航空航天產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與軍事應(yīng)用密切相關(guān)，但更重要的是人類(lèi)在這個(gè)產(chǎn)業(yè)部門(mén)所取得的巨大進(jìn)展，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的眾多部門(mén)和社會(huì)生活的許多方面都產(chǎn)生了重大而深遠(yuǎn)的影響，推動(dòng)并改變著世界的面貌。進(jìn)入21世紀(jì)之后，航空航天產(chǎn)業(yè)將為人類(lèi)認(rèn)識(shí)和駕馭自然注入新的強(qiáng)大動(dòng)力，航空航天活動(dòng)的作用將遠(yuǎn)超科學(xué)領(lǐng)域，對(duì)政治、經(jīng)濟(jì)、軍事以至人類(lèi)社會(huì)生活都會(huì)產(chǎn)生更加廣泛而深遠(yuǎn)的影響，并不斷地創(chuàng)造出嶄新的科技成果和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

航空航天飛行器在超高溫、超低溫、高真空、高應(yīng)力、強(qiáng)腐蝕等條件下工作，除了依靠?jī)?yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之外，還有賴(lài)于材料所具有的優(yōu)異特性和功能。由此可見(jiàn)，航空航天材料在航空航天產(chǎn)品發(fā)展中的極其重要的地位和作用。

航天航天產(chǎn)品在追求輕質(zhì)和減重方面可以說(shuō)是“克克計(jì)較"，圖1為飛行器每減重1kg所取得的經(jīng)濟(jì)效益與飛行速度的關(guān)系。如對(duì)航天飛機(jī)來(lái)說(shuō)，每減重1kg的經(jīng)濟(jì)效益將近十萬(wàn)美元。新型材料及改型材料在軍機(jī)結(jié)構(gòu)減重中的重要性及發(fā)展趨勢(shì)見(jiàn)圖2，從中可見(jiàn)，新型材料和改進(jìn)型材料與主動(dòng)載荷控制、顫振抑制、自動(dòng)化設(shè)計(jì)及先進(jìn)結(jié)構(gòu)概念等相比，在飛行器結(jié)構(gòu)減重中占有主導(dǎo)地位，也正因?yàn)檫@個(gè)原因比強(qiáng)度和比模量這些概念在航空航天領(lǐng)域具有更為重要的意義。

可見(jiàn)，為了支撐航空航天產(chǎn)品提高工作溫度的要求，許多新型材料如金屬間化合物、陶瓷、碳/碳及各種復(fù)合材料正在加速發(fā)展之中。

高性能航空航天結(jié)構(gòu)材料對(duì)于降低結(jié)構(gòu)重量和提高飛行器的結(jié)構(gòu)效率、服役可靠性及延長(zhǎng)壽命具有極為重要的作用，是航空航天材料的主要發(fā)展趨勢(shì)。

航空航天結(jié)構(gòu)材料的高性能主要是：輕質(zhì)、高強(qiáng)、高模、高韌、耐高溫、耐低溫、抗氧化、耐腐蝕等性能。

近來(lái)在航空航天產(chǎn)品設(shè)計(jì)中引入損傷容限設(shè)計(jì)的概念，意味著對(duì)材料的韌性要求更高了，有時(shí)寧可犧牲一點(diǎn)強(qiáng)度，也要確保韌性的要求，這是由于航空航天產(chǎn)品已發(fā)展到高可靠性、高耐久性和長(zhǎng)壽命的要求。

對(duì)于航空航天飛行器的動(dòng)力裝置來(lái)說(shuō)，特別重要的是耐高溫、耐低溫、抗氧化、耐腐蝕等性能要求，這幾乎是結(jié)構(gòu)材料中最高的性能要求。

高性能材料在新一代飛行器動(dòng)力裝置起到了關(guān)鍵性的作用，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的單晶渦輪葉片材料和航天固體發(fā)動(dòng)機(jī)中的高能推進(jìn)劑材料等。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)于飛機(jī)的心臟，是確保飛機(jī)使用性能、可靠性和經(jīng)濟(jì)性的決定因素。第四代戰(zhàn)斗機(jī)配套的推重比為10的發(fā)動(dòng)機(jī)已投入廣泛使用，如美國(guó)的F119發(fā)動(dòng)機(jī)已裝備了F22戰(zhàn)斗機(jī)。民用大推力渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)如GE90、PW4073/4084、Trent800等為B777、A380等大型寬體客機(jī)所選用。提高推力重量比或功率重量比、提高渦輪前進(jìn)口溫度、提高壓氣機(jī)平均級(jí)壓比和降低油耗是高性能發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展方向。與發(fā)動(dòng)機(jī)相比，民用發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比雖增加不大，但其渦輪前溫度、涵道比和總增壓比的增加，已促使耗油率大幅度下降，僅為發(fā)動(dòng)機(jī)的1/3-1/4。發(fā)達(dá)國(guó)家航空發(fā)動(dòng)機(jī)的產(chǎn)值已占整個(gè)航空工業(yè)產(chǎn)值的25%-30%，其性能水平很大程度上依賴(lài)于高溫材料的性能水平。如新型高溫合金和高溫鈦合金、金屬間化合物及其復(fù)合材料、熱障涂層材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基和碳/碳復(fù)合材料等。在一臺(tái)先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)上，高溫合金和鈦合金的用量分別要占發(fā)動(dòng)機(jī)總結(jié)構(gòu)重量的55%-65%和25%-40%。 發(fā)動(dòng)機(jī)材料的發(fā)展目標(biāo)和重點(diǎn)見(jiàn)表1。

液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)通常以不銹剛、高溫合金、難熔金屬及合金加抗氧化涂層或者碳/碳復(fù)合材料加涂層材料為主。渦輪泵是液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件，其中渦輪盤(pán)和葉片工作條件最為苛刻，早期曾采用不銹鋼，后來(lái)發(fā)展演化為鐵基、鎳基、鈷基的高溫合金以及它們的金屬間化合物。

當(dāng)代高性能固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的主要特征是“高能-輕質(zhì)-可控"，三者互相關(guān)聯(lián)，而且是以材料和工藝技術(shù)為基礎(chǔ)集成起來(lái)。

先進(jìn)的材料及新工藝的全面應(yīng)用是提高固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)性能的一項(xiàng)決定性因素。表2列出液體和固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)材料的需求。從前面列舉的航空航天材料的發(fā)展歷程和趨向可以看出，先進(jìn)航空航天產(chǎn)品構(gòu)件越來(lái)越多地采用高性能的新型材料以滿(mǎn)足日益提高的性能要求，特別是在承受高溫的構(gòu)件方面，以金屬間化合物、高溫合金、單晶合金、難熔合金及先進(jìn)陶瓷材料等為代表的新型材料扮演了日益重要的角色。

美國(guó)航空航天局對(duì)先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)用材趨勢(shì)的預(yù)測(cè)，可以看出，到2020年Ti基復(fù)合材料、TiAl及Ni、Fe基金屬間化合物、陶瓷復(fù)合材料，難熔合金與Ni基高溫及單晶合金等將占發(fā)動(dòng)機(jī)用材料的百分之八十五左右，其中相當(dāng)一部分關(guān)鍵高溫構(gòu)件要采用凝固和塑性加工制備。就以TiAl基合金來(lái)說(shuō)，GE公司宣布，波音787選用的GENX發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪后兩級(jí)葉片采用TiAl合金可減重200公斤，表3為GE公司TiAl基合金的應(yīng)用情況與發(fā)展計(jì)劃。

《航空航天材料定向凝固》涉及定向凝固理論、技術(shù)以及典型航空航天材料三部分內(nèi)容，分為緒論、多元多相合金定向凝固特性、定向凝固晶體生長(zhǎng)取向與界面各向異性、電磁約束成形定向凝固、電磁冷坩堝定向凝固、高溫合金定向凝固、金屬間化合物結(jié)構(gòu)材料定向凝固和陶瓷材料定向凝固共八章。介紹航空航天材料的凝固特點(diǎn)及其制備技術(shù)的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。全面系統(tǒng)展示晶體生長(zhǎng)取向控制、電磁約束成形和冷坩堝定向的研究成果及其*優(yōu)勢(shì)。分析高溫合金、高溫金屬間化合物和氧化物共晶陶瓷等材料的定向凝固制備技術(shù)、組織和力學(xué)性能。