空天装备用耐热高强钛基复合材料实现独立自主可控

“卡脖子”技术向上溯源，多数是材料问题。新材料是新型空天飞行器的物质基础，在满足空天装备需求的同时，材料本身也得到发展，两者相辅相成。自1970年“东方红一号”卫星成功发射,开启中国航天的新纪元，习近平总书记指出：“探索浩瀚宇宙，发展航天事业，建设航天强国，是我们不懈追求的航天梦。进入新世纪以来，我国航空航天领域发展迎来了新的时期，面对更加严苛的材料性能需求，急需开发低成本、高性能、技术自主可控的空天高端装备用耐热高强钛基复合材料。1996年，以美国为首等40余个国家在荷兰瓦森纳签署了《瓦森纳协定》，明确将金属基复合材料和钛合金生产设备及技术列为技术封锁，对中国实施了部分军品和民品的出口限制。因此，面向空天飞行器等高端装备的迫切需求，必须实现独立自主，打破禁运和技术封锁！

为了实现轻质高强耐热钛基复合材料的核心技术自主可控，面临着材料复合调控难、多相协同强化难和形变加工难的技术瓶颈。为解决这些技术难点，空天高端装备用耐热高强钛基复合材料研究团队迎难而上、潜心攻关，二十余年磨一剑，成功自主研发了新型耐热高强钛基复合材料。这种材料的成功研发，不仅打破了国际技术封锁、实现关键核心技术自主可控，更为我国航空航天事业的发展提供了坚实的材料基础。它在高温环境下的稳定性和强度，使得我国的航空航天器能够在极端苛刻的服役环境中稳定运行，为我国的航空航天高端装备发展提供了有力支撑。

传统钛基复合材料通常采用外加法生产，存在成本高、基体和增强体之间界面结合性能差、界面反应严重、成材率低的问题。研究团队通过理论分析、科学研究和工程实践，创新性提出钛熔体与反应剂原位自生有效增强体的学术思想和技术原型，阐明了液态复合增强体晶体结构与形核生长规律，建立了原位自生增强体尺寸和形态控制的理论和方法，解决了原位自生有效增强体形态控制难。此外，该材料通过复合化的技术提升传统钛合金的性能，扩大了其在航空航天领域的应用范围，并能应对发动机和飞行器零部件面临的更高温度和冲击载荷的挑战，从而提高飞行器的性能和可靠性。

耐热钛基复合材料吨级锭坯（左）和大尺寸宽幅薄板

研究团队针对单元增强钛基复合材料存在的强塑性匹配不佳等问题，发现并阐明了原位自生增强体与基体位向关系与形成机理，提出多元增强体有序分布与耦合强化方法，构建了晶须偏轴强化和多元耦合强化的力学模型，揭示了多元增强体耦合强化机制，以及尺寸和形态对强度及模量提升的影响规律与机制，并创制出空天及国防用新一代轻质高强耐热600~800℃钛基复合材料，其室温和高温条件下的各项性能指标达到了国内领跑、国际领先的水平。

“空天高端装备牵引”，攻克复杂构件精密成形难题

颗粒增强钛基复合材料具有硬度高、弹性模量大、加工硬化严重等特性，导致传统的加工方法难以满足材料精密成形的需求，在制备过程中，需要保证复合材料的性能稳定性，包括力学性能、耐高温性能等，需要对制备工艺进行精细控制，以达到最佳的微观组织和性能。因此，迫切需要开发先进精密成形技术，以应对钛基复合材料的加工挑战。针对钛基复合材料复杂构件难以加工成形的问题，研究团队发现利用增强体诱发界面微区中的动态再结晶，形成细晶以协同塑性流变的规律，制定了多相协同与精密成形统一判据，建立了动态再结晶诱发大塑性加工技术，解决了钛基复合材料可加工性控制关键技术难题，实现了复杂构件的精密成形。

耐热高强钛基复合材料的典型构件

突破钛基复合材料应用技术瓶颈，满足空天高端装备重大需求

省市领导莅临视察、交流与访问

正如我国航天事业发展历程一样，我国在轻质高强、耐热钛基复合材料领域的自主创新也经历了从无到有、从简单到复杂的艰难过程。每一次技术的突破，都凝聚了无数科研人员的心血和智慧。随着新一代空天高端装备用耐热高强钛基复合材料的成功应用，研究团队将进一步在钛基复合材料领域进行深耕，将成果应用于更多应用领域之中，向着航天强国目标勇毅前行！