREX?, BALTEK?系列产品有着显着减重、总营运成本低、卓越的机械强度、卓越的保温隔热性能、易于加工、雷达透波性等优点，在太空领域具有极大的优势。

复合材料常见种类

在航空航天领域中，目前较为常见的复合材料包括树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料和碳复合材料等几个大类，并且仍然在不断的扩充之中。

其中树脂基复合材料以树脂作为基体，以连续纤维作为增强材料复合而成，其密度约为钢的20%，为铝合金的一半，并且比强度和比模量要远超二者。常见的树脂基复合材料主要指碳纤维复合材料，其中环氧树脂基碳纤维复合材料为典型代表。环氧树脂基碳纤维在实际应用环境中表现出良好的综合性能，并且在经济层面上同样状态良好。为了提升树脂基复合材料的使用性能，在环氧的基础之上，进一步研发除了双马来亚胺基和耐高温聚酰亚胺基等符合材料，推动了该材料系列的整体发展，并且在多个领域都得到了广泛应用，其中既包括规模较大的整体厚壁板、加筋壁板、双曲度加筋壁板、骨架和蒙皮的整体结构等，也包括各种复合材料管材和旋转体构件，如火箭发动机壳体、雷达罩等，并且在机械化程度要求高的小型制件等方面同样有所应用。

在金属基复合材料方面，在航空航天领域涉及到的主要是指以Al、Mg、Ti等轻金属作为基体，以高强度的第二相为增强体的复合材料制成。这一类的材料在导电、导热、耐高温方面表现良好，并且具有横向性能、低消耗并且易于加工的特点。尤其是纤维增强钛基复合材料，是先进航空承力部件的候选材料，并且碳化硅纤维增强的钛基复合材料也因为其良好的比刚度和比强度，在压气机的多个组件上得到了广泛应用。

对于陶瓷基复合材料而言，复合技术使得陶瓷材料的韧性得到改善，同时在强度和模量等方面也有显着提升。当前连续纤维增强陶瓷基复合材料以其良好的密度表现，以及较高的比模量和比强度，成为未来航天科技发展的重要支撑材料。此种材料在热机械性能和抗热振冲击方面同样有着良好表现，也因此具有更高的断裂韧性及断裂功、完全的非脆性破坏形式、优异的耐烧蚀性能或者绝热性能。

最后，在碳复合材料则是以碳作为基体，由碳纤维或者相关制品增强的材料，其具有碳本身的惰性和碳纤维的高强度特征，并且在热膨胀系数方面表现良好，热导率较低且抗热冲击性能好，耐腐蚀、耐含固体微粒的燃气侵蚀等性能特征，密度小并且在比强度和比弹性模量方面就有优势。这些特征都决定了其在航空航天领域中必然会有更为广泛的应用。

复合材料在航空航天中应用市场全球预测

根据《2022年前航空航天材料市场的全球预测》市场研究报告显示：全球航空航天材料市场预计到2022年将达到258亿美元，其种复合材料是最周欢迎的航空航天材料。

商用航空旅客运输在未来几年持续的高需求，将促进航空制造业发展，这也将进一步推动航空航天制造领域对材料的需求持续增长。由于对全球的飞行器零部件制造商对航空航天材料的高需求，亚太、欧洲和北美地区的对航空航天材料的需求正在持续走高。

复合材料是最受欢迎航空航天材料类型

复合材料是继铝合金材料后，使用最广泛的航空航天材料。复合材料是由两种或多种不同的材料结合在一起，融合每种组分材料优异性能而形成的。其中一种组分是基体材料，通常为树脂或陶瓷，另一种组分是增强材料，通常为纤维。航空航天领域中广泛使用的复合材料与传统材料相比具有多项优势，如重量轻、生产效率高、挥发性有机化合物排放量较低、耐腐蚀性更好等等。

随着新一代航空航天飞行器，特别是如波音787、空客A350等民用客机的需求日益增多以及环保问题的日益突出，复合材料成为解决上述问题较好的解决方案，这也为制造业提供了巨大的发展机遇。

商用和通用航空是航空航天材料市场增长最快的部分

商用和通用航空领域预计会在2017年至2022年引领航空航天材料市场的增长。这一领域主要涉及高资产净值个人使用的私人飞机或商旅过程中使用的包机，它也是继军民用航空领域之后的第二大航空航天材料消费领域。该领域呈现增长的主要原因是新兴地区高资产净值个人数量的增加，以及亚太和中东地区公务机的需求增长。根据霍尼韦尔公司和庞巴迪公司的市场预测，到2024年，全球范围内预计将会增加约9300架公务机，总价值近2700亿美元。因此，飞机交付数量的增加也将进一步推动航空航天材料这一细分市场的增长。

亚太地区将成为未来增长最快的航空航天材料市场

按照总价值计算，亚太地区预计将是航空航天材料市场增长最快的区域，预计在未来几年内，其增速将引领航空航天材料市场。中国、日本和印度等位于亚太地区的国家，将会在航空航天领域持续布局，航空航天材料市场也将随之见证显着增长。这一增长可归因于在该地区不断发展的航空航天工业，这增加了整个亚太地区对航空航天材料的需求。日本和印度正分别以原材料获取的便利性和低廉的劳动力成本，大力吸引投资者建设生产设施。