航空航天发动机发展水平是一国综合国力、工业基础和科技水平的集中体现，它的研制集中了现代工业最尖端的技术、最先进的工业成果。这篇文章就为你揭秘，航空航天发动机上所用的材料。
一、合金
1.铝合金
铝合金具有比模量与比强度高、耐腐蚀性能好、加工性能好、成本低廉等突出优点，因此被认为是航空航天工业中用量最起着至关重要的作用。
主要应用位置：发动机舱、舱体结构、承载壁板、梁、仪器安装框架、燃料储箱等。
2.钛合金
与铝、镁、钢等金属材料相比，钛合金具有比强度很高、抗腐蚀性能良好、抗疲劳性能良好、热导率和线膨胀系数小等优点，可以在350~450℃以下长期使用，低温可使用到-196℃。
主要应用位置：航空发动机的压气机叶片、机匣、发动机舱和隔热板等。
3.超高强度钢
超高强度钢具有很高的抗拉强度和足够的韧性，并且有良好的焊接性和成形性。
主要应用位置：航天发动机壳体、发动机喷管、轴承和传动齿轮。
4.镁合金
镁合金是最轻的金属结构材料，具有密度小、比强度高、抗震能力强、可承受较大冲击载荷等特点。
主要应用位置：航天发动机机匣、齿轮箱等。
二、复合材料：
航空发动机的发展之快，尤其是越来越严苛的温度和重量要求，渐进提高的传统材料已然不能满足，转而呼唤材料科学开辟新的体系，那就是复合材料。根据复合材料各自的特点，可用于发动机不同的零部件上。
1.碳碳复合材料
C/C基复合材料，即碳纤维增强碳基本复合材料，它把碳的难熔性与碳纤维的高强度及高刚性结合于一体，使其呈现出非脆性破坏。由于它具有重量轻、高强度，优越的热稳定性和极好的热传导性，是当今最理想的耐高温材料，特别是在 1000-1300℃的高温环境下，它的强度不仅没有下降，反而有所提高。是近年来最受重视的一种更耐高温的新材料。最显著的优点是耐高温（大约2200℃）和低密度，可使发动机大幅度减重，以提高推重比。
主要应用位置：碳碳复合材料如果能够解决表面以及界面在中温时的氧化问题，并能在制备时提高致密化速度，并降低成本，则有望在航空发动机中得到大量的实际应用。
目前已有部分应用，例如美国的F119发动机上的加力燃烧室的尾喷管，F100发动机的喷嘴及燃烧室喷管，F120验证机燃烧室的部分零件已采用C/C基复合材料制造。法国的M88-2发动机，幻影2000型发动机的加力燃烧室喷油杆、隔热屏、喷管等也都采用了C/C基复合材料。
2.陶瓷基复合材料
陶瓷基复合材料（CMC）由于其本身耐温高、密度低的优势，在航空发动机上的应用呈现出从低温向高温、从冷端向热端部件、从静子向转子的发展趋势。
目前世界各国针对下一代先进发动以及对材料的要求，正集中研究氮化硅和碳化硅增强陶瓷材料。取得了较大的发展，有的已经开始应用在现代航空发动机中。如美国的验证机的F120型发动机，它的高压涡轮密封装置、燃烧室的部分高温零件，均采用陶瓷材料。法国的M88-2型发动机的燃烧室和喷管等也都采用了陶瓷基复合材料。
主要应用位置：短期目标为尾喷管、火焰稳定器、涡轮罩环等；中期目标是应用在低压涡轮叶片、燃烧室、内锥体等；远期目标锁定在高压涡轮叶片、高压压气机和导向叶片等应用。
燃烧室部件：早在90年代，GE公司和P&W公司就已经使用陶瓷基复合材料制备燃烧室衬套，该衬套在1200℃环境下工作可以超过1000h。美国综合高性能涡轮发动机技术计划用碳化硅基复合材料制备火箭筒，现已在第一阶段得到验证。
火焰筒
陶瓷基复合材料排气混合器
涡轮部件：作为发动机重要的零件之一，涡轮叶片工作在燃烧室出口，是发动机中承受热冲击最严重的零件，其耐温能力直接决定着高性能发动机推重比的提升。陶瓷基复合材料密度低、耐高温，对减轻涡轮叶片重量和降低涡轮叶片冷气量意义重大。目前，国外已成功运用陶瓷基复合材料制备出耐高温的涡轮叶片。
涡轮叶片叶身
3.树脂基复合材料
先进树脂基复合材料是以高性能纤维为增强体、高性能树脂为基体的复合材料。与传统的钢、铝合金结构材料相比,它的密度约为钢的1/5,铝合金的1/2,且比强度与比模量远高于后二者。
主要应用位置：航空发动机冷端部件(风扇机匣、压气机叶片、进气机匣等)和发动机短舱、反推力装置等部件上得到广泛应用。
外涵机匣：与常规的钛合金风扇外涵机匣相比，在保证能够执行所有功能和承受整台发动机的静态与飞行载荷的前提下，树脂基复合材料制造的外涵机匣能减轻发动机的重量，减少发动机的研制成本。
复合材料与钛合金机匣： GE公司的F404发动机最早由钛合金的外涵机匣改进为PMR15复合材料的外涵机匣，达到了重量减轻30%和成本减少30%的效果。之后，GE公司又进一步将这一技术应用到F414增推型发动机、GenX发动机等发动机上。
美国的普惠公司的F191和F135发动机以及法国的斯奈克玛公司的M88发动机都采用树脂基复合材料制造的外涵机匣。其减轻重量和降低成本的效果都很明显。
F404发动机
F135发动机
静子叶片：与钛合金的静子叶片相比，树脂基复合材料静子叶片能减轻重量50%，降低成本50%以上。同时，通过优化纤维取向，复合材料静子叶片的固有频率可以被修正，以加大其许用机械和气动设计空间。
树脂复合基叶片
普惠的PW4084和PW4168发动机风扇静子叶片采用PR500环氧树脂基复合材料，其中，PW4084发动机直径为3.04米的静子重量减轻39%、成本减少38%。德国MTU公司在PW8000发动机的高速低压压气机的进口导流叶片和第一级或第二级可调静子叶片采用PMC复合材料。这些叶片的抗外损伤能力、抗振动特性、抗腐蚀性和结构完整性已经得到了验证。
转子叶片： 复合材料的低密度和高强度特性不仅能减轻重量，而且能使转子叶片具有3维气动设计形状，像掠形叶片、弓形叶片。除了能降低制造成本外，复合材料转子叶片还具有脱落事故中表现出来的非破坏特性，进而降低了包容要求。
碳纤维树脂基转子叶片：风扇叶片采用复合材料不但可以明显的减轻叶片本身的重量，还能减轻其包容系统、盘以及整个转子系统的重量，具有低成本、抗振性能好、抗损伤能力强等特点。就目前，GE公司的GenX和GE90-115B发动机采用了高流量弯掠复合材料风扇叶片和有机物基材料风扇机匣，还计划将进一步研究复合空心叶型高压比风扇。
GE90发动机复合材料叶片
4.金属基复合材料
金属基复合材料主要是指以Al、Mg等轻金属为基体的复合材料。在航空和宇航方面主要用它来代替轻但有毒的铍。这类材料具有优良的横向性能、低消耗和优良的可加工性,已成为在许多应用领域最具商业吸引力的材料,并且在国外已实现商品化。
主要应用位置：适合用作发动机的中温段部件。
随着对复合材料研究工作的不断深入和科学家们的不断探索，加之辅以持续改进的生产和加工工艺，使复合材料应用的普遍性、实用性、高效性得到了巨大的提高，应用前景非常广阔。但是不可忽视，现在复合材料在生产和应用领域还存在许多问题，而这些问题也在一定程度上限制了复合材料的发展。因此，对复合材料的研究仍将继续下去。
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