“一代飞机、一代材料”，材料与飞机一贯在相互推动下不断发展。首先，前辈 材料的运用是航空技能发展和进步的最主要推动力之一。航空材料是航空产品的技能 性能、生存能力、延长寿命和提高经济可承受能力的根本，属于优先发展、重点打破 的关键技能。本钱方面，材料是飞机制造的物质根本，一定程度上决定了飞机机体结 构的制造本钱。供应链方面，材料是商用飞机“供应链保障”上的一个主要环节。可 以说，航空材料的发展对航空技能起到强有力的支撑和保障浸染；反过来，航空技能 的发展需求又极大地引领和促进航空材料的发展。
民用飞机的材料发展经历了五次跨时期的发展。由于工业水平有限，以莱特兄 弟为代表的第一代飞机采取木制的梁条、翼肋、机翼包裹帆布，利用钢索固定坚持 机身的刚度，例如第一次天下大战的绝大部分飞机。随着工业发展及构造设计方法认 知，构造设计仅以材料静强度试验为准则，第二代飞机采取铝合金、钢材等作为主 构造。为了减轻机体重量并提升飞机性能，第三代飞机机体构造除了铝合金、钢材 等材料外，新增了钛合金；而第四代飞机机体主构造采取了轻质铝合金、钛合金作 为主承力材料，非主承力构造上选取少量的复合股料；第五代飞机采取了更为前辈 的复合股料、钛合金及部分铝合金。
从国外大型客机材料运用的详细情形来看，传统的铝合金及构造钢在飞机上的 用量逐渐减少，而复合股料和钛合金的占比快速提升。根据《一代材料技能，一代 大型飞机》，从波音 787 开始，50%用量的复合股料成为未来飞机的出发点，继波音 787 之后，空客 A350 改进型(A350XWB)的复合股料用量从原来的 37%提高至 52%。同时， 钛合金用量进步神速，一方面是由于它在减轻构造重量上的上风，另一方面则是由于 钛与碳纤维复合股料的电极电位附近，钛合金又成为复合股料惟一的连接材料。
飞机构造材料总体发展趋势是轻质化、高强度、高模量、耐高温、低本钱。随 着航空航天家当的快速发展，对翱翔看重量、性能、能源花费等哀求地不断提高，对 材料也提出了更严格的哀求。个中，降落重量是最紧张的目标。根据《航空航资质料 发展现状及前景》，小型民机的构造重量每减 1 磅所得到的直接经济效益为 50 万美元 /磅，而对战斗机来说，这个数值是 400 万美元/磅，商用运输机为 800 万美元/磅。
1.2.商用飞机材料哀求高，C919 选材兼具成熟性和前辈性
商用飞机选材犹为严苛。总体而言，客机对材质的哀求比军机对材质的哀求更 为苛刻，大型客机对材质的哀求又比中小型客机对材质的哀求高。在商用飞机发展目 标环绕“更安全、更经济、更舒适、更环保”开展设计，提出了“减重、减阻、减排” 的目标设计。对材料而言，也提出了“轻量化、高可靠、龟龄命、高效能、绿色环保， 飞机材料须要知足“性能优先原则”、“前辈性原则”、“成熟型原则”、“经济性原则” 和“环保性”原则五大原则。同时，综合考虑各方面需求，大飞机的材料也要知足适 航当局、飞机设计制造商、航空公司等三方面的哀求。
中国商飞已具备基本的选材能力，C919 选材兼具成熟性和前辈性。中国商飞已 经基本建立起“在理解自己产品需求的根本上科学评价材料可用性”的技能能力。已 经基本具有工程设计中材料选用权、材料及供应商的合格鉴定权、采购过程中的选择 权。商飞为 ARJ21 和 C919 两款飞机共计选用金属材料 100 种、非金属材料 200 余种、 标准件数千规格。同时，选材中表示了成熟性和前辈性的结合，以 C919 大型客机为 例，在中心翼、机翼、机身等主承力部段上利用了经 ARJ21 飞机成功验证的铝合金等 成熟材料，在尾翼、后机身和襟缝翼上利用了复合股料，特殊是在尾翼盒段和后机身 前段上利用了国外前辈的第三代中模高强碳纤维复合股料，在机身蒙皮和长桁构造中 利用了第三代铝锂合金。
2.铝合金2.1.铝合金目前霸占航空材料的主导地位
铝材是民机制造最主要的关键材料之一，也是运用最为广泛的材料。铝合金是 稠浊型金属，包括铜、锌、锰等多种金属元素。一方面，铝合金的密度小，其密度大 约是铁密度的三分之一，由于铝合金中含有丰富的稠浊金属元素，熔点在 60 摄氏度 旁边，可塑性较强，同时也兼有铜、锰等多种金属抗堕落性的特点，因此在航空领域 得到广泛运用。
C919 前机身、中机身、中后机身、机头与机翼构造件险些全是用铝材制造的， 铝材占全机构造总重的比例为 65%。上述紧张零部件是用当今高端传统 2xxx 系与 7xxx 系铝合金制造的，一些主要构造件则是用铝-锂制造的，一些次要的零部件与功 能零件，如空调系统、油路管、行李架、卫生举动步伐等则是用其他铝合金制造的。
C919 飞机是由一百多万个零部件连接组装而成，铝合金零件的连接与其他零件的连接如发 动机与机翼的连接，在飞机的制造中起着非常主要的浸染。 C919 大飞机所利用的铝材档次是最高的，符合它的哀求的铝合金材料在其他航 空器上也都可以利用。按生产工艺难度与价格高低可以将 C919 利用铝材分为如下的 几类：1）常用传统铝合金材料：7075-T62、7075-T73、7075-T73511、2024-T42、 2024-T3511、2024-T3 等；2）7050-T77 型与 7055-T77 合金；3）近代发展起来的铝锂合金：2196、2198、2099 等。第一类材料，我国已办理了“有无问题”，但竞争力 问题尚未办理。由于材料的经济性是飞机公司选材的主要原则之一，国产铝材必须各 项性能指标务必全面达到或超过制造原型取证机用的入口铝材的，以全面替代入口产 品，同时价格合理，才具备国际市场竞争力；第二类材料仍需办理供应问题；第三类 材料仍与国外有较大差距，研制一代新飞机所须要的全部新型铝材，纵然在工业发达 国家也须要六七年的韶光。
C919 铝合金或即将实现 100%国产化，带动 90000t 高端铝材市场。根据《铝材力 推三大“国之重器”遨游蓝天》，C919 原型机出于获取适航取证的须要，铝材均利用 入口材料，从第二架飞机开始，国产铝材的用量逐渐增加，2022 年 C919 的铝材（不 包括铝锂合金）国产化率可望达到 100%。根据《铝合金在中国民用航空器上的运用》， 假设未来 20 年可制造 1200 架 C919，每架的投铝量按 75t 匡算，需采购铝材、铸件、 锻件总计 90000t，每年均匀 4500t/a，若铸件按 15%打算，则铝材及锻件的采购量为 3825t/a。
制造 C919 大飞机所需的国产铝材，紧张由中国铝业集团有限公司供应的。例如 其下属的西南铝业继为 C919 飞机供应了 30 个规格、600 余件铝合金锻件外，2017 年 11 月又试制成功乘客不雅观察窗窗框和起落架轮毂精密模锻件。这些模锻件具有高强度、 高韧性、抗疲倦性强与抗堕落性高的特点，是飞机的关键构造件，紧张用在机翼、机 翼活动面、机身中心翼、起落架等部位。2018 年，西南铝业 7050 铝合金厚板通过适 航鉴定，得到中国商飞授权，进入 C919 飞机合格产品目录，冲破国外技能垄断。此 外，南山铝业也已具备民机关键铝材的研制能力，其板材、型材干系 5 项产品已列入 C919 飞机合格产品目录。
2.2.铝锂合金是航空航天最空想的构造材料
2.2.1.铝锂合金性能优胜，在航空航天领域得到良好运用
铝锂合金性能优胜，是当前最具竞争力的前辈材料。降落合金质量最大略的方 法便是向个中添加轻原子量元素，以减小合金的密度。锂是天下上目前为止创造的最 轻金属元素，锂在铝中的最大溶解度为 4.2%。前期研究创造向铝合金基体中每添加 1% 的 Li，可降落该合金密度 3%，弹性模量上升 5%～6%。铝锂合金比较于常规的 2XXX 系 和 7XXX 系高强铝合金，不仅具有低密度、高弹性模量、高比强度和高比模量的优点， 还兼具低的疲倦裂纹扩展速率、较好的高温及低温性能等特点，比较于复合股料，在 抗冲击、塑性和修复性等方面也具有不可替代的上风。铝锂合金是当代航空航天器材 设计中最具竞争力的材料之一。
铝锂合金已在航空航天器材上得到广泛运用。铝锂合金已经在军用飞机、民用 客机、直升飞机和航天器上利用，紧张用于机身框架、襟翼翼肋、垂直安定面、整流 罩、进气道唇口、舱门、燃油箱等。在新型飞机设计制造中，轻质和减重在航空领域 常常“克克计较”，采取铝锂合金可使飞机铝合金零部件的质量减轻 14%～30%，减重 的效果便是每架飞机每年的翱翔用度会低落 2.2%以上，以是铝锂合金被认为是航空 航天最空想的构造材料。
铝锂合金已发展到第三代，第四代高性能合金正在研制中。铝锂合金的研究和 开拓大致经历了 3 个阶段，第一代以 2020、BAД23 为代表；第二代以 1420、2090 为 代表；当前已发展到第三代铝锂合金，其具有较好的综合性能，新近开拓和改良的 1460、2198、2199、2050 等铝锂合金在前辈大型客机和航天器上运用广泛。为知足 航空航天工业的须要，天下上大型铝业公司和科研机构已经动手开拓第四代铝锂合金， 与第三代比较，新一代铝锂合金的锂含量将会降落，而强度、断裂韧性有所提升，伸 长率有所降落，其他性能仍能达到乃至超越第三代铝锂合金的水平。
与第二代铝锂合金比较，第三代铝锂合金具有较传统铝合金更为精良的强度、 韧度、耐损伤性能等优点。如 2197 合金已在 F-16 战机的后机身舱壁和其他部件得到 成熟运用，该合金用于替代 2124 合金，战胜了疲倦寿命不敷的毛病，知足了服役 8000 小时的哀求，同时还得到减重 5%、断裂韧度提高 7%的效果。
2.2.2.C919 选用第三代前辈铝锂合金，但仍依赖入口
C919 选用第三代铝锂合金，占全机构造重量 8.8%，但目前仍依赖入口。C919 大 飞机的机身蒙皮、长桁、地板梁、滑轨、边界梁、地板支撑构造等部件都利用了第三 代铝锂合金。根据《我国航空航天对铝锂合金的需求》，全机铝锂合金材料占 8.8%， 超过同级别的波音 737 和空客 320 飞机，用量达到 14t，助力 C919 综合减重 7%。由 中航洪都制造的 C919 机身前部等直段部和中航西安制造的 C919 中机身和副翼大部件 均大量采取了铝锂合金板，但 C919 大飞机采取的第三代铝锂合金均来自奥科宁克铝 业公司。
铝锂合金已成为当前各国争相发展的主要航空材料，美国霸占大半市场。目前， 国外有完全铝锂合金生产体系的国家紧张分布在有限的美国、俄罗斯、英国、法国和 意大利共 5 个发达地区，铝锂合金的生产能力总计约 20 万 t/a。这些国家建立了熔炼 －铸造－加工的完全体系，个中熔炼－铸造是生产铝锂合金材料的关键工序。美国在 铝锂合金的研发、生产和运用上走在世界前列，其生产能力占到环球的 50%旁边，主 要生产企业有奥科宁克铝业公司、肯联铝业公司、爱励铝业公司。奥科宁克铝业公司 是环球最大的铝锂合金生产企业，产能约 5.5 万 t/a，紧张客户包括波音、空客、洛 克希德马丁、湾流宇航、中国商飞等浩瀚大型民用及军用飞机制造商。俄罗斯铝锂合 金的研发、生产和运用始于前苏联，是仅次于美国的天下第二大研发、生产与运用大 国；生产能力占到环球的 25%旁边；市场紧张是面向俄罗斯海内的航空航天部门。
我国铝锂合金研制起步较晚，在工业生产及运用方面与美俄差距较大。我国直 到 20 世纪 80 年代中期才正式启动铝锂合金的研发事情。中南大学、北京航空材料研 究院、航天 703 所、北京有色院以及西南铝业公司等高校和单位依托国家干系课题项 目，环绕铝锂合金的身分设计、组织调控以及性能天生等方面进行了深入系统的研究， 已经能够家当化制备多种铝锂合金。并根据航空航天领域铝合金的运用背景和性能要 求，开拓出了综合性能良好的铝锂合金，建立了具有自主知识产权的合金牌号，如 2A97、X2A66。个中，X2A66 合金是我国铝锂合金研发事情的重大打破。但在铝锂合 金根本研究与工业生产及运用方面，与美、俄仍存在较大差距，当前仅有西南铝业能 够生产少量铝锂合金，年产量不敷 100t，远远不能知足国产大飞机的需求。（报告来源：未来智库）
3.钛合金3.1.钛合金广泛用于飞机机身及发动机
与铝、镍等紧张航空用金属比较，钛是唯一一种广泛用于机身及发动机的材料。 钛合金是 20 世纪 50 年代发展起来的一种主要的新型构造材料，钛比钢密度小 40%， 而钛的强度和钢的相称，这可以提高构造效率。同时，钛的耐热性、耐蚀性、抗弹性 和成形加工性良好。由于钛具备上述特性，从一涌现钛合金就运用于航空工业。钛是 飞机的紧张构造材料，也是航空发动机风扇、压气机轮盘和叶片等主要构件的首选材 料，被誉为“太空金属”。钛合金在飞机和发动机中的利用量也是衡量其前辈性的重 要指标之一。飞机越前辈，钛用量越多。根据《航空用钛合金研究进展》，美国 F22第四代机用钛含量为 41%(质量分数)，其 F119 发动机用钛含量为 39%，是目前用钛含 量最高的飞机。
按相组成钛合金可分为密排六方构造(HCP)的 α 型钛合金(包括近 α 型合金)— 即海内牌号 TA、两相稠浊的 α+β 型钛合金—即海内牌号 TC 和体心立方构造(BCC) 的型钛合金(包括近 β 型合金)—即海内牌号为 TB。α 型钛合金紧张含 Al、Sn 等元 素具有良好的抗蠕变性能，强度、可焊性以及韧性，是高温下的首选合金，同时，α 型合金不存在冷脆性，它也适宜在低温环境中利用，扩大了其运用范围。α+β 型钛 合金中同时加入 α 稳定元素和 β 稳定元素，使 α 和 β 相得到强化，具有优秀的综 合性能，如其室温强度高于 α 合金的，热加工工艺性能良好，可以进行热处理强化， 因此适用于航空构造件，也可用于航空发动机压气机盘、旋转子和其他部件。β钛合 金的双态组织具有良好的强度、塑性和韧性的匹配，因此得到广泛利用，同时，β 钛合金所具有的可热处理强化性和深淬透能力使得它逐渐代替 α+β 两相钛合金成为 用于飞机机身和机翼的首选构造材料，在航空航天工业中发挥越来越主要的浸染。
3.1.1.飞机机身用钛合金
飞机构造用钛合金紧张运用在飞机骨架、舱门、液压管路及接头、起落架、蒙 皮、铆钉、舱门、翼梁等。20 世纪 50 年代，美国首次将钛合金用在 F-84 轰炸机上 作后机身隔热板、导风罩、机尾罩等非承力构件。60 年代开始，钛合金在军用飞机 中的用量迅速增加，占到飞机构造重量的 20%～25%，利用部位从后机身移向中机身， 部分地代替构造钢制造隔框、梁、襟翼滑轨等主要承力构件。70 年代起，民用飞机 也开始大量利用钛合金，如波音 B747 客机的钛合金用量达 3640kg 以上。飞机构造用 钛合金的利用温度一样平常不高于 350℃，其在比强度、韧性、抗疲倦性能、焊接工艺性 能等方面有较高哀求。在飞机机身中运用较广泛的钛合金有 β-21S(Ti-15Mo-3Al2.7Nb-0.2Si)、Ti-10-2-3(Ti-10V-2Fe-3Al)、Ti-15-3(Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn)[67]、 Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr 等。
采取钛合金做机身材料有以下 5 方面上风：1)替代钢和镍基高温合金可大大降落 飞机质量。高推许比让钛合金能够替代强度稍好的钢而用于飞机零部件中。2)能够满 足飞机强度哀求。与铝合金比较，60%旁边质量的钛合金即可达到相同的强度。在使 用温度超过 130℃时，钛合金能取代铝合金，由于这一温度是传统铝合金的极限适用 温度。3)耐堕落性良好。大部分飞机支撑机构在厨房、厕所下面，很随意马虎产生堕落， 钛合金不须要表面防腐涂层或者镀膜。4)与聚合物复合股料电化学相容性好。5)空间 的限定，替代钢和铝合金。
3.1.2.航空发动机用钛合金
发动机是飞机的心脏，钛合金用量占发动机总质量的 25%~40%。发动机的风扇、 高压压气机盘件和叶片等迁徙改变部件，不仅要承受很大的应力，而且要有一定的耐热性。 这样的工况条件对铝来说温度太高；对钢来说密度太大。钛是最佳的选择，钛在 300~650℃温度下具有良好的抗高温强度、抗蠕变性和抗氧化性能。同时，发动机的 一个主要性能指标是推许比，即发动机产生的推力与其质量之比。最早发动机的推许比为 2~3，现在能够达到 10。推许比越高，发动机性能越好。利用钛合金替代原镍基 高温合金可使发动机的质量降落，大大提高飞灵活员机的推许比。钛在飞灵活员机上 的用量越来越多。在国外前辈航空发动机中，高温钛合金用量已占发动机总质量的 25%~40%，如第 3 代发动机 F100 的钛合金用量为 25%，第 4 代发动机 F119 的钛合金用 量为 40%。
3.1.3.航空紧固件用钛合金
钛合金紧固件作为复合股料唯一连接材料，随复材用量增加而不断增加。不论 军民用飞机还是航天器上，除了金属构件还有很多碳纤维复合股料。钛与碳纤维复合 材料的电极电位附近，钛合金又成为复合股料惟一的连接材料。因此，随着前辈军民 用飞机钛合金和复合股料用量的不断增加，对钛合金紧固件的需求日益加大。钛合金 用作航空紧固件，至少具备以下 4 点上风：1)减重效果好。俄罗斯的一架伊尔-96 飞 机用紧固件 14.2 万件，可减少质量近 600kg。我国航空航天系统钛合金紧固件的使 用也有明显的减重效果。飞机和航天器减少质量后，可以提高推力、增加射程、节省 燃料、减少发射用度等。2)钛合金精良的耐堕落性能，尤其是它正电位与碳纤维复合 材料匹配，可以有效防止紧固件发生电偶堕落。3)在飞机构造中，紧固件部位因温度 较高，不能采取铝合金，只能利用钛合金。4)钛具有良好弹性和无磁，对付防止紧固 螺栓的松动和防磁场滋扰至关主要。
3.2.C919 大飞机钛用量占 9.3%，国产化率最高
C919 大飞机钛合金用量占全机构造重量的 9.3%，超过同级别的波音 737 和空客 A320。为了降落飞机的质量，提升飞机的经济性，C919 大型客机广泛采取钛合金材 料，前机身压板、机头蒙皮、悬挂、中心翼缘条、尾翼接头、机翼滑轨等部位均利用 了钛合金，总用量达到机身构造重量的 9.3%。我国第一次在一款民用飞机上大量使 用钛合金，而同级别的波音 737 和空客 A320 飞机钛合金用量分别为 4%、4.5%。
C919 选用 6 个钛合金牌号，制品形态多样。根据《钛合金材料及其新技能在在 C919 飞机上的运用》，综合考虑钛合金的产品性能、本钱、交付周期等，C919 飞机选 择了 6 个钛合金牌号，包括低强高塑性、中强中韧、中强高韧、高强高韧及系统用材， 产品形式涵盖了锻件（投影面积≤1.1 ㎡，哀求的棒材直径≤450mm）、厚板（4.76- 80mm）、薄板、型材、管材、丝材等。C919 选材严格，对付钛合金产品性能的评估要 点包括静强度、疲倦、损伤容限、耐蚀性能、机加性能、表面处理、无损检测等。
钛合金为 C919 上国产化最多的前辈材料，宝钛集团和宝钢股份都已有材料在大 飞机上利用。宝钛股份为海内钛材龙头企业，是国产大飞机机身钛材紧张供应商， 先后承担了国家Ti-3Al-2.5V（TA18）管材、β热处理的Ti-6Al-4VEIL厚板、β处理 的 Ti-6Al-4V 合金型材、TB5 板材工程化研制四个型号用材料研制任务，为首架 C919 飞机供应了多种规格的钛合金棒材、厚板和薄板材料。宝钢以飞机起落架用高强钢、 钛合金及大飞灵活员机用材等作为重点研发方向，成功研制出 TC4、TC18、TA15 等４ 大牌号的大型钛合金棒材、等温锻件。
西部超导 Ti-6Al-4V 钛合金通过商飞资质认证，即将共享大飞机广阔市场。西部 超导紧张从事高端钛合金材料和低温超导材料的研发与制造，是我国航空用钛合金棒 丝材的紧张研发生产基地，也是目前国际上唯一的铌钛(NbTi)锭棒及线材全流程生产 企业。为知足 C919 大飞机用钛材须要，西部超导定增募资 10 亿元，用于航空用特种 钛合金扩能技改项目等。根据公司2021年半年报，公司已经通过了商飞公司Ti-6Al4V 钛合金材料的资质认证，未来将逐步实现产品批量交付。 根据立鼎家当网数据，C919 钛材用量约为 3.92 吨/架，假设未来 20 年可制造 1200 架 C919，在不考虑损耗率的情形下估量带来 4700 吨航空钛材需求量。
4.复合股料4.1.复合股料用量快速提升，成为衡量前辈飞机的主要指标
复合股料是除铝之外最主要的航空和航资质料。复合股料一样平常指由两种或两种 以上异质、异型、异性材料（一种作为基体，其他作为增强体）复合而成的具有分外 功能和构造的新型材料。20 世纪 70 年代后期相继开拓了一批如碳纤维、碳化硅纤维、 氧化铝纤维、硼纤维、芳纶纤维、高密度聚乙烯纤维等高性能增强材料，并利用高性 能树脂、金属与陶瓷为基体，制成前辈复合股料。这种前辈复合股料具有高比刚度、 高比强度、性能可设计、抗疲倦性和耐堕落性等优点，越来越广泛地运用于各种航空 航天翱翔器，大大地促进了翱翔器的轻量化、高性能化、构造功能一体化。
复合股料用量快速提升，其运用比例是是新一代大飞机安全性、经济性、舒适 性和环保性的主要指标。根据《航空航天领域前辈复合股料制造技能进展》，前辈复 合股料在航空航天领域的运用始于军用飞机，是为知足其对高机动性、超音速巡航及 隐身等哀求而不惜本钱开始采取的。近年来由于构造轻量化的哀求，民用飞机在复合 材料用量方面也呈现增长的趋势。以1990年研制的波音777为例，在其机体构造中， 复合股料仅占 11%，而且紧张用于飞机辅件，如尾翼和操纵面等。到了 2009 年波音 787 首飞时，复合股料的利用涌现了质的飞跃，其用量已占到构造重量的 50%，而空 客 A350 的复合股料用量更是达到了 52%。
大飞机的主承力构造件采取复合股料制造已成趋势。复合股料运用部位已由飞 机的非承力部件及次承力部件发展到主承力部件，并向大型化、整体化趋势发展。复 合股料在飞机上的运用经历了前缘–口盖–整流罩–扰流板–升降舵–方向舵–襟副 翼–垂尾–平尾–机身和机翼等主承力构造运用的过程。复合股料是大型整体化构造 的空想材料，与常规材料比较可使飞机减重 15%～30%，构造设计本钱降落 15%～30%。
复合股料在发动机机体构造上的运用晚于飞机构造，近年来也得到了大量运用。 航空发动机的冷却系统、发动机短舱和反推力装置的设备零件都有复合股料的运用。 由于这些零件须要比强度高、隔噪声强和耐堕落性强等苛刻的哀求，而碳纤维复合材 料这些方面都非常的出色，因此被广泛利用。风扇段重量占发动机总重量的 30%～ 50%，通过液体成型制备的风扇叶片和机匣，对发动机的减重效果十分明显。同时， 欧美最新利用的预制体和 RTM 成型工艺的自动化水平较高，叶片制造的全过程仅需 24h 即可完成，估量能达到每 30min 生产 1 个叶片的生产效率。
受利用条件和自然环境的制约，民用飞机对其经济性、舒适性、环保性等方面都 有着十分严格的哀求。复合股料能很好地知足民用飞机的设计哀求，对民机制造业产 生了深远的影响。根据《复合股料在新一代大型民用飞机中的运用》，以波音 787 为 例，复合股料的上风紧张表示在：
1）提高了民用飞机的经济性：民用飞机的本钱不仅仅是飞机的购买价格，还要 考虑油耗、维修本钱、寿命等成分。虽然复合股料比铝合金贵得多，但是它所带来 的经济效益远远超过了它的负面效应。波音 787 复合股料整体机身省去了所有纵向蒙皮拼接件，减少了1500块铝合金板和4~5万个连接件，使机体构造更加轻盈坚固， 节省了油耗和维修本钱。波音 787 的场外维修间隔韶光从波音 767 的 500h 提高到 1000h，维修用度比波音 777 降落了 32%，都带来了可不雅观的经济效益。
2）提高了民用飞机的舒适性：目前大部分飞机的舱内气压相称于外界 2400m 高 度处的压力，而波音 787 客舱内的气压约为 1800m 高度处的压力，为乘客供应了更加 舒适的旅行享受。波音 787 舱压的提升仅仅使机身质量增加了 70kg。而利用铝合金 机身，要达到这一指标，其构造质量将增加 1t。同时复合股料精良的抗疲倦特性为 波音 787 客舱大尺寸舷窗设计供应了可能。波音 787 的舷窗尺寸达到 280mm480mm， 比空客 A330/A340 的窗口面积增大了 78%，使乘客可以拥有更大的视野。此外，整体 成型的复合股料机身要比用铆钉连接的铝合金机身利用更少的紧固件，表面光洁度要 好得多，有效地减少了机身表面的湍流噪声。
3）提高了民用飞机的环保性：面对较高的燃油价格和越来越严格的污染物排放 标准，复合股料飞机节能减排的优点显得尤为主要。轻便的复合股料构造件能够提高 飞机的翱翔效率，降落油耗。波音 787 与同类飞机比较可以节省 20%的燃油，这当中 8%是依赖运用复合股料而实现的。（报告来源：未来智库）
4.2.碳纤维复合股料是运用最为广泛的前辈复材
碳纤维复合股料是目前国际上航空领域运用最为广泛的复合股料。它是由碳纤维 作为增强体，树脂、金属、陶瓷等作为基体复合而成。个中，飞机构造材料紧张以环 氧树脂基碳纤维复合股料为主，本节紧张环绕该类复合股料展开谈论。
4.2.1.碳纤维是含碳量在 90%以上的高强度、高模量的新型纤维材料
碳纤维（Carbon Fiber）是一种丝状碳素材料，由有机纤维经碳化以及石墨化处 理而得到的微晶石墨材料，直径 5-10 微米，含碳量高达 90%以上。碳纤维力学性能 精良，比重不到钢的 1/4，碳纤维复合股料抗拉强度一样平常都在 3500Mpa 以上，是钢的 7-9 倍，同时具有轻质、高强度、高弹性模量、耐高低温、耐堕落、耐疲倦等精良特 性，因此广泛运用于航空航天领域。
碳纤维可以按纤维数量、拉伸模量、拉伸强度不同来进行分类。按纤维数量不 同，碳纤维可分为小丝束和大丝束，小丝束一样平常指丝束数量小于24K的碳纤维（1K代 表一束碳纤维中有 1000 根丝），紧张用于国防军工、航空航天领域；大丝束指丝束数 量大于即是 48k 的碳纤维，用于通用工业领域。按拉伸模量不同，碳纤维可分成标准 模量、中等模量和高模量三类。而常见的 T300、T400、T700、T800、T1000 引自日本 东丽公司碳纤维产品型号，紧张以拉伸强度来划分。
4.2.2.树脂基碳纤维复合股料在航空领域广泛运用
碳纤维复合股料因此碳纤维为增强材料，以树脂、金属、陶瓷等作为基体材料， 经由复合成型制成的构造材料。与传统的金属材料比较，其具有密度小、比强度／ 比刚度高、耐堕落、抗疲倦、耐高温、便于设计、易于大面积整体成型加工等优点。 按基体的不同，可分为树脂基复合股料（CFRP）、碳／碳复合股料（C／C）、金属基复 合股料（CFRM）、陶瓷基复合股料（CFRC）及橡胶基复合股料（CFRR）等。CFRP 是碳 纤维最紧张的消费领域，其在环球碳纤维复合股料市场中的消费占比约为 80%。
碳纤维/环氧树脂复合股料(CFRP)是大型整体化构造的空想材料，可使飞机减重 20~40%，大幅降落本钱。与其他航空航天金属合金比较，CFRP 有更高的比强度/模量， 重量更轻，更好的耐堕落性和抗疲倦寿命性，更大的有效载荷（职员、航空电子设备、 弹药等以及更长的航程和燃油节省，碳纤维复合股料的耐高温性非常好，机件在利用 过程中能够承受高温带来的影响，减少不必要的丢失，在高温条件下它的属性和性子不会轻易的发生变革，为航空设备的平稳运行供应保障。更主要的是，CFRP 的良好 成型性可以使构造设计本钱和制造本钱大幅度降落（零件和紧固件较少）。空客公司 提出更多地用轻质高强材料使机身减重 30%，全体翱翔本钱可降落 40%。
4.2.3.大飞机研制推动碳纤维复合股料行业发展
航空需求推动碳纤维工业的发展和前辈复合股料技能日趋完善。根据《碳纤维 复合股料在大飞机上的运用》,1981 年，波音公司提出需求高强度、大伸长的碳纤维， 促进了高性能碳纤维的研发步伐。1984 年，日本东丽公司率先研制成功 T800；1986 年，又研发成 T1000。随后，日本东邦、三菱人造丝公司和美国 Hexcel 公司相继研 制出同类高性能碳纤维，为制造大飞机供应了新型复合股料。
韧性 CFRP 是范例的用来制造大飞机一次和二次构造件的韧性复合股料。前辈通 用级 T300 碳纤维其 CFRP 可用来制造飞机的二次构造部件。例如，T300/5208 用来制 造 B757、B767 和 B777 的二次构造部件。但因 T300 的抗拉强度仅为 3.53GPa，抗拉模 量为 231GPa，特殊是断后延长仅有 1.5%，知足不了制造一次构造件的哀求。随后开 发成功的高强中模型碳纤维在上述 3 项质量指标有了大幅度提高，在配套韧性环氧树 脂所制高性能韧性 CFRP 就可用来制造大飞机的一次构造件。韧性 CFRP（如 T800H/3900-2）是当前制造前辈大飞机一次和二次构造件的范例材料。目前，日本东 丽公司为 B787 客机研发了第三代增韧环氧复合股料 T800S/3900–2B，属于经改进的 大丝束碳纤维，该材料的冲击后压缩强度值（CAI）达到了 315~345MPa。
碳纤维复合股料成型技能紧张包括预浸料-热压罐工艺、液体成型工艺、非热压 罐工艺、模压、缠绕和拉挤成型工艺。预浸料-热压罐工艺是目前运用最为广泛、最 为成熟的航空复合股料构造成型工艺。它紧张因此预浸料为加工工具，通过热压罐来 供应必要的压力环境，并在一定的温度下使预浸料叠层完成固化而得到复合股料零件 的制造技能。多用于主承力构造，如机翼、中心翼盒、机身等。液体成型工艺（LCM） 是将液态树脂（或加热熔化预置的树脂膜）注入铺在模具上的纤维预成型体，树脂在 流动的同时完成纤维的浸润并经固化成为制品，可以省略预浸料加工、预浸料低温储 存和利用昂贵的热压罐 3 道工艺过程，是进入本世纪以来发展迅速的一种低本钱工艺。 而非热压罐（OOA）工艺是另一种低本钱的新工艺，专指相对付传统预浸料+热压罐 工艺，依然采取预浸料但不须要热压罐设备，仅在真空压力下固化的工艺技能，尚处 于初步试用阶段。
4.3.C919 复合股料用量占 12%，首次利用 T800 碳纤维复合股料
C919 的复合股料用量约为 12%（飞机构造重量），紧张利用碳纤维复合股料。根 据《C919 上用了哪些新材料》，复合股料运用部件包括水平尾翼、垂直尾翼、翼梢小 翼、后机身（分为前段和后段）、雷达罩、副翼、扰流板和翼身整流罩等。如此大规 模的采取碳纤维复合股料，海内尚属首次。此前 ARJ21 支线客机复合股料用量为 8% 旁边，其方向舵和翼梢小翼采取了碳纤维/环氧树脂复合股料，翼身整流罩和机头雷 达罩采取了玻璃纤维/环氧树脂复合股料。在 C919 复合股料构造件中，有大尺寸复合 材料壁板构造（水平尾翼、垂直尾翼）、蜂窝三明治夹层构造（活动面）、大曲率变截 面（后机身）等繁芜构造，加之尺寸很大，使得制造难度增加。C919 客机中心翼盒 原操持采取复合股料，但由于缺少运用及验证履历，为了担保研制进度，终极改为了 传统的金属构造。
C919 大型客机是海内首个利用 T800 级高强碳纤维复合股料的民机型号。比较 T300 级材料，T800 级材料强度、模量更高，韧性更强，具备更好的抗冲击性。因此， C919 上受力较大的部件，如后机身和平垂尾等都利用了 T800 级碳纤维复合股料。 T300 属于第一代民机复合股料，其树脂基体为未增韧的脆性环氧树脂基体，增强纤 维为 T300 碳纤维，拉伸强度约为 3.5GPa，拉伸模量约为 230GPa。T300 呈现脆性材料 性能特色，对冲击载荷引起的分层损伤比较敏感，因此只能用于受力不大的次承力结 构。C919 上利用的 T800 材料采取增韧环氧树脂基体，增强纤维为 T800 碳纤维，拉伸 强度和拉伸模量较 T300 提高 50%旁边，也是目前国际上主流民机主承力构造运用最 为广泛的复合股料。
4.4.海内高性能碳纤维复合股料发展现状
总体而言，我国复合股料技能的研究水平和家当化水平与发达国家比较还有较大 的差距。我国通过民机型号研制以及一系列民机预先研究，已初步建立了“设计–制 造–装置–维修”的复合股料一体化观点和相配套的技能体系，但也面临着材料体系 单一、材料规范不全、材料性能数据积累不敷、供应链不完善等问题。前辈复合股料 作为我国的一项“卡脖子”技能，应以“自主可控”为目标，尽快实现其国产化。
4.4.1.碳纤维方面
海内企业已具备 T300、T700 级碳纤维批量生产能力；T800 完成小规模试制，但 在产品质量和稳定性方面与国外仍有差距。多年来，在政府对碳纤维行业的发展的 大力支持下，我国碳纤维行业得到较大发展：根据中航高科 2020 年年报，海内企业 已具备航空用 T300 级和 T700 级碳纤维的技能和批生产能力，且已在军用航空复合材 料上批量运用；T800 级碳纤维完成了工程化试制，正在进行装机验证。部分民企已 具备航空复合股料树脂、预浸料和复合股料零件研制或生产能力。但是，由于前期国 内碳纤维行业缺少核心技能团队，多数企业依赖于入口生产设备、缺少对其消化和吸 收能力，生产技能和生产线自动化均较弱，导致生产工艺稳定性和过程掌握的同等性 较差，影响碳纤维的产品质量和稳定性，生产本钱较高。未来须要实现“从有到优”， 详细路径便是稳质降本，低本钱生产技能是大小丝束共同须要的根本技能。
4.4.2.高韧性树脂基复合股料方面
我国高韧性复合股料技能能力与国外差距较小。根据《航空碳纤维树脂基复合 材料的发展现状和趋势》，当前，以 5228A 为代表的热塑性树脂共混增韧高温固化环 氧树脂基体发展成第二代高韧性树脂基体，其复合股料的 CAI 为 250MPa 以上。结合 海内 T800 级碳纤维的研制成功，航空工业复合股料技能中央研制了新一代高韧性环 氧树脂基复合股料 AC531，冲击后压缩强度达到了 340MPa 以上，达到了第三代韧性 复合股料的水平。从复合股料韧性水平来看，海内与国外的差距较小。
4.4.3.复合股料工艺方面
C919 研制项目推动复合股料自动化工艺技能发展。大飞机研制之前，海内各大 飞机制造公司没有大型复合股料零件生产的自动扮装备，如预浸料自动铺带机、热隔 膜成型机、大型无损检测设备及标准、大型热压罐等等。复合股料的铺贴一样平常采取人 工手铺，轻微大一点的零件即须要几个班组加班加点，制造效率低，产品重复性也差。 面对这种情形，海内航空制造企业有操持地采购国外成熟的制造设备，为大型复合材 料的研制供应保障。几年间诸如预浸料自动铺带机、自动铺丝机等前辈设备陆续安装 调试并投入利用。至此，中国具有了可以快速、稳定铺放大尺寸复合股料的国际顶尖 的设备和能力。其余，复合股料热隔膜成型设备、复合股料超声波裁断机、大型水切 割设备、大型 C 扫描等前辈自动扮装备也成为了海内复合股料零件供应商的生产装备。
海内已节制低本钱液体成型工艺并实现工程运用。近年来海内已经开拓了系列 工艺性和力学及耐热性能优秀的液态成型树脂体系，耐温涵盖了从 60~350℃的温度 范围，这些液态成型材料体系打破了低黏度化等技能难题，并研发了与各树脂体系匹 配的定型剂材料，建立了相应的材料和工艺标准，在多个型号中实现了工程运用，扩 大了碳纤维复合股料的运用范围。
4.4.4. 供应链方面
碳纤维是国家加快发展的计策性新兴家当，高性能碳纤维研发及家当化项目受 国家经费支持。为促进我国前辈复合股料技能进步，推动我国前辈复合股料技能整 体研发能力的提升和家当化发展，知足 C919 客机的发展须要，我国将江苏航科复合 材料科技有限公司的“大型民用客机关键零部件用 T800 级碳纤维的研发及其家当化 项目”列入国家计策性新兴家当发展重大专项。受到国家扶植的干系项目还有：中简 科技发展有限公司 T700/T800 级碳纤维及复合股料研发、家当化及在航空领域的运用 示范项目，江苏恒神纤维材料有限公司千吨级(GQ4522 级)碳纤维复合股料在航空领 域运用验证与家当化项目，湖南博云新材料株式会社年产 305t 高性能碳/碳复合 材料研发与家当化项目等。
中航高科卡位预浸料核心环节，深度参与国产大飞机研制过程。预浸料是制造 复合股料及其制件的中间材料，构成了复合股料的基本单元，其质量的均匀性和稳定 性，是担保复合股料及其制件质量和可靠性的主要环节。中航高科是海内航空碳纤维 预浸料龙头企业，下属航空工业复材深度参与国产大飞机预浸料研制，2018 年年报 表露其生产的 C919 用国产预浸料完成首批交付，实现了此领域国产材料零的打破； 2020 年年报表露两种 C919 国产预浸料在新生产线验证中通过中国商飞 PCD 预批准， 开展 C919 升降舵工艺验证明验，参与 C919 第三战线复合股料尾翼优化项目；2021 年 完成 C919 某试验件的设计，并得到 CR929 飞机前机身事情包唯一入选供应商资格。 公司已与制造院签署了《前辈航空复合股料系列预浸料技能履行容许协议》，为国产 T800 级预浸料家当化发展创造了条件，随着后续 C919 批量交付，公司将直接管益。
博云新材与霍尼韦尔合伙，为 C919 供应碳/碳复合股料机轮刹车系统。C919 大 飞机的机轮刹车系统涉及碳/碳复合股料及高温合金的生产与制造。碳/碳复合股料是 碳纤维及其织物增强的碳基体复合股料，具有低密度、高强度、高比模量、高导热性、 低膨胀系数、摩擦性能好，以及抗热冲击性能好、尺寸稳定性高档优点，是如今在 1 650℃以上运用的少数备选材料，最高理论温度更高达 2600℃。用炭/炭复合股料制 造的机轮刹车系统，耐高温，性能好，利用寿命是金属材料的 2～4 倍，质量只有其 1/4，对飞机性能的提升大有好处。2012 年，博云新材与中国商飞、霍尼韦尔国际等 企业共同签订了《C919 飞机项目机轮刹车系统主条约》，约定由博云新材供应机轮刹 车系统，协议期限覆盖 C919 全系列型号的生产及商用机服役期。2017 年 C919 成功首 飞，搭载的便是博云新材的机轮刹车系统。（报告来源：未来智库）
4.4.5.市场空间方面
C919 复材国产化进程或即将开启，估量带来年均 300 吨复合股料需求。C919 原 型试飞验证机用的碳纤维复合股料都是入口的。目前，海内航空碳纤维树脂基复合材 料技能体系基本建立，与国外复合股料性能的差距日渐缩小，高性能碳纤维在军用飞 机上已有运用。估量在 C919 大飞机取得适航认证后，或将开启复合股料国产化替代 进程。C919 碳纤维复合股料利用量为 12%旁边，每架空机重量 42 吨，则单架 C919 碳 纤维复材用量约在 5 吨。假设未来 20 年可制造 1200 架 C919，在不考虑损耗率的情形 下估量带来年均300吨复合股料需求量。根据中复神鹰招股解释书，C919对国产T800 级碳纤维的需求将达到年均 100 吨。
未来 CR929 对国产碳纤维需求量将超过式增长。根据《复合股料在大飞机主承力 构造上的运用与发展趋势》，CR929 远程双通道宽体客机操持在机翼及机身构造上大 面积利用复合股料，估量利用比例超过 50%。2018 年底，CR929 宽体客机复合股料前 机身攻关全尺寸筒段顺利总装下线，该全尺寸筒段长约 15m，直径约 6m，环向壁板分 为 4 块，由纵缝拼接而成，最大框弧长约 6m。该筒段的研制打破了壁板 AFP 工艺、全 尺寸级长桁制造和装置等技能难题，是海内首次采取全复合股料设计理念开展的宽体 客机机身大部段研制事情。估量未来 C919 批量交付和 CR929 研制加快将为碳纤维在 民用航空领域的运用供应更大的发展机遇。
（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需利用干系信息，请参阅报告原文。）
精选报告来源：【未来智库】。未来智库 - 官方网站
