中国航空材料市场规模巨大 国产化大势所趋

　　随着我国材料工业正在由大变强，也随着我国民机产业发展进入快车道，航空材料的市场需求规模巨大，航空材料国产化也将是大势所趋。这是记者从11月18日至19日在上海召开的2020（第六届）航空材料与制造工艺上海国际论坛上获得的消息。

　　本届论坛由上海市闵行区科学技术协会、上海市航空学会、民用飞机材料产业发展联盟、中国商飞上海飞机制造有限公司、宝武特种冶金有限公司联合主办；中国航空学会、中国商用飞机有限责任公司支持；中国商飞上海飞机设计研究院、中国航发商用航空发动机有限责任公司、中国高温合金产业技术创新战略联盟协办；上海广尧商务咨询有限公司承办。

　　航空材料是航空工业发展的基础，涉及大量的全球进出口贸易，由于全球的航空零部件厂商对材料的高需求，亚太、欧洲和北美地区航空航天材料市场持续走高，中国航空材料市场巨大，全球航空航天材料市场规模预计到2022年将达到258亿美元，2017年至2022年的年复合增长率为6.9%。据预测，到2023年中国航空仅复合材料市场规模就将达到282.7亿元人民币。

　　材料是实现先进飞机高性能、轻量化、高可靠、长寿命、低成本等的重要技术保障，而且飞机具有用途多、使用环境多样、服役环境苛刻等特点，这些都对先进飞机使用的材料与制造技术提出很高要求。基于飞机材料的重要性，世界航空强国对飞机材料的发展都予以高度重视。航空技术的进步与发展，对航空材料的更新起着积极的推动作用。与此同时，新材料的出现，制造工艺与理化测试技术的进步，又为航空产品的设计与制造提供了重要的物质与技术基础，从而不断推动航空产业的发展。

　　当前，我国产“新舟”系列已交付百架，ARJ21支线客机交付39架，大型干线客机C919正在6机4地密集试飞中，国内外订单达815架，我国民机产业已步入发展快车道。复合材料在航空航天领域的使用已经非常广泛，在国产大飞机C919以及中俄宽体项目CR929上，也将使用大量的复合材料。

　　据中国商飞复合材料中心典型结构部主任、研发工程师陈萍透露，国内外所研发的先进金属材料在国产大飞机C919上都有所应用，其中复合材料在C919上主要用于后机身段，复合材料用量约为12%；不过未来CR929除了机头以外，整个机身和机翼尾翼都计划采用复合材料，复合材料用量的目标是在50%以上。

　　她认为，复材在大型客机的使用上，是从尾翼等次承力结构向机身、机翼主承力结构不断扩展。“当前，国内大型客机复合材料在国内的运用技术成熟度和生产效率还有待提高，全自动专业化生产线有待实现，液体成型技术有待进入生产线正式展开应用。未来，高性能、高效率、低成本将会是未来原材料领域主要发展方向。”

　　100多年来，人们对飞机的要求是越来越高：旅客要求更安全更舒适、制造商要求成本更低更耐用、航空公司要求运营更经济……其实这些需求与航空材料和制造工艺的创新升级密不可分。

　　其实要实现上述目标，对于民机设计者来讲，就是要做到以下两条：减重和长寿命设计；对于材料而言，就是两点需求：轻质、高的耐损伤容限性能。用通俗的话来讲，就是飞机要足够轻，又要足够耐用。

　　中国商飞上海飞机设计研究院型号副主任设计师、研究员李红萍表示，针对这两个设计目标，简练对应到材料上的需求就是飞机要减重一定要用轻质的材料；高的损伤容限性能具体到材料，就是要求断裂性能一定要好，损伤容限性能要好。尽管如今新型飞机上复合材料比例越来越大，金属材料依然是主体，C919铝合金还占62%左右，ARJ占72%左右。但是新一代的先进铝锂合金也要做到轻质，机身上还有大量的高强高韧敏感性这一系列的合金应用。事实上，对于航空材料的要求是越来越高。

　　她结合商飞的使用现状以及国外供应商的研发方向，预估未来5-10年金属材料主要研发方向有：适用于机身壁板、梁、机身框等部位应用的铝锂合金厚板；适用于机身蒙皮用的铝锂合金薄板；适用于蒙皮壁板长桁用铝锂合金型材；高（中）强高韧耐损伤容限性能的先进铝合金；高耐损伤容限性能、超高强度的不锈钢等。

　　航空材料的国产化是大势所趋。中国宝武作为全球钢铁技术引领者，一直致力于新材料的研发及应用。据宝武特种冶金有限公司副总工程师马天军介绍，宝武特冶产品包括钛合金、高温合金还有超高强度钢等与航空材料关联度非常大。该企业在1966年就通过了高温合金双真空冶炼，这些年为国家重大装备材料方面实现很多重大突破。这几年，新型变形高温合金开发步伐不断加快，整体和世界上基本上同步。还与研究机构合作开发了一系列耐高温的难变形的高温合金材料，部分产品实现了工程应用，为航空发动机更高要求提供更多可选材料。但是他也希望未来能在特种冶金等方面付出更多研究，不要让冶金技术质量等拖航空工业的后腿。

　　中国航发北京航空材料研究院副总工程师张学军表示，在航空领域，对于飞机和发动机来说，材料要求轻质、高强、耐高温，结构要低缺陷、高稳定性，这是航空材料增材制造的特点，也是未来要应用，必须要解决的问题。

　　增材制造（Additive Manufacturing，AM）俗称3D打印，融合了计算机辅助设计、材料加工与成型技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。相对于传统的、对原材料去除－切削、组装的加工模式不同，是一种“自下而上”通过材料累加的制造方法，从无到有。这使得过去受到传统制造方式的约束，而无法实现的复杂结构件制造变为可能。

　　为实现增材制造的可靠应用，张学军提出的解决办法，一是通过研究航空飞机和发动机在组织、缺陷、表面和结构方面的全流程表现和关键技术，确保航空飞机和发动机所用的材料和结构可靠性；二要注意解决基础性问题，提高技术成熟度；三要制定全流程的行业标准。

　　提升航空材料供给水平是先进制造业发展和制造强国建设的重要基础支撑。近年来，国家先后出台了一系列新材料领域的重大政策，为全面推动国家新材料产业结构调整和制造业转型升级指明了方向，提供了无限发展空间。

　　目前，在航空材料领域各方的共同努力下，我国已基本形成比较完整的航空材料研制技术体系和批量生产能力，具备了主要航空装备关键材料的供给能力。但是国产材料装机比例、民用飞机材料生产企业在生产质量管控和适航审定认知等方面仍然与国际先进水平有较大差距。

　　中国商飞于2018年10月成立了复合材料中心，复材中心是中国商飞的能力中心，也是一个技术中心，它主要负责复材典型结构以及相关的产品，从预研、设计、工艺、制造、维修的全过程管理及质量、进度、成本、适航等全要素管理，负责商飞复材技术体系建设和标准规范编制，负责复材产品供应商专业技术的输出和管控等。

　　2019年1月16日，民用飞机材料产业发展联盟成立。联盟是由中国商飞公司依托上飞院，联合国内民机材料研制单位、设计单位、检验检测单位、大学、企业和政府部门等具有独立法人资格的机构共同建设。联盟面向民机材料产业，以国家重大战略为指引，市场为导向，是政产学研用有效结合的公益性非法人组织，具有开放性、服务性、中立性和行业前瞻性等特征。联盟建设的民机材料体系涵盖金属、复合材料、功能非金属和标准件四大类。

　　为推动民机产业的整体发展，中国商飞公司坚持“主制造商-供应商”发展模式，最大限度聚集和利用国内外资源，打造民机产业“生命共同体”，举全国之力，聚全球之智，基本建成了“以中国商飞公司为核心，联合中航工业，辐射全国，面向全球”的中国民机产业体系。

　　中国商飞公司作为C919大型客机项目的研制主体，一直致力于依托大型客机项目提升国内民机新材料的研用水平，为增强民机材料上中下游企业的协调衔接能力和国际竞争力提供自主创新平台。以型号需求为牵引，以掌握关键核心技术为目标，推动民用飞机材料产业发展；以适航要求为导向，建立符合适航审定要求的民机材料研制和合格鉴定体系并探索建立中国民机材料产业标准体系。