钛金属的主要物理性能

第2章
2．1 钛的基本性质C1～8]
工业纯钛
钛的矿物在自然界中分布很广，处于分散状态，主要形成矿物钛铁矿Fe—TiO3、金红石TiO2及钒钛铁矿等，约占地壳重的0．6％，在金属世界里排行第7，含钛的矿物多达70多种，在海水中含量是1Ug／L，在海底结核中也含
有大量的钛。

钛的基本性质主要包括以下几个方面。

2．1．1 物理性质
纯净的钛是银白色金属，具有银灰色光泽。

钛属难熔金属，原子序数为22，。

相对原子质量为47．90，位于周期表ⅣB族。

钛有两种同素异构体，。

—Ti在882'C以下稳定，为密排六方晶格(hcp)
结构；p—Ti在882~C与熔点1678~C之间稳定存在，具有体心立方晶格(bbc) 结构。

在882~C发生。

一p转变。

—Ti的点阵常数(20'C)为a＝0．2950nm，‘＝0．4683nm，‘／o/=1.587；p—Ti的点阵常数为o=0.3282nm(20℃)或o= 0.3306nm(900~C)。

钛的密度为4．51g／cm3，只相当于钢的57％，属轻金属。

钛的熔点较高，导电性差，热导率和线膨胀系数均较低，钛的热导率只有铁的1／4，是铜的
1／7。

钛无磁性，在很强的磁场下也不会磁化，用钛制人造骨和关节植入人体内不会受雷雨天气的影响。

当温度低于0.49K时，钛呈现超导电性，经合金
化后，超导温度可提高到9～10K，钛的基本物理性能数据列于表2—1。

┌───────────────┬────────┐
│名称│数值│
├───────────────┼────────┤
│相对原子质量│47．9 │
├───────────────┼────────┤
│原子半径／nm │0．145 │
├───────────────┼────────┤
│e—Ti-~-Ti相变潜热／(kJ／mo1) │3．47 │
└───────────────┴────────┘
比密度
续表
2．1，2 力学性能
室温下纯钛的晶体结构为密排六方结构，其点阵长短轴比c／aGl．633，
室温变形时主要以<1010}<1210>柱面滑移为主，并常诱发孪生[9]；钛同时
兼有钢(强度高)和铝(质地轻)的优点。

高纯钛具有良好的塑性，但杂质含
量超过一定时，变得硬而脆Ilo]。

工业纯钛在冷变形过程中，没有明显的屈服点，其屈服强度与强度极限接近，在冷变形加工过程中有产生裂纹的倾向，工业纯钛具有极高的冷加工硬化效应，因此可利用冷加工变形工艺进行强化。

当变形度大于20％～30％时，
强度增加速度减慢，塑性几乎不降低。

；钛的屈服强度与抗拉强度接近，屈强比(do．2／db)较高，而且钛的弹性模
量小，约为铁的54％，成形加工时回弹量大，冷成形困难。

有时利用这一特性，将钛合金作为弹性材料使用[11’12]，但是，高弹钛合金多属。

+p(或近a) 合金，具有六方晶系结构，其物理性能呈强的各向异性，如弹性模量绕c轴呈对称分布，c轴方向弹性模量为14313GPa，底面各取向的弹性模量为10414GPa，因此需要仔细考虑合金板材的各向异性、弹性模量以及合金织构与弹性各向异性之间的关系，通过合金化与工艺的调整，有目的地控制织构与弹性各向异性以满足设计和使用要求。

图2—1所示为钛单晶弹性模量取向分布[13]。

图2·1 钛单晶弹性模量取向分布(单位：GPa)
工业纯钛与高纯钛(99．9％)相比强度明显提高，而塑性显著降低，二者
的力学性能数据列于表2—2。

衰2-2 纯钛的力学性能
┌─────────┬─────┬─────┬──────────┬─────┬──────┐
│性能│高纯钛│工业纯钛│性能│高纯钛│工业纯钛│
├─────────┼─────┼─────┼──────────┼─────┼──────┤
│抗拉强度o~／MPa │250 │300~600 │正弹性模量E／MPa │108X10 3 │112X10 3 │
├─────────┼─────┼─────┼──────────┼─────┼──────┤
│屈服强度fo．2／MPa│190 │250~500 │切变弹性模量G／MPa │40X10 3 │41X10 3 │
├─────────┼─────┼─────┼──────────┼─────┼──────┤
│伸长率a／％│40 │20~30 │泊松比f │0．34 │0．32 │
├─────────┼─────┼─────┼──────────┼─────┼──────┤
│断面收缩率％│60 │45 ││││
││││冲击韧性oh／MJ·m—2│≥2．5 │0．5—1．5│
├─────────┼─────┼─────┤│││
│体弹性模量K／MPa│126X109 │104X103 ││││
└─────────┴─────┴─────┴──────────┴─────┴──────┘
钛的另一特点是在高温能保持比较高的比强度。

作为难熔金属，钛熔点高，随着温度的升高，其强度逐渐下降，但是，其高的比强度可保持到550～600℃。

同时，在低温下，钛仍具有良好的力学性能：强度高，保持良好的塑
性和韧性。

曾经对工业纯钛在一196℃下进行拉伸和低周循环疲劳实验L1‘]，结
果表明，变形后的强度较之室温拉伸变形有了明显提高，同时塑性也有明显增加。

但其循环变形具有明显的循环硬化特性并伴随有大量的孪晶生成，从而
显示出低温循环疲劳在微观结构演化上可能与室温的情况不同[1s]，室温循
环疲劳中位错的行为起了关键性的影响[“]。

表2—3列出了工业纯钛的低温
力学性能。

表2-3 工业纯钛的低温力学性能
┌──────┬──────┬───────┬─────┬────┐│温度／℃│fb／MPa │Oo．2／MPa│f／％│矽％│
├──────┼──────┼───────┼─────┼────┤│20 │520 │400 │24 │59 │├──────┼──────┼───────┼─────┼────┤│—196 │990 │750 │44 │68 │├──────┼──────┼───────┼─────┼────┤│—253 │1280 │900 │29 │64 │├──────┼──────┼───────┼─────┼────┤│—269 │1210 │870 │35 │58 │└──────┴──────┴───────┴─────┴────┘2．1．3 化学性能
工业上大量应用的工业纯钛纯度约为99．5％，钛在淡水和海水中有极高的抗蚀性，在海水中的抗蚀性比铝合金、不锈钢和镍基合金都好。

钛与氧形成高化学稳定性的致密的氧化物保护膜，因而在低温和高温气体中具有极高的抗蚀性。

在室温条件下，钛不与氯气、稀硫酸、稀盐酸、硝酸和铬酸作用，在碱溶液和大多数的有机酸和化合物中抗蚀性也很高，但能被氢氟酸、磷酸、熔融辕侵蚀。

钛是一种非常活泼的金属，其平衡电位很低，在介质中的热力学腐蚀倾向大。

但实际上钛在许多介质中很稳定。

如钛在氧化性、中性和弱还原性等介质中是耐腐蚀的，这是因为钛和氧的亲和力大，在空气中或含氧介质中，钛表面生成一层致密、附着力强、惰性大的氧化膜，保护了钛基体不被腐蚀，即使受到机械磨损，也会很快自愈或再生，这表明钛是具有强烈钝化倾向的金属，介质温度在315℃以下，钛的氧化膜始终保持这一特性，完全满足钛在一般环境中的耐蚀性。

钛最突出的性能是对海水的抗腐蚀性很强。

工业纯钛的耐蚀性与高纯钛相似，但低温性能则差得多。

张树霞c1，]等通过实验发现，工业纯钛在稀盐酸溶液中存在一个腐蚀临界浓度(0．74％)，当
盐酸浓度低于该值时，在任何情况下钛都不会发生腐蚀，同时工业纯钛还在一定浓度的盐酸中有一个临界腐蚀温度，当溶液温度高于此临界温度，钛表面的保护膜很快就被破坏，而低于此临界温度时，钛处于钝化状态。

图2—2所示为工业纯钛在稀盐酸中腐蚀临界温度和盐酸浓度之间的关系。

50
0．00 0．40 0．80 1．20 1．60 2．00 2．40
盐酸浓度
工业纯钛在稀盐酸中腐蚀临界温度和盐酸浓度之间的关系
2．2 杂质元素对钛性能的影响
杂质对工业纯钛的性能影响很大，杂质含量高则强度提高，塑性急剧降
低，生产上常以硬度作为测定工业纯钛的纯度标准[1～3)，钛的纯度与硬度的关系见表2—4。

钛是一种化学性质非常活泼的金属，原子价是可变的。

在较高的温度下，衰2-4 钛的纯度与硬度的关系
┌──────┬─────┬─────┬─────┬─────┬─────┐
│纯度／％│99．95│99．8 │99．6 │99．5 │99．4 │
├──────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤
││_ │││││
│硬度(HV)│90 │145 │165 │195 │225 │
└──────┴─────┴─────┴─────┴─────┴─────┘
钛的性质
◇原子结构
钛位于元素周期表中ⅣB族，原子序数为22，原子核由22个质子和20-32个中子组成，核外电子
结构排列为1S22S22P63S23D24S2。

原子核半径5x10-13厘米。

◇物理性质
钛的密度为4.506-4.516克/立方厘米（20℃），熔点1668±4℃，熔化潜热3.7-5.0千卡/克
原子，沸点3260±20℃，汽化潜热102.5-112.5千卡/克原子，临界温度4350℃，临界压力
1130大气压。

◇钛的导热性和导电性能较差，近似或略低于不锈钢，钛具有超导性，纯钛的超导临界温度为
0.38-0.4K。

在25℃时，钛的热容为0.126卡/克原子·度，热焓1149卡/克原子，熵为7.33卡
/克原子·度，金属钛是顺磁性物质，导磁率为1.00004。

钛具有可塑性，高纯钛的延伸率可达50-60%，断面收缩率可达70-80%，但强度低，不宜作结
构材料。

钛中杂质的存在，对其机械性能影响极大，特别是间隙杂质（氧、氮、碳）可大大提
高钛的强度，显著降低其塑性。

钛作为结构材料所具有的良好机械性能，就是通过严格控制其
中适当的杂质含量和添加合金元素而达到的。

化学性质
钛在较高的温度下，可与许多元素和化合物发生反应。

各种元素，按其与钛发生不同反应可
分为四类：
第一类：卤素和氧族元素与钛生成共价键与离子键化合物；
第二类：过渡元素、氢、铍、硼族、碳族和氮族元素与钛生成金属间化物和有限固溶体；
第三类：锆、铪、钒族、铬族、钪元素与钛生成无限固溶体；
第四类：惰性气体、碱金属、碱土金属、稀土元素（除钪外），锕、钍等不与钛发生反应或基
本上不发生反应。

* 与化合物的反应：
◇ HF和氟化物
氟化氢气体在加热时与钛发生反应生成TiF4，反应式为（1）；不含水的氟化氢液体可在钛
表面上生成一层致密的四氟化钛膜，可防止HF浸入钛的内部。

氢氟酸是钛的最强熔剂。

即使
是浓度为1%的氢氟酸，也能与钛发生激烈反应，见式（2）；无水的氟化物及其水溶液在低温
下不与钛发生反应，仅在高温下熔融的氟化物与钛发生显著反应。

Ti＋4HF＝TiF4＋2H2＋135.0千卡（1）2Ti＋6HF＝2TiF4＋3H2 （2）
◇ HCl和氯化物
氯化氢气体能腐蚀金属钛，干燥的氯化氢在>300℃时与钛反应生成TiCl4，见式(3);浓度
<5%的盐酸在室温下不与钛反应，20%的盐酸在常温下与钛发生瓜在生成紫色的TiCl3，见式
(4);当温度长高时，即使稀盐酸也会腐蚀钛。

各种无水的氯化物，如镁、锰、铁、镍、铜、
锌、汞、锡、钙、钠、钡和NH4离子及其水溶液，都不与钛发生反应，钛在这些氯化物中具有
很好的稳定性。

Ti＋4HCl＝TiCl4＋2H2＋94.75千卡 (3)2Ti＋6HCl＝TiCl3＋3H2 (4)
◇ 硫酸和硫化氢
钛与<5%的稀硫酸反应后在钛表面上生成保护性氧化膜，可保护钛不被稀酸继续腐蚀。

但>5%
的硫酸与钛有明显的反应，在常温下，约40%的硫酸对钛的腐蚀速度最快，当浓度大于40%，达
到60%时腐蚀速度反而变慢，80%又达到最快。

加热的稀酸或50%的浓硫酸可与钛反应生成硫酸
钛，见式（5）,（6），加热的浓硫酸可被钛还原，生成SO2，见式（7）。

常温下钛与硫化氢
反应，在其表面生成一层保护膜，可阻止硫化氢与钛的进一步反应。

但在高温下，硫化氢与钛
反应析出氢，见式（8），粉末钛在600℃开始与硫化氢反应生成钛的硫化物，在900℃时反应产物主要为TiS，1200℃时为Ti2S3。

Ti＋H2SO4＝TiSO4＋H2 (5) 2Ti＋3H2SO4＝Ti2(SO4)3＋H2 (6)
2Ti＋6H2SO4＝Ti2(SO4)3＋3SO2＋6H2O＋202千卡 (7)Ti＋H2S＝TiS＋H2＋70千卡 (8)
◇ 硝酸和王水
致密的表面光滑的钛对硝酸具有很好的稳定性，这是由于硝酸能快速在钛表面生成一层牢固的
氧化膜，但是表面粗糙，特别是海绵钛或粉末钛，可与次、热稀硝酸发生反应，见式（9）、
（10），高于70℃的浓硝酸也可与钛发生反应，见式（11）；常温下，钛不与王水反应。

温度
高时，钛可与王水反应生成TiCl2。

3Ti＋4HNO3＋4H2O＝3H4TiO4＋4NO (9)3Ti＋4HNO3＋H2O＝3H2TiO3＋4NO (10) Ti＋8HNO3＝Ti(NO3)4＋4NO2＋4H2O (11)
综上所述，钛的性质与温度及其存在形态、纯度有着极其密切的关系。

致密的金属钛在自然界
中是相当稳定的，但是，粉末钛在空气中可引起自燃。

钛中杂质的存在，显著的影响钛的物理、
化学性能、机械性能和耐腐蚀性能。

特别是一些间隙杂质，它们可以使钛晶格发生畸变，而影
响钛的的各种性能。

常温下钛的化学活性很小，能与氢氟酸等少数几种物质发生反应，但温
度增加时钛的活性迅速增加，特别是在高温下钛可与许多物质发生剧烈反应。

钛的冶炼过程一
般都在800℃以上的高温下进行，因此必须在真空中或在惰性气氛保护下操作。

钛合金的具体分类
按照合金在平衡和亚稳定状态的相组成，钛合金可分为α、近α、α+ß、近ß、ß等五类；但习惯上将钛合金分为α、α+ß和ß三大类。

钛合金分类如图所示。

若按照使用性能特点，则可分为结构钛合金、耐热（热强）钛合金和抗钛合金等类。

我国钛合金国标牌号中，TA系列代表α型钛合金；TB系列代表ß型钛合金；TC 系列代表α+ß型钛合金。

中国钛合金的牌号及其名义成分
世界各国钛合金的特性及应用
全球鈦金屬產業的現況與趨勢
經濟部技術處ITIS計畫／產業分析師蔡幸甫
鈦（Ti，比重4.5）為輕金屬之一，其比重較同為輕金屬的鋁（Al，比重2.7）、鎂（Mg，比重1.74，）二者要大，但仍較一般的結構用金屬為輕（如：鐵、鎳、銅、鋅等）。

鈦因提煉困難，一直未成為商用上大量實用化的金屬；直
到1960年前後，美國為發展高性能戰機，才投入巨大的人力物力資源建立
其鈦合金的軍事工業體系。

鈦合金除了是航太方面的重要材料以外，最近十
餘年來，鈦合金也逐漸拓展出商業方面的用途，其中較知名的為鈦製高爾夫
球具。

其主要原因為，鈦雖然是三種輕金屬當中比重最大者，但仍有其特色：
1. 鈦的耐蝕性甚佳，在一般的環境（如：辦公室環境、普通的大氣環境、）下，
其耐蝕性甚至還超過不銹鋼，且其表面還可施以表面處理來表現各種金屬顏色。

2. 鈦的表面金屬原色為所有結構材最高級的，因此只要表面予以拋光就可以有
`很好的效果，這一點特色已經有許多高級相機利用來展現產品的高級感。

3. 純鈦為所有金屬中，與人體的適配性最佳，最不容易發生過敏、排斥反應的
現象，又有足夠的強度、硬度、耐蝕性，因此在生醫材料(如人工骨骼)的應用上，亦迅速取得一席之地。

4. 鈦合金的強度可藉加工/熱處理方法達到高強度合金鋼的程度，若以這樣的
強度水準加上比重來衡量（即：強度/重量比），則鈦合金金的強度/重量比可達到極高的比值，遠超過鋁合金、鎂合金、工程塑膠等常用的輕量化材料，十分適合需求求高性能的航空/太空用途，因此鈦合金一向在航太產業是極重要的高級材料。

在目前資訊電子產品應用輕金屬作為機殼構件的熱潮中，鈦金屬（包括鈦
合金）由於其具有高強度、高耐蝕性及極佳的表面質感，看起來應是十分適
合用來作為可攜式資訊電子產品的機殼材料，因此也一直都是深受矚目的材料，其應用產品也都不斷地在高階產品有應用例（如筆記型電腦及手機等）。

但在全球的鈦材市場，仍以傳統的航太及工業等用途為主，圖1顯示最近3
年全球鈦材（Mill Products）之需求量及用途分析。

全球鈦產業（以供應歐美
軍用/航太的鈦產業為主）於1999~2000年初達到谷底，2000年本已逐漸恢復
景氣的狀況，但在2001年受911事件的衝擊，導致航太產業陷入極端不景氣
的狀況，至今仍未恢復，鈦結構材產業亦深受影響，2002 年全球的鈦材需
求量，據國際鈦協會（ITA）的統計，較2001年大幅下跌19.6％，只有約4.1
萬噸。

短期的未來，此方面的鈦結構材產業仍難望有明顯的成長，惟鈦金屬
中屬於民生/休閒、建築、資訊電子方面應用的新興市場則是較不受不景氣衝
擊的部份，這也是全球鈦產業的業者寄予厚望的部份，此外在商用汽車輕量化、新能源應用方面也可望開發新市場。

這些都是鈦合金產業未來開拓產品
應用新領域的重點，依國際鈦協會的估計，新興市場的規模可望自2001年
的5,000噸鈦材需求量倍增至2006年的10,000噸，如圖1所示。

钛材生产工艺
目前，金属钛生产的工业方法是可劳尔法，产品为海绵钛。

制取钛材传统的工艺是将海绵钛经熔铸成锭，再加工而成钛材。

按此，从采矿到制成钛材的工艺过程的主要步骤为：
钛矿->采矿->选矿->太精矿->富集->富钛料->氯化->粗TiCl4->精制->
纯TiCl4->镁还原->海绵钛->熔铸->钛锭->加工->钛材或钛部件上述步骤中
如果采矿得到的是金红石，则不必经过富集，可以直接进行氯化制取粗TiCI4。

另外，熔铸作业应属冶金工艺，但有时也归入加工工艺。

上述工艺过程中的加工过程是指塑性加工和铸造而言。

塑性加工方法又包括锻造、挤压、轧制、拉伸等。

它可将钛锭加工成各种尺寸的饼材、环材、板材、管材、棒材、型材等制品，也可用铸造方法制成各种形状的零件、部件。

钛和钛合金塑性加工具有变形抗力大；常温塑性差、屈服极限和强度极限比值高、回弹大、对缺口敏感、变形过程易与模具粘结、加热时又易吸咐有害气体等特点，塑性加工较钢、铜困难。

故钛和钛合金的加工工艺必须考虑它们的这些特点。

钛采用塑性加工，加土尺寸不受限制，又能够大批量生产，但成材率低，加工过程中产生大量废屑残料。

钛材生产的原则流程如图1—1。

针对钛塑性加工的上述缺点，近年来发展了钛的粉末冶金工艺。

钛的粉末冶金流程与普通粉末冶金相同，只是烧结必须要在真空下进行。

它适用乎生产大批量、小尺寸的零件，特别适用于生产复杂的零部件。

这种方法几乎无须再经过加工处理，成材率高，既可充分利用钛废料作原料，又可以降低生产成本，但不能生产大尺寸的钛件。

钛的粉末冶金工艺流程为:钛粉(或钛合金粉)->筛分->混合->压制成形->烧结->辅助加工->钛制品。

钛材生产的原则流程
钛材除了纯钛外，目前世界上已经生产出近30种牌号的钛合金。

使用最广泛的钛合金是Ti-6Al-4V，Ti-5Al—2.5Sn等。

我国常见的钛合金牌号及其成分，详见表8—9。

图1 钛合金、铝合金和钢的强度对比
1.1复合材料
先进复合材料是比通用复合材料有更高综合性能的新型材料，它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基复合材料等，它在军事工业的发展中起着举足轻重的作用。

先进复合材料具有高的比强度、高的比模量、耐烧蚀、抗侵蚀、抗核、抗粒子云、透波、吸波、隐身、抗高速撞击等一系列优点，是国防工业发展中最重要的一类工程材料。

1.1.1树脂基复合材料
树脂基复合材料具有良好的成形工艺性、高的比强度、高的比模量、低的密度、抗疲劳性、减震性、耐化学腐蚀性、良好的介电性能、较低的热导率等特点，广泛应用于军事工业中。

树脂基复合材料可分为热固性和热塑性两类。

热固性树脂基复合材料是以各种热固性树脂为基体，加入各种增强纤维复合而成的一类复合材料；而热塑性树脂则是一类线性高分子化合物，它可以溶解在溶剂中，也可以在加热时软化和熔融变成粘性液体，冷却后硬化成为固体。

树脂基复合材料具有优异的综合性能，制备工艺容易实现，原料丰富。

在航空工业中，树脂基复合材料用于制造飞机机翼、机身、鸭翼、平尾和发动机外涵道；在航天领域，树脂基复合材料不仅是方向舵、雷达、进气道的重要材料，而且可以制造固体火箭发动机燃烧室的绝热壳体，也可用作发动机喷管的烧蚀防热材料。

近年来研制的新型氰酸树脂复合材料具有耐湿性强，微波介电性能佳，尺寸稳定性好等优点，广泛用于制作宇航结构件、飞机的主次承力结构件和雷达天线罩。

1.1.2金属基复合材料
金属基复合材料具有高的比强度、高的比模量、良好的高温性能、低的热膨胀系数、良好的尺寸稳定性、优异的导电导热性在军事工业中得到了广泛的应用。

铝、镁、钛是金属基复合材料的主要基体，而增强材料一般可分为纤维、颗粒和晶须三类，其中颗粒增强铝基复合材料已进入型号验证，如用于F－16战斗机作
为腹鳍代替铝合金，其刚度和寿命大幅度提高。

碳纤维增强铝、镁基复合材料在具有高比强度的同时，还有接近于零的热膨胀系数和良好的尺寸稳定性，成功地用于制作人造卫星支架、L频带平面天线、空间望远镜、人造卫星抛物面天线等；碳化硅颗粒增强铝基复合材料具有良好的高温性能和抗磨损的特点，可用于制作火箭、导弹构件，红外及激光制导系统构件，精密航空电子器件等；碳化硅纤维增强钛基复合材料具有良好的耐高温和抗氧化性能，是高推重比发动机的理想结构材料，目前已进入先进发动机的试车阶段。

在兵器工业领域，金属基复合材料可用于大口径尾翼稳定脱壳穿甲弹弹托，反直升机/ 反坦克多用途导弹固体发动机壳体等零部件，以此来减轻战斗部重量，提高作战能力。

1.1.3陶瓷基复合材料
陶瓷基复合材料是以纤维、晶须或颗粒为增强体，与陶瓷基体通过一定的复合工艺结合在一起组成的材料的总称，由此可见，陶瓷基复合材料是在陶瓷基体中引入第二相组元构成的多相材料，它克服了陶瓷材料固有的脆性，已成为当前材料科学研究中最为活跃的一个方面。

陶瓷基复合材料具有密度低、比强度高、热机械性能和抗热震冲击性能好的特点，是未来军事工业发展的关键支撑材料之一。

陶瓷材料的高温性能虽好，但其脆性大。

改善陶瓷材料脆性的方法包括相变增韧、微裂纹增韧、弥散金属增韧和连续纤维增韧等。

陶瓷基复合材料主要用于制作飞机燃气涡轮发动机喷嘴阀，它在提高发动机的推重比和降低燃料消耗方面具有重要的作用。

1.1.4碳－碳复合材料
碳－碳复合材料是由碳纤维增强剂与碳基体组成的复合材料。

碳－碳复合材料具有比强度高、抗热震性好、耐烧蚀性强、性能可设计等一系列优点。

碳－碳复合材料的发展是和航空航天技术所提出的苛刻要求紧密相关。

80年代以来，碳－碳复合材料的研究进入了提高性能和扩大应用的阶段。

在军事工业中，碳－碳复合材料最引人注目的应用是航天飞机的抗氧化碳－碳鼻锥帽和机翼前缘，用量最大的碳－碳产品是超音速飞机的刹车片。

碳－碳复合材料在宇航方面主要用作烧蚀材料和热结构材料，具体而言，它是用作洲际导弹弹头的鼻锥帽、固体火箭喷管和航天飞机的机翼前缘。

目前先进的碳－碳喷管材料密度为1.87~1.97克/厘米3，环向拉伸强度为75~115兆帕。

近期研制的远程洲际导弹端头帽几乎都采
用了碳－碳复合材料。

随着现代航空技术的发展，飞机装载质量不断增加，飞行着陆速度不断提高，对飞机的紧急制动提出了更高的要求。

碳－碳复合材料质量轻、耐高温、吸收能量大、摩擦性能好，用它制作刹车片广泛用于高速军用飞机中。

1.2超高强度钢和先进高温合金
超高强度钢是屈服强度和抗拉强度分别超过1200兆帕和1400兆帕的钢，它是为了满足飞机结构上要求高比强度的材料而研究和开发的。

超高强度钢大量用于制造火箭发动机外壳，飞机机身骨架、蒙皮和着陆部件以及高压容器和一些常规武器。

由于钛合金和复合材料在飞机上应用的扩大，钢在飞机上用量有所减少，但是飞机上的关键承力构件仍采用超高强度钢制造。

目前，在国际上有代表性的低合金超高强度钢300M，是典型的飞机起落架用钢。

此外，低合金超高强度钢D6AC是典型的固体火箭发动机壳体材料。

超高强度钢的发展趋势是在保证超高强度的同时，不断提高韧性和抗应力腐蚀能力。

高温合金是航空航天动力系统的关键材料。

高温合金是在600~1200o C高温下能承受一定应力并具有抗氧化和抗腐蚀能力的合金，它是航空航天发动机涡轮盘的首选材料。

按照基体组元的不同，高温合金分为铁基、镍基和钴基三大类。

发动机涡轮盘在60 年代前一直是用锻造高温合金制造，典型的牌号有A286和Inconel 718。

70年代，美国GE公司采用快速凝固粉末Rene95合金制作了CFM56发动机涡轮盘，大大增加了它的推重比，使用温度显著提高。

从此，粉末冶金涡轮盘得以迅速发展。

最近美国采用喷射沉积快速凝固工艺制造的高温合金涡轮盘，与粉末高温合金相比，工序简单，成本降低，具有良好的锻造加工性能，是一种有极大发展潜力的制备技术。

图2为美国战斗机各种材料结构的重量比。

2军用功能材料
2.1光电功能材料
光电功能材料是指在光电子技术中使用的材料，它能将光电结合的信息传输与处理，是现代信息科技的重要组成部分。

光电功能材料在军事工业中有着广泛的应用。

碲镉汞、锑化铟是红外探测器的重要材料；硫化锌、硒化锌、砷化镓主要用于制作飞行器、导弹以及地面武器装备红外探测系统的窗口、头罩、整流罩等。

氟化镁具有较高的透过率、较强的抗雨蚀、抗冲刷能力，它是较好的红外透。