＊汪洪波 祝媛媛

（湖北大學(xué)知行學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院 湖北 430000）

引言

隨著我國航空行業(yè)的逐漸發(fā)展，早期引進(jìn)的一些飛機逐步進(jìn)入老齡化，經(jīng)歷長時間的飛行后，結(jié)構(gòu)的完整性受到了極大的影響，不但發(fā)生了損傷現(xiàn)象，有一些還出現(xiàn)了嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象，這不僅會威脅到航空飛機在運行中的安全，甚至?xí)瓜鄳?yīng)的航空公司蒙受極大的經(jīng)濟(jì)損失，所以，研究材料的檢測與腐蝕性的排除對于航空企業(yè)有著重要的意義。這些問題都與材料化學(xué)密切相關(guān)，可以通過材料化學(xué)對航天器所發(fā)生的問題進(jìn)行研究，研發(fā)解決的途徑。

1.航空材料的進(jìn)展

人們花在探索飛機材料上的時間比火箭飛機長得多，對其發(fā)展過程的觀察也更加豐富。通過對航天材料發(fā)展過程的了解，我們可以發(fā)現(xiàn)，航天材料的發(fā)展大致取決于以下三個因素。（1）材料科學(xué)新理論的發(fā)現(xiàn)：鋁合金的時效強化原理導(dǎo)致鋁合金變硬。（2）材料加工技術(shù)的進(jìn)步：沒有技術(shù)的支持，就沒有進(jìn)步。簡單來說，當(dāng)新材料被發(fā)現(xiàn)時，必須有相應(yīng)的應(yīng)用技術(shù)。比如古代鑄鍛技術(shù)發(fā)展到定向凝固技術(shù)和精鍛技術(shù)，使高性能葉片材料可以在實踐中得到應(yīng)用；復(fù)合增強纖維層的設(shè)計和工藝技術(shù)的發(fā)展使其在不同應(yīng)力方向上具有最佳特性，從而使復(fù)合材料“可設(shè)計”，開辟了其應(yīng)用的廣闊前景；熱等靜壓技術(shù)等新型技術(shù)的發(fā)展，基于了新一代的航空零件以更全新優(yōu)質(zhì)的性能。（3）材料性能測試及無損檢測技術(shù)的發(fā)展：如今的材料性能檢測儀器能夠深入檢測材料的分子結(jié)構(gòu)，材料力學(xué)性能測試裝置已經(jīng)能夠模擬飛機的載荷譜，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，無損檢測技術(shù)也有了極大的進(jìn)步。航空材料性能測試及無損檢測技術(shù)正在為我們提供詳細(xì)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，為航空設(shè)備的制造及設(shè)計提供更實用的材料性能數(shù)據(jù)，為航空材料的制造及使用提供高效快速的的檢測方案。

航空材料所使用的大部分零件幾乎都需要在超高溫、超低溫、高真空、強腐蝕等極端條件下運行，因此對航空材料的要求極高，在實際運行中，由于受材料重量和容納空間的限制，航空材料需要在正常情況下以最小的體積和質(zhì)量發(fā)揮同等的功能，有的需要在大氣或外太空長時間運行，因此不能隨時隨地停止檢查或更換零件設(shè)備，所以航空材料更加需要有較高的可靠性和質(zhì)量保證。

2.航空航天材料所需的性能

(1)具有較高的比強度和剛度

對飛機材料的基本需求是：重量輕，強度高，剛性好。減輕飛機的構(gòu)造重量意味著增加運載才能，提升機動性，增加飛行間隔或航程，減少燃料或推進(jìn)劑的耗費。因而，強度和剛度是決定航空航天資料力學(xué)性能的重要參數(shù)。同時，飛機除了接受靜載荷外，還必須接受起降、發(fā)起機振動、機動飛行和突風(fēng)等引起的交變載荷，所以航空材料是否能耐疲勞也成為科學(xué)家們研究考慮的重點。

(2)優(yōu)良的耐高溫性能

就是說航空資料要能接受更高的工作溫度。關(guān)于機身材料，氣動加熱效應(yīng)增加了外表溫度，這就需要構(gòu)造材料具有耐高溫性；關(guān)于發(fā)動機材料，需要渦輪盤和渦輪葉片具有良好高溫耐腐蝕性。

(3)耐老化和耐腐蝕

航空材料需要面臨的另一個問題是腐蝕與老化，航天材料接觸的物質(zhì)，如飛機燃料、火箭推進(jìn)劑等，大多數(shù)對金屬和非金屬資料有很強的腐蝕或收縮作用。高分子材料在濕潤的環(huán)境中長期運行而產(chǎn)生的霉菌和太陽的照射及風(fēng)雨的腐蝕，會加速其老化過程。所以耐腐蝕、耐老化、防霉也是航天材料應(yīng)該具備的特性。

(4)壽命長，安全性高

作為載人技術(shù)的裝置，這是一個毋庸置疑的的要素。使用材料，必需要求其安全要素。同時需要留意的是，在飛機質(zhì)量不時減小的同時，質(zhì)量減小帶來的安全性降低現(xiàn)象也不容忽視。

(5)成本低

航空飛機的成本不斷上升，擁有優(yōu)異航空技術(shù)的國家和地區(qū)對于航空設(shè)備有更多的要求。其中航空材料在航空產(chǎn)品中所占的成本和價格非常高，所以材料選擇和低成本研發(fā)是航空材料發(fā)展的重要要求。同時，許多民航飛機作為普通人們使用的交通工具，實現(xiàn)降低成本也是為了便利群眾，實現(xiàn)以人為本的要求。

3.材料化學(xué)的特性

材料化學(xué)主要是通過化學(xué)變化加工出多種多樣、形式功能新穎的新材料。材料化學(xué)是一門從化學(xué)角度研究材料的制備、生產(chǎn)、組成、應(yīng)用和廢棄的新學(xué)科。同時，材料化學(xué)不僅僅是材料科學(xué)的一個分支，也是化學(xué)科學(xué)的重要組成部分，具有交叉學(xué)科和邊緣學(xué)科的特點。材料化學(xué)的研究范圍幾乎涵蓋了所有材料領(lǐng)域，其主要的研究范疇是材料在制備、使用過程中涉及到的化學(xué)過程、材料性質(zhì)的測量。

在21世紀(jì)，科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力。因此，各種高科技手段不斷推動著各行各業(yè)的發(fā)展。其中，材料化學(xué)是極為重要的一門學(xué)科，可以有效地將材料與信息結(jié)合起來，更好地利用現(xiàn)有的能源。特別是近些年來，隨著材料技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，材料化學(xué)也在高科技領(lǐng)域的發(fā)展中起著重要的作用。將材料化學(xué)與航空結(jié)合起來，是材料化學(xué)成功應(yīng)用的一個典范。

4.材料化學(xué)的現(xiàn)狀

隨著科技的逐漸進(jìn)步，信息和材料成為了推動科技發(fā)展的重要組成部分。新興材料在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展中占有著極其重要的地位。對于工業(yè)水平發(fā)達(dá)的國家來說，材料的研究和發(fā)展是極為重要的，只有把材料領(lǐng)域發(fā)展起來，才可能推動國家的科學(xué)技術(shù)發(fā)展。材料化學(xué)是二十個世紀(jì)發(fā)展的新興學(xué)科，當(dāng)前，研究取得了十分不錯的效果，同時也逐步應(yīng)用到各行各業(yè)中，擁有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ熬皬V闊。

5.材料化學(xué)的研究內(nèi)容

材料化學(xué)主要研究材料質(zhì)變過程中的物理與化學(xué)現(xiàn)象，具有各方面的理論知識，主要包括以下幾點內(nèi)容：（1）以天然的礦物質(zhì)為原料，采用快速燃燒的方法來制備氮化物等耐火材料，提升燃燒的速度。根據(jù)鋼鐵冶煉的技術(shù)要求，研制多種氮化物和氮氧化物合成的新型耐火材料。（2）利用物理化學(xué)手段來制備微觀相的試樣。用統(tǒng)計模型和透射電鏡的研究方法相結(jié)合，研究出材料的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行進(jìn)一步的研究與應(yīng)用。針對納米技術(shù)，利用物理化學(xué)原理，來改變其表面的特征，更好的提升材料質(zhì)量。（3）更好的利用稀土材料，具備含有稀土的納米催化劑，在稀土材料的基礎(chǔ)上建造超導(dǎo)材料。

材料化學(xué)是物理化學(xué)的一個分支，但又與其他學(xué)科的知識有一定的交叉性。現(xiàn)代材料化學(xué)集合了多種學(xué)科的知識，更加強調(diào)與應(yīng)用性，因此更具有前沿學(xué)科的特點，在材料科技中占有重要的地位。隨著高科技的逐漸發(fā)展，各行各業(yè)都開始與材料的性能有著緊密的結(jié)合。所有行業(yè)都是依托于材料的基礎(chǔ)上進(jìn)行發(fā)展。其中，航天技術(shù)是推動我國科技發(fā)展的重要領(lǐng)域，材料技術(shù)與航天領(lǐng)域也有著極為緊密的結(jié)合，不但參與材料的制備，也對于后續(xù)航天器的維護(hù)與檢修有著重要的作用。因此，材料化學(xué)在未來的科技發(fā)展中占有著重要的地位，同時也具有廣闊的發(fā)展前景。

6.材料化學(xué)在航空領(lǐng)域的應(yīng)用

對于航空行業(yè)來說，航空材料是行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。機身的材料和發(fā)動機的材料是整個航天器中最重要的結(jié)構(gòu)，因此對于航班的飛行安全與各方面性能起著重要的作用。航空結(jié)構(gòu)材料的特點是強度高，質(zhì)量輕，可靠性高。飛行器作為一個整體，還需要一些極為精密的材料，這叫對于材料的發(fā)展提出了更高的要求。在這些高質(zhì)量材料的研發(fā)過程中，離不開材料化學(xué)，不但可以使得所具備出的材料符合標(biāo)準(zhǔn)要求，還可以降低成本，提高航天器的質(zhì)量。

對于各個國家來說，航空安全都是極為重要的，因此在登機前，機場的安全部門要對于乘客所攜帶的隨身行李進(jìn)行嚴(yán)格的檢查。但是，現(xiàn)在一些航空安全系統(tǒng)有許多的漏洞，盡管有一些法規(guī)條例，但是卻沒有統(tǒng)的評定標(biāo)準(zhǔn)。因此，提高檢測的精度與效率是極為重要的，這就需要培養(yǎng)出精通材料和材料使用安全的機場人才，這也是材料化學(xué)領(lǐng)域的重要研究方向。

7.結(jié)語

綜上所述，我們可以看出材料化學(xué)的前景是非常廣闊的，將材料化學(xué)應(yīng)用在航空技術(shù)中，不但可以提升發(fā)動機的性能，也可以對于飛行安全及能源環(huán)保起到一定的作用。由此可見，材料化學(xué)的應(yīng)用范圍極為廣泛，不僅可以應(yīng)用在材料的制備中，還對于航天器的修復(fù)及維護(hù)有著重要的作用，因此材料化學(xué)有著巨大的發(fā)展?jié)摿?，并且，對于其他科技行業(yè)也有重要的作用，等待人們?nèi)ラ_發(fā)。