碳纖維、鈹鋁合金、陶瓷耐熱材料等關(guān)鍵材料技術(shù)不斷突破技術(shù)瓶頸，性能獲得大幅提升；同時(shí)，鎵液態(tài)金屬合金、超材料、石墨烯等前沿材料技術(shù)也在加快原理驗(yàn)證和工程應(yīng)用研究。
       材料是航空武器裝備的物質(zhì)基礎(chǔ)。材料技術(shù)的進(jìn)步不斷推動(dòng)著航空武器裝備性能不斷提升和升級(jí)換代。在先進(jìn)復(fù)合材料、高性能金屬結(jié)構(gòu)材料、特種功能材料、電子信息材料等領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展，不斷向高溫化、智能化、微納化和可設(shè)計(jì)化方向發(fā)展。

       一、復(fù)合材料方向
       碳纖維量產(chǎn)新工藝
       2016年1月，由日本東麗、帝人、三菱麗陽和東京大學(xué)等組成的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出在高溫環(huán)境下不易熔化的丙烯纖維原料，它的好處是無須再進(jìn)行防止熔化的準(zhǔn)備工序，采用電磁波照射纖維直接加熱從而替代傳統(tǒng)的熱壓罐加熱工藝，使碳纖維生產(chǎn)速度提高10倍。此外，新工藝還可使生產(chǎn)過程中的能源消耗和二氧化碳排放減半。
       陶瓷復(fù)合材料革新
       2016年8月，美國(guó)航空航天局（NASA）表示，在革命性航空概念項(xiàng)目的支持下，研究人員正研究陶瓷基復(fù)合材料（CMC）和防護(hù)涂層，以替代目前在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中應(yīng)用的鎳基高溫合金。此外，日本石川島播磨重工（IHI）與宇部興產(chǎn)株式會(huì)社、標(biāo)盾公司等，也將于2017年試制采用CMC的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪葉片。        超低溫自修復(fù)和可變形復(fù)合材料
       2016年9月，研究人員首次發(fā)現(xiàn)一種能在超低溫環(huán)境下實(shí)現(xiàn)材料裂紋自修復(fù)的新型復(fù)合材料，可用于飛行器或衛(wèi)星等的纖維增強(qiáng)材料部件，實(shí)現(xiàn)部件在軌維修。-60℃條件下，自修復(fù)效率在玻璃纖維增強(qiáng)材料中達(dá)到100%。此外，康奈爾大學(xué)也成功研制出一種可變形復(fù)合材料，兼具自組裝和自修復(fù)的特性。美國(guó)空軍打算利用該材料制備小型無人機(jī)的變形機(jī)翼，使其能適應(yīng)從空中到海洋的環(huán)境變化，盡量減少機(jī)翼損傷。

       二、金屬材料方向
       輕質(zhì)合金材料
       2016年5月，美國(guó)輕質(zhì)材料制造創(chuàng)新研究所啟動(dòng)了鈦合金和鋁鋰合金項(xiàng)目，旨在通過改進(jìn)計(jì)算模型，更好地預(yù)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)材料性能。
       鈹鋁合金
       鈹鋁合金屬于雙相金屬，兩相的熔點(diǎn)和固相溫度相差627℃，難以鑄造加工，一直以來只能粉末加工，組件價(jià)格昂貴，制造耗時(shí)報(bào)廢率高，限制了合金的應(yīng)用。2016年，洛克希德·馬?。羼R）與IBC先進(jìn)合金等公司合作，開發(fā)出新型鋁鈹合金B(yǎng)eralcast，用專門的鑄造工藝替代傳統(tǒng)的粉末冶金，實(shí)現(xiàn)F-35光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的慣性平臺(tái)外殼近凈成形，預(yù)計(jì)可節(jié)省30%～40%的制造成本，并顯著縮短制造周期。
       新型鑄鐵材料
       2016年1月，工程推進(jìn)系統(tǒng)公司（EPS）通過采用強(qiáng)度更高的“緊密石墨鑄鐵”（CGI），設(shè)計(jì)出緊湊、輕重量、堅(jiān)固耐用的航空柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。這種緊密石墨鑄鐵通過加入緊密的石墨顆粒對(duì)鐵基體實(shí)現(xiàn)互鎖，從而提高了強(qiáng)度和抗破裂性能。與普通灰口鐵和鋁合金相比，抗拉強(qiáng)度提高75%以上，硬度提高45%，疲勞強(qiáng)度則增長(zhǎng)近一倍。目前該材料已用于EPS公司的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱。

       三、特種材料方向
       寬頻可調(diào)雷達(dá)吸波超材料
       2016年2月，美國(guó)愛達(dá)荷州立大學(xué)利用液態(tài)鎵銦錫合金替代固態(tài)金屬制造超材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)單元——開口諧振環(huán)，研發(fā)出一種新型柔性隱身超材料。該材料可在吸波頻段8G～11GHz連續(xù)可調(diào)，RCS衰減40～60dB，與現(xiàn)役裝備雷達(dá)吸波材料相比，隱身效能提高100倍。該成果為寬頻可調(diào)吸波材料的研究開辟了一條全新技術(shù)途徑。        新型防冰材料
       2016年5月，在美國(guó)空軍科學(xué)研究辦公室和卡森直升機(jī)公司的資助下，賴斯大學(xué)發(fā)明了超薄、高導(dǎo)電石墨烯條帶的商業(yè)化生產(chǎn)工藝，并利用該工藝制備了具有導(dǎo)電性能的復(fù)合材料，幫助雷達(dá)罩和玻璃除冰。直升機(jī)旋翼槳葉的涂層試驗(yàn)表明，在-20℃時(shí)，葉片上形成的冰厚約1cm，只需將0.5W/cm2功率密度的小電壓作用于涂層，就能使熱傳導(dǎo)到表面除冰。該涂層可以實(shí)時(shí)有效地對(duì)飛機(jī)、輸電線路和其他表面除冰，比目前在機(jī)場(chǎng)使用的二元醇化學(xué)品更環(huán)保。此外，美國(guó)休斯頓大學(xué)于11月開發(fā)出一種具有“磁性光滑表面”的新材料，在-34℃下有效防冰，可用于任意表面防冰，有望大幅提升飛機(jī)和能源設(shè)施的防冰性能。
       耐高溫陶瓷材料
       2016年8月，俄羅斯研究人員開發(fā)出一種基于碳化硅和二硼化鋯的陶瓷混合物構(gòu)成的多層陶瓷結(jié)構(gòu)材料，預(yù)計(jì)能夠耐受3000℃的極端溫度的考驗(yàn)，可用于提升噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的溫度，還能在空間飛行器再入大氣層時(shí)起到隔熱作用，或者用于制造測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)溫度的傳感器保護(hù)罩。12月，英國(guó)帝國(guó)理工大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)碳化鉭和碳化鉿材料組成的化合物（80%鉭和20%鉿）熔點(diǎn)可達(dá)到3905℃，為未來極熱環(huán)境的應(yīng)用鋪平道路，如下一代超聲速飛行器的熱防護(hù)板、核反應(yīng)堆的燃料包殼。
       自清潔、抗反射、防微生物涂層
       2016年9月，西班牙巴斯克地區(qū)大學(xué)聯(lián)合美國(guó)圣何塞IBM艾爾瑪?shù)茄芯恐行?，開發(fā)了一種能防微生物附著、自清潔且抗反射的涂層。該涂層表現(xiàn)出的相分離性能能顯著降低微生物粘附。自清潔功能是通過將具有疏水性能的無機(jī)硅納米粒子噴涂在丙烯酸涂層上實(shí)現(xiàn)的，形成了超疏水表面還具備很好的強(qiáng)度和韌性?？狗瓷湫阅苁峭ㄟ^引入多孔結(jié)構(gòu)，使涂層的有效反射率低于基材實(shí)現(xiàn)的；同時(shí)，為了降低孔結(jié)構(gòu)對(duì)涂層機(jī)械性能的影響，研究人員確定了最佳的孔隙率范圍。
       碳熱沉材料
       2016年8月，聯(lián)合技術(shù)航空系統(tǒng)（UTAS）公司為美國(guó)空軍475架F-15戰(zhàn)斗機(jī)提供新的輪胎和剎車。新碳剎車采用了專利碳熱沉材料，比目前的剎車系統(tǒng)壽命長(zhǎng)4倍；新的輪胎采用無螺栓鎖環(huán)設(shè)計(jì)，大幅降低維修時(shí)間和成本，并減少部件數(shù)量，提升了F-15戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)隊(duì)的性能和表現(xiàn)。

       四、電子材料方向
       超材料天線
       2016年3月，Kymeta公司表示其mTenna超材料天線已經(jīng)進(jìn)入了軍工市場(chǎng)。mTenna天線能夠自動(dòng)校準(zhǔn)，在飛行中調(diào)整對(duì)電磁波的接收，其制造工藝類似于液晶顯示器或智能手機(jī)玻璃屏幕，成本僅為1.5萬～2.5萬美元，顯著低于相控陣天線和電掃天線。此外，該天線僅消耗10W的功率，收發(fā)合置，重約18kg，可單人攜帶。
       二維氮化鎵半導(dǎo)體材料
       2016年8月，美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)材料科學(xué)家采用石墨烯封裝的方法，利用遷移增強(qiáng)封裝生長(zhǎng)（MEEG）技術(shù)，將鎵原子添加到兩層石墨烯之間，然后加入氮?dú)庖l(fā)化學(xué)反應(yīng)，生成封裝在石墨烯中的超薄片層氮化鎵，首次合成二維氮化鎵材料。這種材料具有優(yōu)異電子性能和強(qiáng)度，將對(duì)電子行業(yè)產(chǎn)生變革性影響。
       鎵液態(tài)金屬合金
       2016年5月，美國(guó)空軍披露其正在進(jìn)行鎵液態(tài)金屬合金(GaLMA)射頻電子研究項(xiàng)目。GaLMA由液態(tài)金屬、鎵及其他導(dǎo)電金屬組成，具有輕質(zhì)、構(gòu)型可變的特點(diǎn)，對(duì)于嚴(yán)格限制尺寸、重量和功率的平臺(tái)有重要意義，可以延長(zhǎng)飛行時(shí)間、提高負(fù)載能力、減少飛機(jī)傳統(tǒng)射頻結(jié)構(gòu)造成的空氣動(dòng)力學(xué)阻力?；贕aLMA的液態(tài)電子對(duì)于傳統(tǒng)射頻電子而言，是一種全新的方法和完全不同的材料形式，可以使天線和電接觸點(diǎn)物理可移動(dòng)，且可重新布置，所以電子元件的形狀和功能能夠隨任務(wù)需求而變化。
       透明強(qiáng)磁性材料
       10月9日，日本研究人員開發(fā)出一種透明強(qiáng)磁性納米顆粒薄膜材料，由納米級(jí)磁性金屬顆粒鐵鈷合金和絕緣物質(zhì)氟化鋁混合制成，有望用于在飛機(jī)擋風(fēng)玻璃上直接顯示油量、地圖等信息的新一代透明磁性設(shè)備，為包括電、磁及光學(xué)設(shè)備在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)帶來革新性的技術(shù)發(fā)展。 

       航空材料：開啟十年黃金時(shí)代
       1. 摘要        航空制造業(yè)主要瓶頸逐步破除，需求拉動(dòng)下有望迎來快速增長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)航空工業(yè)發(fā)展緩慢主要受限于總裝能力、材料技術(shù)和航空管制政策。伴隨大飛機(jī)總裝下線，合金和鑄件技術(shù)提升，以及通航政策放松，行業(yè)有望迎來高速增長(zhǎng)參考國(guó)際經(jīng)驗(yàn)和國(guó)內(nèi)航空運(yùn)輸/軍事需求，我國(guó)民航與通航機(jī)隊(duì)有望新增超過2800架50座以上飛機(jī)，軍用四代/三代戰(zhàn)機(jī)/無人機(jī)需求規(guī)模約為2000架。通航也將帶動(dòng)可觀需求。
       材料產(chǎn)業(yè)鏈條完整，進(jìn)口替代和維保市場(chǎng)空間巨大。假設(shè)到2030年，中國(guó)民航/軍用飛機(jī)需求分別約2800架/2200架，機(jī)隊(duì)規(guī)模約5500/6000架，則對(duì)應(yīng)到鈦合金需求約9.8萬噸，高端鑄造和3D打印部件需求25萬件、民航發(fā)動(dòng)機(jī)維檢需求約1.2萬臺(tái)，軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)需求超過5000臺(tái)。隨著國(guó)內(nèi)航材逐步進(jìn)入中國(guó)商飛、中航工業(yè)的供應(yīng)體系，從材料自主供應(yīng)保障和航空公司運(yùn)營(yíng)成本控制角度來看，未來航材實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代將成為大勢(shì)所趨，航空材料國(guó)產(chǎn)化已經(jīng)在逐步推進(jìn)，進(jìn)口替代和維保市場(chǎng)空間廣闊。
       鈦材、新型合金、高溫合金和3D打印率先受益。我們判斷，在2016~2017年大飛機(jī)首飛和軍機(jī)換代窗口期，已經(jīng)部分進(jìn)入國(guó)產(chǎn)軍機(jī)/大飛機(jī)供應(yīng)鏈認(rèn)證的上市公司有望實(shí)現(xiàn)業(yè)績(jī)反轉(zhuǎn)，打開成長(zhǎng)空間。其中，擁有產(chǎn)能和鑄造工藝優(yōu)勢(shì)的鈦材、依托3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)鑄造替代的航空零部件制造、以及航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片和發(fā)動(dòng)機(jī)維保領(lǐng)域有望率先受益。

       2. 航空工業(yè)有望迎來黃金時(shí)代
       2.1.民航制造業(yè)漸入收獲期
       國(guó)際航空業(yè)對(duì)飛機(jī)需求量快速增加。2013年波音和空客的民航飛機(jī)新接訂單量達(dá)到歷史頂峰，預(yù)示著未來幾年航空材的需求量會(huì)保持高位。我們從飛機(jī)訂單可以看出，航空制造業(yè)訂單量大趨勢(shì)是越來越多的，另外訂單波動(dòng)周期大約是10年左右，從全球來看，航空業(yè)對(duì)民航飛機(jī)的需求有望引來新一輪周期。
       中國(guó)民航客機(jī)需求旺盛。根據(jù)波音公司的預(yù)測(cè)，2013-2032年間，全球新增的民用航空飛機(jī)需求數(shù)量為3.52萬架，其中中國(guó)為5580架，占比高達(dá)16%，中國(guó)市場(chǎng)價(jià)值為7800億美元。其中單通道飛機(jī)為3900架，占比為70%，巨大的市場(chǎng)為C919和ARJ21等自主研發(fā)的干線和支線飛機(jī)提供了廣闊的增長(zhǎng)空間。
       ARJ21備貨期即將到來，C919首飛漸行漸近。2015年11月29日，中國(guó)首架按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)研制、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中短航程新型渦扇支線飛機(jī)ARJ21將交付成都航空公司，進(jìn)入市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)。從ARJ21首飛至投入航線運(yùn)行，飛機(jī)通過了中國(guó)民航的適航審查、FAA影子審查，以及后續(xù)啟動(dòng)的認(rèn)可審查，表明飛機(jī)表明項(xiàng)目水平滿足世界最嚴(yán)格的航空安全標(biāo)準(zhǔn)要求。支線噴氣式客機(jī)的設(shè)計(jì)和總裝技術(shù)已經(jīng)可以成熟運(yùn)用于航線運(yùn)營(yíng)中，國(guó)產(chǎn)客機(jī)民航市場(chǎng)大門已被叩開。國(guó)產(chǎn)噴氣式客機(jī)研發(fā)和市場(chǎng)化前景可期。        2.2. 國(guó)防航空進(jìn)入先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)列裝和研制新周期
       中國(guó)空軍力量提升將持續(xù)。空軍力量對(duì)比顯示，無論在數(shù)量和質(zhì)量方面，中國(guó)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于美國(guó)。中國(guó)2013年戰(zhàn)斗機(jī)保有量約為1455架，僅為美國(guó)的51%。而其他輔助機(jī)型方面則差距更大，運(yùn)輸/加油機(jī)和教練機(jī)等僅為美國(guó)的10%左右。考慮到老舊戰(zhàn)機(jī)淘汰，中國(guó)空軍力量仍然有較大提升空間。        機(jī)隊(duì)機(jī)型升級(jí)換代急切。參考《飛行國(guó)際》的報(bào)告預(yù)測(cè)， 2008年至2013年間，中國(guó)戰(zhàn)斗機(jī)的數(shù)量由2327架下降為1453架，從結(jié)構(gòu)上來看，淘汰的主要為Q-5、H-5和J-6等落后機(jī)型，共淘汰了1070架左右，而J-10、J-11和JH-7等先進(jìn)機(jī)型則總共更新200架，數(shù)量方面的下降和老機(jī)型的淘汰等都顯示出換代升級(jí)的需求迫切。
       新機(jī)型服役與無人機(jī)加速列裝，機(jī)隊(duì)規(guī)模有望大幅提升。從目前已經(jīng)披露的信息可以看到，中國(guó)軍用飛機(jī)的研發(fā)進(jìn)度大幅提升，已經(jīng)定型、試飛或者近期交付的機(jī)型超過20款。預(yù)計(jì)隨著新機(jī)型服役，中國(guó)先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)機(jī)隊(duì)規(guī)模有望大幅提升。
       2.3. 通航政策瓶頸突破，民用無人機(jī)和通航機(jī)型需求增長(zhǎng)
       中國(guó)通航機(jī)型有望進(jìn)入快速發(fā)展。參考美國(guó)、南非、巴西等航空發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)驗(yàn)，在經(jīng)濟(jì)及政策滿足一定條件后，其通用航空產(chǎn)業(yè)都經(jīng)歷了持續(xù)30年6%-10%的高速增長(zhǎng)期。我們看到，盡管目前中國(guó)通用航空還處于非常低的水平，但中國(guó)經(jīng)濟(jì)水平達(dá)到一定高度及低空限制逐步放寬，在近兩年通用航空業(yè)已出現(xiàn)快速發(fā)展趨勢(shì)，2013年開始航空產(chǎn)業(yè)政策進(jìn)一步完善，中國(guó)通用航空有望進(jìn)入一個(gè)十年、二十年的景氣周期。
       通航發(fā)展規(guī)劃和政策條件逐步具備。2013年11月份軍委和民航局發(fā)布的《通用航空飛行任務(wù)審批與管理規(guī)定》，后續(xù)，后續(xù)的低空航圖、《低空空域管理規(guī)定》、《通用航空飛行管制條例》等政策如果出臺(tái)，將進(jìn)一步解決技術(shù)層面的問題，對(duì)通用航空發(fā)展起到極大的推動(dòng)作用。我們認(rèn)為，在下游包括農(nóng)業(yè)、安保等需求帶動(dòng)下，后續(xù)通航行業(yè)和準(zhǔn)入政策扶持有望加速落地。
       機(jī)隊(duì)規(guī)模有望實(shí)現(xiàn)高速增長(zhǎng)?？紤]到通航飛機(jī)在安防、農(nóng)業(yè)植保等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，參考美國(guó)約20萬架通航飛機(jī)保有數(shù)量，我國(guó)通航飛機(jī)需求增長(zhǎng)空間巨大。對(duì)比美國(guó)低空管制（3000m以下空域）70年代開始開放，而美國(guó)聯(lián)邦航空管理局的數(shù)據(jù)顯示，美國(guó)通用航空飛機(jī)數(shù)量從1965年的不到10萬架上升至1980年的20萬架左右。我國(guó)目前通用航空機(jī)隊(duì)數(shù)量約2000架，未來進(jìn)一步增長(zhǎng)空間非?？捎^。
       2.4. 機(jī)隊(duì)規(guī)模增長(zhǎng)和更新帶來龐大材料需求
       航空產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展將迅速帶動(dòng)航材需求。參考國(guó)際經(jīng)驗(yàn)和國(guó)內(nèi)航空運(yùn)輸/軍事需求，我國(guó)民航與通航機(jī)隊(duì)有望新增超過5000架單通道及以上飛機(jī)，軍用四代/三代戰(zhàn)機(jī)/無人機(jī)需求規(guī)模約為2000架，此外還有大量通航直升機(jī)和無人機(jī)需求，由此帶動(dòng)的航空材料制造和維保市場(chǎng)可觀。

       3. 材料視角：國(guó)產(chǎn)化和維保需求撬動(dòng)航材市場(chǎng)
       3.1. 一代飛機(jī)，一帶材料
       材料已經(jīng)成為飛機(jī)研發(fā)和制造核心。由于民航對(duì)飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性要求不斷提高，各類多功能用途的通航飛機(jī)和無人機(jī)應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，結(jié)構(gòu)減重和燃油效率提升促使各類新型航材在飛機(jī)中大規(guī)模應(yīng)用。航空軍用飛機(jī)性能提升對(duì)新材料的需求也逐步體現(xiàn)。每一次飛機(jī)的更新?lián)Q代，都伴隨著機(jī)體材料、結(jié)構(gòu)材料、發(fā)動(dòng)機(jī)材料和各類組件材料的創(chuàng)新和應(yīng)用。
       3.2. 鈦：在國(guó)產(chǎn)軍機(jī)和客機(jī)部件中滲透空間較大
       鈦材在我國(guó)航空航天領(lǐng)域消費(fèi)量或?qū)⒉粩嗯噬?。由于在比?qiáng)度、斷裂韌性、耐熱性、耐蝕性等方面具有優(yōu)異的特性，鈦及其合金在航空領(lǐng)域的應(yīng)用日益增加。目前，世界航空航天的鈦市場(chǎng)主要集中在美國(guó)、俄羅斯、歐洲等國(guó)家和地區(qū)。從提升飛機(jī)性能的角度考慮，未來我國(guó)寬體大型客機(jī)、先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)等單機(jī)用鈦量或?qū)⒉粩嗯噬谖覈?guó)商用支線客機(jī)ARJ21的鈦合金用量為4.8%，商用干線客機(jī)C919的鈦合金用量高達(dá)9.3%，和波音777相比略高(波音777為7%—8%)。隨著國(guó)家對(duì)航空航天領(lǐng)域的支持力度逐年提升，在我國(guó)的民用和軍事航空領(lǐng)域或?qū)⒂瓉肀l(fā)式的發(fā)展機(jī)遇之際，下游高端鈦材的需求量或?qū)⒁齺肀l(fā)期。
       部件國(guó)產(chǎn)化趨勢(shì)明顯。一方面，在完成ARJ21交付和C919總裝后，中國(guó)商飛逐步開始部件國(guó)產(chǎn)化研發(fā)工作。另一方面，波音和空客飛機(jī)的大量結(jié)構(gòu)件開始交由國(guó)內(nèi)較大的航空制造商進(jìn)行制造，有望直接拉動(dòng)國(guó)內(nèi)鈦合金需求。
       民用航空領(lǐng)域鈦材需求有望增加5000噸。全球范圍內(nèi)，民用航空飛機(jī)的用鈦量逐年上升，以2014年波音飛機(jī)訂單總量與各機(jī)型單架飛機(jī)鈦材使用量進(jìn)行測(cè)算：B737用鈦量達(dá)21528噸，B747為152噸，B767為300噸，B777為16697噸，B787達(dá)到8125噸，結(jié)合每類機(jī)型的產(chǎn)量，平均每?jī)r(jià)飛機(jī)用鈦30.19噸/架；根據(jù)波音對(duì)我國(guó)民用航空飛機(jī)的預(yù)測(cè)，到2030年，我國(guó)民用航空各類飛機(jī)總和將增加2800架，則總共需要消耗鈦材量達(dá)8.4萬噸，年均需求超過5000噸。
       軍用航空領(lǐng)域和無人機(jī)鈦材需求量有望達(dá)到每年1700噸。對(duì)比中美兩國(guó)軍機(jī)鈦材使用量，我國(guó)平均每架軍機(jī)鈦需求量為3.1噸/架，遠(yuǎn)低于美國(guó)均機(jī)需求量近8噸/架，鈦材使用量的增加將有力推動(dòng)軍機(jī)減重，提高戰(zhàn)斗力。我國(guó)軍費(fèi)開支從2011年后，始終保持在10%以上的平穩(wěn)增速，保守預(yù)測(cè)今后十年我國(guó)軍費(fèi)開支至少保持在10%的年均增速，軍機(jī)平均鈦材使用量達(dá)到4噸/架；假設(shè)10年后我國(guó)軍用飛機(jī)和無人機(jī)數(shù)量新增2000架；總共新增鈦材量達(dá)到1.6萬噸，年均需求增加約1700噸。
       3.3. 鋁鋰合金和新型鋁合金
       航空航天領(lǐng)域鋁合金用量占比份額高達(dá)70%左右。從全球范圍來看，各類民用客機(jī)的鋁合金用量達(dá)到近70%以上，其中波音777鋁合金用材占總量的半壁江山，空客A380鋁材用量也高達(dá)61%以上；對(duì)于我國(guó)我國(guó)自主設(shè)計(jì)的大型客機(jī)C919主結(jié)構(gòu)材料中：鋁及鋁鋰合金占65%，約14噸，所用到的鋁合金牌號(hào)及制品形式包括7000系合金、2000系合金、6000系合金以及鋁鋰合金；而逐漸投入市場(chǎng)的ARJ21國(guó)產(chǎn)支線客機(jī)材料鋁化率達(dá)75%，96%以上的零部件都是用熱處理可強(qiáng)化的2xxx 系及7xxx 系合金制造的，僅有個(gè)別零件是用5052合金制造。大飛機(jī)的研發(fā)制造離不開材料的支撐，鋁合金在航空航天領(lǐng)域用量依舊占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位。
       2系和7系鋁合金在飛機(jī)用鋁量中占據(jù)主導(dǎo)地位。變形鋁合金1～8系列均在航空航天器制造中都得到應(yīng)用，但當(dāng)今世界各國(guó)大飛機(jī)結(jié)構(gòu)用鋁合金主要是高強(qiáng)度的2系(2024、2224、2324、2424、2524等)和超高強(qiáng)度的7系(7075、7475、7050、7150、7055、7085等)。
       鋁鋰合金或?qū)⒊蔀榇箫w機(jī)鋁合金的重要發(fā)展方向。鋁鋰合金材料是近年來航空航天材料中發(fā)展最為迅速的一種先進(jìn)輕量化結(jié)構(gòu)材料，具有密度低、彈性模量高、比強(qiáng)度和比剛度高、疲勞性能好、耐腐蝕及焊接性能好等諸多優(yōu)異的綜合性能。用其代替常規(guī)的高強(qiáng)度鋁合金可使結(jié)構(gòu)質(zhì)量減輕10%~20%，剛度提高15%~20%，在航空航天領(lǐng)域顯示出了廣闊的應(yīng)用前景。鑒于此，鋁鋰合金已深得航空航天界的喜愛，它作為一種新型航空航天結(jié)構(gòu)材料，已成為美、英、法、俄等發(fā)達(dá)國(guó)家競(jìng)相研制、開發(fā)的熱點(diǎn)。
       全球鋁鋰合金研發(fā)進(jìn)程已邁入第三代鋁鋰合金時(shí)代。由于鋁鋰合金的成本比普通鋁合金高、室溫塑性差、屈強(qiáng)比高、各向異性明顯、冷加工容易開裂等，導(dǎo)致其成形難度大，難以制造復(fù)雜的零部件，從而限制了其在結(jié)構(gòu)部件方面的應(yīng)用。但近年來，國(guó)外鋁鋰合金的研制和成形技術(shù)日漸成熟，不僅在軍用飛機(jī)和航天器上大量應(yīng)用；而且民用飛機(jī)鋁鋰合金的用量也呈增加態(tài)勢(shì)，如“奮進(jìn)號(hào)”航天飛機(jī)的外貯箱、空客A330/340/380等系列飛機(jī)；目前，已開發(fā)出的新型鋁鋰合金主要有高強(qiáng)可焊的1460和Weldalite系列合金，高韌的2097、2197合金，低各向異性的AF/C-489、AF/C-458合金等，這些新出現(xiàn)的鋁鋰合金標(biāo)志全球鋁鋰合金研發(fā)已邁入第三代鋁鋰合金，逐漸廣泛應(yīng)用于高端航空航天領(lǐng)域。
       國(guó)產(chǎn)鋁合金材料主要由西南鋁主導(dǎo)，其他鋁材深加工企業(yè)有望跟進(jìn)。由于鋁鋰合金熔鑄工藝，板料軋制擠壓技術(shù)要求較高，新型鋁鋰合金的開發(fā)研制主要由西南鋁業(yè)進(jìn)行，并成功試制成功了用于C919大飛機(jī)項(xiàng)目專用的第三代新型鋁－鋰合金。同時(shí)，伴隨者波音、空客等在華新建組裝生產(chǎn)線，以及部分機(jī)身結(jié)構(gòu)國(guó)產(chǎn)化加速推進(jìn)，國(guó)內(nèi)鋁材深加工企業(yè)開始引入相關(guān)鋁結(jié)構(gòu)鍛件，并開展波音、空客產(chǎn)品驗(yàn)證，有望在未來2年內(nèi)形成供貨。
       3.4. 發(fā)動(dòng)機(jī)材料：關(guān)注高溫合金和單晶葉片
       3.4.1. 高溫合金
       全球高溫合金下游市場(chǎng)空間巨大，航空航天領(lǐng)域占比高達(dá)55%。截止到2012年末，全球高溫合金年消費(fèi)量已達(dá)28萬噸，市場(chǎng)空間超過100 億美元；特別在航空航天領(lǐng)域的消費(fèi)比例高達(dá)55%以上，我們認(rèn)為，在下游航空航天領(lǐng)域景氣度持續(xù)增加的帶動(dòng)下，需求量或?qū)㈦S著未來全球高端工業(yè)發(fā)展繼續(xù)提升。
       高溫合金為發(fā)動(dòng)機(jī)核心材料。發(fā)動(dòng)機(jī)核心材料包括風(fēng)扇和壓氣機(jī)前級(jí)使用的鈦合金葉片、后級(jí)壓氣機(jī)和低壓渦輪使用的高溫合金，高壓渦輪使用的單晶葉盤和葉片，以及噴管和燃燒室使用的高溫合金。通常來說，工作溫度高且需要承受較大壓力的燃燒室、后級(jí)壓氣機(jī)等部件會(huì)使用鐵基高溫葉片。
       國(guó)內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)拉動(dòng)高溫合金年需求約為1200噸?？紤]到由于國(guó)產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)主要應(yīng)用在軍事領(lǐng)域，假設(shè)未來10年航空發(fā)動(dòng)機(jī)需求約3200臺(tái)，每臺(tái)重量約2噸，高溫合金占總質(zhì)量50%，成材率約50%左右，并考慮備件等因素，對(duì)應(yīng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)用高溫合金需求超過1.2萬噸。
       3.4.2. 葉片鍛造和加工
       單晶葉片應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)將縮小與國(guó)外代差，市場(chǎng)空間巨大。渦輪葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)最核心的部件之一，耐受溫度也是提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率的關(guān)鍵因素。末級(jí)壓氣機(jī)和首級(jí)風(fēng)扇直接接觸1500攝氏度以上的高溫氣流，同時(shí)承受巨大的壓力，對(duì)材料要求較高。成都航宇擬投產(chǎn)的單晶葉片，有望成功研制用于航空渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，并消除國(guó)產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)與進(jìn)口產(chǎn)品的代差?？紤]到四代機(jī)列裝、大型無人機(jī)和三代機(jī)的維檢需求，假設(shè)未來10年列裝1000架戰(zhàn)機(jī)，雙發(fā)機(jī)型占比50%，備件比1.2，全周期替換率1.8計(jì)算，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)需求超過3240臺(tái)，對(duì)應(yīng)單晶葉片市場(chǎng)空間約1020億元。
       3.4.3. 衍生領(lǐng)域廣闊
       衍生市場(chǎng)同樣廣闊。航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片和合金技術(shù)可以衍生至燃?xì)廨啓C(jī)，廣泛用于電站和艦船中。我國(guó)2020年燃?xì)廨啓C(jī)規(guī)劃裝機(jī)容量達(dá)到1.2億千瓦，較2014年末裝機(jī)量提高約7000萬千瓦。按照主流200兆瓦出力的燃機(jī)輪機(jī)測(cè)算，合計(jì)燃?xì)廨啓C(jī)裝機(jī)需求超過350臺(tái)。與傳統(tǒng)動(dòng)力相比，燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、功率大、重量輕、壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)可以顯著提高艦船的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能。我國(guó)目前大約只有10艘主力艦艇使用燃?xì)鈾C(jī)。隨著國(guó)產(chǎn)艦船用燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破和海軍艦艇列裝速度加快，未來有望形成3大近海艦隊(duì)和若干航母編隊(duì)，未來五年預(yù)計(jì)年將新增驅(qū)逐艦及護(hù)衛(wèi)艦30臺(tái)左右，中小型艦艇90臺(tái)。
       “兩機(jī)專項(xiàng)”政策扶持力度加大，高溫材料首當(dāng)其沖，下游市場(chǎng)前景可期。航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)涉及到國(guó)防、民航、電力基礎(chǔ)設(shè)施等重點(diǎn)領(lǐng)域，而目前國(guó)內(nèi)尚不具備生產(chǎn)能力，高溫材料瓶頸使得國(guó)產(chǎn)輪機(jī)始終與國(guó)外存在代差。2015年，航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)項(xiàng)目首次寫入了2015年的政府工作報(bào)告。隨后，《中國(guó)制造2025》規(guī)劃也將航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，“兩機(jī)”專項(xiàng)投資規(guī)?；蜻_(dá)千億元，資金需求可以保障。另一方面，我們測(cè)算中國(guó)未來5年燃?xì)廨啓C(jī)/航空發(fā)動(dòng)機(jī)需求約為1160臺(tái)，假設(shè)每個(gè)熱端渦輪2級(jí)，每個(gè)葉盤80片葉片，每個(gè)葉片單價(jià)30萬元，預(yù)計(jì)高溫材料5年內(nèi)將新增550億元市場(chǎng)空間，以及約350億元維保市場(chǎng)。
       3.5. 3D打印滿足航空小部件需求
       3D增材打印技術(shù)具備在航空領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)。從國(guó)外3D打印應(yīng)用情況來看，兩大民航客機(jī)生產(chǎn)商波音和空中客車已經(jīng)在各自最新的機(jī)型中大規(guī)模使用3D打印制造鈦合金零部件。其中，波音公司透露已經(jīng)建立了一個(gè)由模型數(shù)據(jù)庫-零件管理系統(tǒng)-打印機(jī)構(gòu)成的3D打印數(shù)據(jù)庫用以生產(chǎn)相關(guān)零件，從1997年至2015年已經(jīng)打印了超過2萬個(gè)飛機(jī)零部件?？湛驮贏350 XWB機(jī)型上已經(jīng)應(yīng)用了超過1000個(gè)3D打印部件。發(fā)動(dòng)機(jī)方面，GE使用3D打印制造的壓縮機(jī)溫度傳感器外殼已經(jīng)通過了FAA適航認(rèn)證，羅羅使用3D打印制造的軸承基座零件已經(jīng)用于A380并完成試飛。由此可見，3D增材打印在飛機(jī)部分連接件和結(jié)構(gòu)件中，已經(jīng)可以對(duì)傳統(tǒng)鍛件進(jìn)行廣泛替代。
       使用3D打印提升飛機(jī)制造效率，降低運(yùn)營(yíng)成本。由于飛機(jī)的非標(biāo)準(zhǔn)零部件和耗材數(shù)量較多，在生產(chǎn)過程中，單個(gè)制造模具往往成本較高。在部分對(duì)精度要求相對(duì)較低的連接部件和特殊部件中，使用3D打印可以大幅提高生產(chǎn)效率。例如，羅羅披露使用3D打印零部件生產(chǎn)效率可提高1/3，交貨周期可縮短30%。3D打印將再造航空材料維保體系，節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本。由于飛機(jī)零件種類繁多，且維修頻率較高，飛機(jī)制造商和航空公司在飛機(jī)零部件維修中需要承擔(dān)大量的備件庫存，且備件交貨周期較長(zhǎng)。以波音公司為例，每年零件采購數(shù)量高大7.83億個(gè)，并在全球建有5400個(gè)零部件供應(yīng)商。3D打印有望再造航空零部件供貨流程，部分小部件將不再通過供貨商采購而是直接由3D打印獲得，有望大幅節(jié)約了庫存成本并縮短了交貨周期。
       3D打印滲透率提升將帶來大量材料和加工需求。假設(shè)每年全球航空領(lǐng)域零部件需求總數(shù)約30億件，平均每個(gè)零部件重量100克，則3D打印部件在所有航空部件中滲透率提升0.1%，就有望帶動(dòng)約300噸3D打印鈦粉材料需求。假設(shè)到2017年3D打印在零部件的滲透率達(dá)到1%，則對(duì)應(yīng)市場(chǎng)規(guī)模超過90億元。
       3.6. 非金屬新材料：關(guān)注碳復(fù)合材料和陶瓷基材料
       3.6.1. 碳纖維復(fù)合材料(CFRP)：機(jī)身材料新寵
       碳纖維材料對(duì)飛機(jī)機(jī)身進(jìn)行有效減重。由于CFRP重量較傳統(tǒng)鋁合金/鈦合金更輕，且沖擊和疲勞性能接近金屬材料，已經(jīng)被大量用于飛機(jī)的機(jī)身、翼面和渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇中。目前，CFRP在軍機(jī)和民航飛機(jī)中應(yīng)用占整機(jī)材料重量比例在22%至50%。CFRP的發(fā)展主要包括了四個(gè)階段：
       1）1970年代，主要用于整流罩、艙門等非承力結(jié)構(gòu)；1公斤CFRP可以大體替代3公斤鋁合金；
       2）1980年代，主要用于垂尾、平尾、鴨翼、副襟翼舵面等次承力結(jié)構(gòu)，尺寸和承重能力進(jìn)一步擴(kuò)大；
       3）1990年代，主要伴隨著熱壓罐整體成型技術(shù)的成熟，開始將CFRP應(yīng)用于大部件，包括機(jī)身、機(jī)翼等。同時(shí)CFRP探傷技術(shù)逐步成熟，開始在民航飛機(jī)中應(yīng)用；
       4）2010年至今，CFRP開始被嘗試用于發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇。由于纖維多層交叉鋪貼，材料本身“各向異性”性能優(yōu)越，裂紋生長(zhǎng)緩慢，再加上振動(dòng)衰減率比鈦合金快5-6倍。LEAP-X發(fā)動(dòng)機(jī)采用了CFRP三維碳纖維編織物整體成型的風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇減重約50%。
       3.6.2. 碳-碳復(fù)合材料：主要應(yīng)用于剎車付
       已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用于航空、汽車等剎車摩擦材料。碳-碳復(fù)合材料密度較輕，僅為金屬基復(fù)合材料的三分之一左右，作為剎車付的摩擦材料可以減重40%。同時(shí)，材料熱穩(wěn)定性較好，一方面比熱較高具有良好的吸熱功能，另一方面在2000度以上的高溫下也不易融化粘結(jié)，大幅減少航空剎車付的維修頻率。同時(shí)，碳-碳復(fù)合材料自身具備一定結(jié)構(gòu)性能，有助于簡(jiǎn)化剎車付結(jié)構(gòu)性能。目前碳-碳復(fù)合材料已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用于民航和軍用飛機(jī)的剎車組件中，并逐步外延到汽車、高鐵等剎車的摩擦材料。
       3.6.3. 陶瓷基材料：潛在的熱端靜子材料
       主要用于取代發(fā)動(dòng)機(jī)熱端的靜子材料。陶瓷基復(fù)合材料（CMC）可能成為下一代發(fā)動(dòng)機(jī)高溫材料。由于CMC重量只有同等體積金屬合金的三分之一，相關(guān)的承重部件可以因此變薄，減少發(fā)動(dòng)機(jī)重量，提高燃油效率。同時(shí)CMC的工作溫度較鎳基合金高大約500度，可以大幅提升熱端工作溫度，并減少氣冷組件和設(shè)計(jì)（二級(jí)渦輪甚至不需要?dú)饫洌?。完全?yīng)用后可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)減重約6%（455kg）。
       目前， CFM最新推出的LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)中使用CMC材料作為高壓渦輪罩殼，GE9X則將進(jìn)一步會(huì)擴(kuò)大CMC使用范圍到內(nèi)外燃燒室襯套，高壓渦輪1級(jí)和2級(jí)的噴嘴（靜葉），以及1級(jí)導(dǎo)流罩。
       3.6.4. 多孔金屬膜（EMF）
       主要用于復(fù)合材料機(jī)身防雷。由于CFRP整體成型在機(jī)身中大量替代鋁合金機(jī)身，飛機(jī)防雷已經(jīng)成為一個(gè)重要的課題。在飛機(jī)制造中，保護(hù)復(fù)合材料機(jī)身防雷主要使用多孔金屬箔（EMF）。
       總之，航空材料的多領(lǐng)域的發(fā)展，極大的推進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的飛速發(fā)展。高校、科研單位和企業(yè)能齊心推進(jìn)航空材料的進(jìn)口替代，我國(guó)在航空領(lǐng)域的行業(yè)前景是十分廣闊的。