先进航空透明材料与透明件技术进展
摘要：航空座舱透明件是飞机上的关键结构功能件，其制造技术是一项多学科交叉的前沿技术。针对该领域的研究现状，本文系统梳理了先进航空透明材料与透明件技术的发展历程和目前的技术状态，详细总结了航空透明材料、单层及复合结构透明件成型技术、透明件功能膜系及电致变色技术等研究成果，最后，对先进航空透明材料与透明件领域发展趋势进行了展望。
航空发动机用Ti2AlNb合金的发展现状及应用进展
摘要：Ti2AlNb合金作为一种新型高温轻质结构材料，被视为替代镍基高温合金、实现航空发动机关键高温部件显著减重最具潜力的候选材料之一。目前，Ti2AlNb 合金的研制已步入成熟阶段，其在航空发动机领域的应用正加速推进，从实验室材料性能向实际结构服役性能转化的需求日益迫切。本文围绕Ti2AlNb 合金在航空发动机中的应用性能研究现状与发展进行系统综述，在总结该合金的研制进展及其在发动机中的选材分析与应用现状的基础上，归纳出先静子后转子的应用路径及其典型潜在应用对象。进一步从发动机结构完整性要求、强度寿命分析方法工具需求及材料应用综合评价体系构建等方面，系统梳理面向结构应用的Ti2AlNb合金性能评价需求与重点研究内容。随后，以燃烧室机匣为例，重点阐述Ti2AlNb合金在典型航空发动机结构件中的应用性能评价研究现状。最后，结合当前研究进展，提出推动Ti2AlNb合金选材与结构应用性能评价领域未来发展的建议方向：未来应聚焦发动机真实服役工况，系统开展多因素耦合环境下的性能评价，构建组织-性能定量关联模型，发展材料-结构-性能一体化设计方法，为Ti2AlNb合金在燃烧室机匣等关键构件上的工程化应用提供坚实支撑。
数字技术在粉末高温合金中的应用与展望
摘要：粉末高温合金因无偏析、组织均匀、性能优异等特点，成为先进航空发动机涡轮盘的首选材料。但是，其高合金化成分和复杂工艺使传统“试错法”研发模式面临周期长、成本高、方向不明确等挑战，数字技术已成为解决上述瓶颈的关键路径。本文概述“电子-原子-介观-宏观”全尺度数字技术体系在粉末高温合金研究领域的应用，并展望其未来发展方向。电子尺度的第一性原理等方法主要用于筛选合金元素、解释相稳定性机制、计算γ/γ′两相界面能等。原子尺度的分子动力学等方法主要用于揭示夹杂物对裂纹的影响、变形过程中位错、孪晶、晶界等的相互作用机理。介观尺度的晶体塑性、相场、元胞自动机等方法模拟颗粒烧结、两相组织、晶粒等演变过程及其对力学性能的影响。宏观尺度方法侧重制粉、热等静压、热处理等工艺过程宏观应力场、温度场、平均介观组织场（如平均晶粒尺寸）等的演变过程模拟。人工智能与数字孪生正变革粉末高温合金研发：人工智能基于大量实验数据，通过机器学习等不同算法提供成分与工艺优化的明确方向和方案；数字孪生构建虚拟映射，力图实现从制造到服役的全流程精准仿真、实时诊断与寿命预测。最后，指出未来数字技术需向跨尺度跨工序制备——服役一体化预测与优化方向发展，支撑航空发动机涡轮盘的短周期、低成本、高可靠和长寿命升级与创新。
变形高温合金及其制备工艺研究进展
摘要：本文综述了近十余年本课题组在变形高温合金及其制备工艺方面开展的研究工作。一方面为航空航天用变形高温合金，包括用于750 ℃ 以上的高强度难变形高温合金、兼具结构与功能特性的新一代低膨胀高温合金、高温高强紧固件用变形高温合金等，阐述这些新材料的组织特征与典型性能；另一方面为核反应堆用变形高温合金，介绍耐腐蚀抗辐照的高温核结构材料的研制进展与组织性能特点。同时，介绍变形高温合金细晶均质棒材热挤压开坯工艺、空心薄壁长轴类锻件热挤压成形工艺等先进技术的研究进展。最后，对我国变形高温合金材料研发、工艺技术发展及产业前景进行展望：（1）构建自主正向研发体系；（2）突破全流程稳定化制备技术；（3）拓展跨领域应用；（4）深化返回料规模化再生利用。
重型燃气轮机涡轮叶片用定向柱晶/单晶高温合金应用现状
摘要：重型燃气轮机（HDGT）高温涡轮叶片的设计寿命通常达到数万小时，其服役环境呈现高应力、长时热暴露及高盐/高硫等复杂介质诱发的热腐蚀耦合特征。本文系统综述了HDGT 用定向柱晶（DS）与单晶（SC）镍基高温合金的研究现状与发展趋势。首先，明确了工业燃机“高温前级高性能化、低温后级经济化”的分级用材策略，指出其核心设计逻辑已由追求瞬时极限强度转向保障长期组织稳定性。其次，重点探讨了合金成分设计的演变，分析了以降低Re 含量、优化W/Mo 配比及提高Cr 含量为特征的“低Re 设计哲学”，旨在抑制长期服役中拓扑密排（TCP）相的析出并提升环境适应性。随后，针对HDGT 叶片尺寸巨大的特点，梳理了大尺寸叶片制备中由尺度效应引发的热-溶质-应力多场协同失稳问题，以及枝晶偏析对服役性能的“组织继承效应”。最后，阐述了长寿命服役下蠕变、疲劳与环境损伤的多机制耦合演化规律，并重点展望了修复延寿技术在全寿命管理中的工程应用，指出其未来发展的核心：在不破坏原有单晶或定向晶体结构完整性的前提下，实现大尺寸叶片表层防护体系的重建与内部退化组织的高效恢复。突破大尺寸复杂结构叶片的铸造良率瓶颈、提升极端工况下的抗热腐蚀能力是当前面临的核心挑战。未来研究应聚焦于力学-环境性能的协同优化及基于物理机理的寿命预测模型，以支撑下一代高参数燃机的研制。
单晶高温合金研究进展
摘要：单晶高温合金具有优异的综合性能，在先进航空发动机上获得广泛应用。本文综述了单晶高温合金强化机制与成分设计、定向凝固与晶体生长、固态相变与热处理以及力学行为方面的发展，重点介绍了北京航空材料研究院具有我国自主知识产权的高性能、低成本单晶高温合金的发展，探讨了单晶高温合金的发展方向。
国内航空发动机用树脂基复合材料及应用现状
摘要：先进航空发动机性能的提升对整机结构轻量化提出更高要求，树脂基复合材料是实现航空发动机轻量化的关键材料之一。近年来，北京航空材料研究院聚焦航空发动机冷端部件应用的需求，系统研发了航空发动机高韧性环氧树脂、耐高温高韧性双马树脂、耐高温聚酰亚胺树脂以及高韧性热塑性树脂基复合材料。本文在总结国外航空发动机用树脂基复合材料进展概况、航空发动机发展对树脂基复合材料的要求的基础上，以北京航空材料研究院相关研制进展为代表，介绍国内航空发动机用树脂基复合材料研发和应用方面的主要进展，并提出航空发动机用树脂基复合材料未来发展趋势和重点。总体来讲，国内航空发动机用树脂基复合材料在耐高温性能、抗冲击性能、结构功能一体化、整体制造技术等方面取得突破，并实现在航空发动机风扇叶片、包容机匣、外涵机匣等的批量应用。面向未来航空发动机需求，树脂基复合材料将向耐高温化、高韧化、结构整体化、工艺自动化与智能化、全寿命周期低成本化等方向不断聚焦。
基于机器学习的航空材料疲劳寿命预测研究进展
摘要：航空装备材料对安全性与可靠性要求极高，而疲劳性能是其核心性能指标之一。传统的疲劳预测方法依赖大量实验，成本高、周期长，难以满足现代航空工程对高效、精准评估的需求。近年来，机器学习在航空材料疲劳寿命预测中展现出显著潜力。本工作系统综述该领域研究进展，重点涵盖主流模型与建模流程，梳理纯数据驱动方法与融合物理机制方法的核心思路与关键成果，聚焦物理信息嵌入对提升模型精度、可信度与可解释性方面的作用，并评述数据层面、复杂失效机制的信息挖掘不足、模型可解释性与工程应用信任度不足和复杂工况适应性不足的局限性，未来需重点突破构建标准化、高可信度的疲劳数据集，建立面向任务的物理知识自动融合机制，推动面向复杂工况和结构件层级疲劳预测等研究方向。
第一性原理在热障涂层研究中的应用
摘要：热障涂层（thermal barrier coating, TBC）是降低航空发动机、燃气轮机热端部件表面温度的关键技术。随着发动机服役温度升高，TBC工作环境更加恶劣，传统的Y2O3部分稳定ZrO2（yttria partially stabilized zirconia, YSZ）TBC 面临着相变、高温烧结、环境沉积物（CMAS）腐蚀等严重问题，服役寿命大幅下降，严重威胁发动机安全运行，急需开发新型TBC 材料。随着计算材料学和机器学习技术的发展，传统上依靠实验来寻找新型TBC 材料的方法逐渐被理论计算所取代。第一性原理作为一种有效分析方法，能够大幅度降低新材料的研发周期与成本，对新型TBC材料的开发起到极大推进作用。利用第一性原理计算可以预测TBC材料的热物理性能、力学性能以及TBC在复杂服役环境下的稳定性。本文总结了第一性原理在新型TBC材料开发、涂层CMAS腐蚀行为和机理研究方面的应用进展，并对第一性原理在TBC 研究领域的发展前景进行展望。
空间站微重力复杂等离子体实验载荷与科学研究进展
摘要：复杂等离子体是由电离气体与介观颗粒组成的一种复杂系统，作为软物质的等离子体态，在基础物理与应用研究方面具有重要的意义与价值，也一直是空间站微重力实验的重要组成部分。讨论了复杂等离子体的基本性质，着重描述了颗粒充电机制与测量方法，分析了颗粒相互作用原理与外场受力情况。介绍了和平号空间站与国际空间站4 代实验载荷的技术特点，涵盖颗粒光致带电以及直流与射频等离子体放电，综述了6 个具有代表性的研究课题，包括电荷诱导颗粒凝结、三维结晶与熔化、双分散复杂等离子体相分离、电流变效应与链结构自组织、放电极性反转诱发尘埃声波与频率同步现象、颗粒流驱动流体涡旋，并结合实验室匹配研究进行了对比分析。最后，介绍了未来国际空间站与中国空间站实验载荷的初步设计方案与主要功能。
