自从人类开始尝试遨游蓝天，用什么样的材料制造飞行器就一直是摆在科学家和工程师面前的一个重大问题。航天航空材料的发展也在极大程度上推动了航空航天事业的进步。那什么样的材料适合制造飞行器呢？一方面我们需要它比较结实，另外一方面我们还希望它密度比较小，也就是重量比较轻。除此之外工程师还提出了诸如耐高温、耐腐蚀、易加工等等种种性能要求。在年的时候，莱特兄弟制造了人类历史上第一架飞机飞行者一号，当时它的主要材料是木头，因为木头是当时能够找到的强度、刚度、重量都最适合制造飞机的天然材料。到了第一次世界大战的时候天空中飞行的飞机依旧大多都是木头，年，德国人雨果容克用铝合金制造了世界上第一架全金属结构的飞机J.1，金属材料才进入了航空航天历史大舞台。铝合金是目前飞机制造业当中使用最广的材料，它的塑性很好，易于加工，具有很好的强度，而且重量很轻。另外铝合金还有很多的其他优点，比如疲劳强度高、断裂韧性好、耐腐蚀、价格低等等，因此从年到现在铝合金都是大部分飞机的主要材料，并且大量的导弹、火箭以及航天器上面也还在用铝合金作为材料，除了铝合金之外还有很多地方要用到镁合金。铝镁合金虽然好但是也不能处处都用它们，它们的耐高温特性很差，可用的温度只有多度，另外强度也不足以承受一些接头处的巨大载荷。这个时候就轮到老朋友刚出场了。钢铁作为最早被人类使用的金属之一，它便宜，强度大，还耐高温。但是它的重量实在是太大了，不能大规模使用。因此早期只分布在飞机上面一些高温高负载的区域，比方说发动机附近，或者机翼尾翼的接头等等这些地方。那有没有重量又轻然后高温性能又好的金属材料呢？那就是钛合金，钛合金的强度基本上接近合金钢，高温性能很优异，密度却比钢轻很多，它最早被用在发动机上面比如叶片等地方，但是钛合金的冶炼和加工都比较困难，它非常耐高温所以想把它融化掉就比较费事，铸造什么的就比较困难。而且它还有很多其他的特点，比方焊接的时候它又很活泼，容易氧化。所以想焊接钛合金就必须得把工件放在一个充满惰性气体的环境里面。另外如果想切削钛合金的话，因为它强度比较高，而且导热性很差，热量散不出去，所以说动不动就把刀具给搞坏了。除了各种各样的金属材料之外复合材料也是航空航天材料大家族里面不可缺少的部分。复合材料是由两种或者两种以上材料复合成的材料，通常由机体和增强体组成。举一个生活当中的例子大家就会理解了，比如钢筋混凝土，这就是日常生活当中非常常见的一种混合材料。它是在混凝土当中加入钢筋，使得新材料既有钢筋的韧性，又有混凝土的刚度，它就成为一种非常出色的建筑材料。那这种材料当中钢筋它就是增强体，混凝土就是基体。复合材料在弹道导弹，火箭，航天飞机，还有宇宙飞船上早就已经广泛使用了。因为这些飞行器速度很快，所以在重返大气层的时候或者在高速飞行的时候，跟空气的作用会带来极大的热量。需要复合材料作为隔热层来使用，而火箭、喷管等等这些地方也需要耐高温的复合材料来制造。年的时候，哥伦比亚号航天飞机在返回时解体坠毁就是因为它腹部的耐热陶瓷基复合材料有一部分脱落了，最后导致了结构烧毁。近年来复合材料越来越多的被使用在飞机上，那飞机制造中所使用的复合材料是用其他的更轻、更强的基体和增强体生产出来的。比如用树脂基作为基体，然后拿碳纤维作为增强体的碳纤维复合材料，有些自行车，羽毛球拍子上用的就是这种。或者以树脂为基体，玻璃纤维为增强体的玻璃钢这也是常见的复合材料。这些复合材料抗疲劳、减震，还有这个非常出色的工艺性能，关键是它可以根据需要设计出来各个方向上面的强度和刚度。从上世纪七十年代开始，复合材料就开始在飞机制造当中开始使用了。起初只是用在天线罩尾翼等等这些地方，随着复合材料的性能不断提升，人们就开始在飞机上面广泛的使用复合材料，比如波音公司的，还有空客的，它都是大规模使用复合材料的民航客机，复合材料的占比达到了50%左右。辅材第一次在飞机制造当中唱了主角，由于金属材料的使用率大大下降，这个波音的工程师开玩笑的说，他们制造的是一架塑料飞机。那未来航空航天材料研究方向就是高性能、低成本、复合化、功能化、智能化这些方向，就是一方面材料本身的性能才会更好，会更结实、更轻、更耐久，还要更便宜。另外一方面材料有可能会有一些别的新的性能，比如隐身战机上面这个材料就需要有吸波功能，它要能够把雷达波给吸收掉，不要反射回去。或者将太阳能电池板跟结构材料融合，让太阳能电池板本身也足够结实，可以作为结构材料去参与受力。怎么样，现在你对飞机制造的材料是否了如指掌了呢？
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