西北工业大学李金山教授团队：航空航天用先进金属基复合材料

航空航天等领域的飞速发展对材料综合性能的要求日益严苛，金属基复合材料特有的材料可设计性使其可以兼具高强度、高刚度、耐磨损、耐高温等优点，在相关领域展现出广阔的应用前景，其发展水平已成为衡量一个国家材料科技水平的重要标志之一。

作为21 世纪十分活跃且具有影响力的科学技术领域之一，航空航天领域的发展水平已成为衡量一个国家科技水平的重要标志。航空航天飞行器要在高应力、超高温、超低温、高真空、强腐蚀等极端条件下工作，高性能材料是航空航天工程实现高可靠性、长寿命和低成本的保障，先进金属基复合材料的出现促进了新型飞机、运载火箭、导弹、卫星、载人航天器的成功研制和服役。

金属基复合材料(metal matrix composites, MMCs)是以纯金属或合金为基体，采用一定的制备工艺处理后，将物理、化学性质有所差异的增强体与基体复合形成的新材料。一般情况下，选用无机非金属的纤维、晶须、颗粒或纳米颗粒等作为增强体，经复合所形成的金属基复合材料既可以保持金属基体的优点，又能发挥增强体的优点，相较于单一金属材料，金属基复合材料的比强度、比模量和耐高温等性能改善明显(吴人洁，2001)。

▲ 典型复合材料与基体金属性能对比

▲ 不同温度下典型复合材料与基体金属比强度对比

金属基复合材料具有高比强度、高比模量、良好耐高温性能等优异性能，成为各国进行技术发展和竞争的重要领域。结合国内外对于金属基复合材料的研究历程和现状可以发现，21 世纪以来，金属基复合材料的相关研究得到了快速发展，其在航空航天、电子通信等领域的探索性应用取得了一定的成果，显示出明显的技术优势。放眼世界，金属基复合材料发展的主要问题是应用范围仍较为局限，真正的大规模应用尚未实现。针对我国金属基复合材料发展环境，除了产品应用问题外，工艺设计、制备技术等方面同样存在一定问题。

▲ 飞行器每减重1kg 所取得的经济效益与飞行速率的关系。研究表明，飞行器每减重1kg 就会产生显著的经济效益，而且这种经济效益随着飞行器飞行速度的提高而显著提高

目前，世界经济发展由于严重的环境和能源问题已经受到一定程度的制约，材料轻量化需求趋势已成必然，因此在未来一段时间内，金属基复合材料将会显示出更加明显的应用优势。此外，在许多领域，金属基复合材料已经成为无法替代的材料，如大功率电子器件、移动通信基站散热模块等。结合全世界经济发展环境及发展需求，金属基复合材料将凭借其低密度、高性能的突出特性持续应用于航空航天、电子封装等高新领域，并将在民用领域进入应用快速发展阶段。

未来对于金属基复合材料的研究趋势首先是优化材料构型设计，通过调控工艺参数实现增强体的空间分布及其与基体的良好结合；其次，性能更加优异的增强体将会得到广泛应用，如碳纳米管、石墨烯等；多功能化材料的开发同样是金属基复合材料发展的必然趋势，其应用范围不只在飞机、火箭、人造卫星等尖端设备中，也会逐步扩展到汽车、造船、机械、医疗、体育等民用领域，将对人类生产生活产生更加深远的影响，并能够缓解世界性的环境和能源问题。

21 世纪以来，随着金属基复合材料研究、装备与制造水平的提升，金属基复合材料得到前所未有的快速发展，越来越多种类的先进金属基复合材料应用于航空航天飞行器，但相关研究与进展主要通过社交媒体、期刊、会议报告等方式进行报道，尚未形成知识体系，针对航空航天用金属基复合材料的专著非常匮乏。

《航空航天用先进金属基复合材料》以金属基复合材料在航空航天领域的应用现状和发展趋势为核心，将金属基复合材料研究方向与航空航天发展需求进行了有机结合，建立了全面的航空航天用先进金属基复合材料体系，是一部系统讲述航空航天用金属基复合材料的专著。

西北工业大学李金山、陈彪和万杰研究团队长期从事金属基复合材料的科学研究、技术开发和人才培养。《航空航天用先进金属基复合材料》（李金山，陈彪，万杰编著．北京：科学出版社，2024.6）结合作者在航空航天用金属基复合材料领域的研究成果与教学经验，从材料分类、性能、制备方法、典型材料和应用情况五个方面，系统介绍了金属基复合材料在航空航天领域的研究现状、应用情况和发展趋势，建立了完整的航空航天用先进金属基复合材料内容体系，内容新颖，系统实用。

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第1 章对金属基复合材料的基本概念及其在航空航天领域应用的相关性做了具体的解释和分析。第2～5章分别对制备技术成熟，且在航空航天领域应用广泛的四类金属基复合材料进行了详细讲述，分别为铝基复合材料、钛基复合材料、高温合金复合材料和镁基复合材料。第6 章对尚处于发展初期，但具有巨大应用前景的四类金属基复合材料进行了论述，包括金属间化合物复合材料、难熔合金复合材料、高熵合金复合材料和非晶合金复合材料。

本书第1 章和第3 章由李金山撰写，第2 章和第4 章由陈彪撰写，第5 章和第6 章由万杰撰写，全书由李金山统稿。感谢傅恒志院士在本书撰写过程中提出宝贵意见，对本书的出版起到了至关重要的作用。

本文摘编自《航空航天用先进金属基复合材料》（李金山，陈彪，万杰编著．北京：科学出版社，2024.6）一书“前言”“第1 章 绪论”，有删减修改，标题为编者所加。

ISBN 978-7-03-077371-5

祝洁，18628452164

罗瑶，18629426379

本书从材料分类、性能、制备方法、典型材料和应用情况五个方面系统介绍了铝基、钛基、高温合金、镁基等金属基复合材料在航空航天领域的发展现状，建立了完整的航空航天用先进金属基复合材料内容体系。

本书可供航空航天用先进材料领域的学者和研究人员阅读，也可供高等院校航空、航天、材料等专业师生参考。

（本文编辑：刘四旦）

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