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高性能热塑性树脂基复合材料因其优异的力学性能、耐环境、耐介质、可回收性及可实现快速成型等优势，在航空制造技术领域展现出广阔的应用前景。近年来，随着聚苯硫醚（PPS）、聚醚酰亚胺（PEI）和聚芳醚酮（PAEK）等高性能热塑性树脂的商品化进程加快，相关预浸料与成型技术不断优化，推动了该类材料在工程技术领域的应用。本文系统综述高性能热塑性树脂基复合材料的发展现状，重点分析其材料体系及商品化进展、预浸料制备、先进制造工艺及应用，提出高性能热塑性树脂基复合材料重点发展方向，以期为航空航天等工程技术领域人员提供参考，推动高性能热塑性树脂基复合材料的创新发展与应用。
热塑性复合材料因其优异的韧性、可焊接、可回收性和短成型周期，在航空航天领域展现出广阔的应用前景。然而，其高熔点树脂的加工难度限制了复杂构件的制造。电阻焊接技术通过焦耳热效应实现界面熔融连接，避免了机械连接和胶接的缺点，成为热塑性复合材料连接的重要方法。本文综述了电阻焊接的基本原理、关键工艺参数的优化策略，加热元件的改进方法，以及大尺寸焊接技术（顺序电阻焊接和连续电阻焊接）的应用进展。研究表明，通过优化工艺参数和改进加热元件，可显著提高焊接接头强度。为了实现电阻焊接技术的工程化应用，还需要进一步对工艺稳定性、焊接接头可靠性、大尺寸焊接等问题进行研究。
聚芳醚酮热塑性复合材料具有优异的抗冲击性能，在航空领域具有重要应用价值。针对自动铺放原位成型聚芳醚酮复合材料力学性能欠佳的问题，系统研究后处理工艺参数（温度、压力和时间）对孔隙消除及力学性能的影响规律。采用聚芳醚酮预浸料，通过自动铺放技术制备层合板。采用差式扫描量热仪、流变测试及力学性能表征，建立黏度-压力-时间耦合模型。结果表明，模型可以合理预测不同工艺参数对孔隙消除的影响规律，得到后处理临界温度为340 ℃。温度在340～360 ℃之间，树脂黏度较低且稳定性良好，有利于快速排出孔隙缺陷。后处理压力显著影响孔隙排出效率，360 ℃经过60 min完全排出孔隙的临界压力为0.7 MPa，压力继续增加对材料性能的提升收益较小。后处理时间对材料性能的影响依赖于后处理压力，360 ℃和0.7 MPa时，60 min可以完全消除孔隙缺陷；360 ℃和1.6 MPa时，仅需20 min就可以完全消除孔隙缺陷。360 ℃、0.7 MPa和60 min时，材料拉伸强度、弯曲强度和层间剪切强度分别达到2844、1653 MPa和103 MPa。
针对CF/PAEK复合材料自动铺放成型工艺中质量一致性差的问题，提出一种铺放后真空辅助原位退火（vacuum-assisted in-situ annealing，VIA）工艺。针对自动铺放成型后的层合板开展VIA工艺实验，通过调控原位退火温度和保温时间制备CF/PAEK复合材料单向层合板，分别研究VIA工艺参数对成型温度场、翘曲变形、孔隙率、结晶度和层间性能的影响。结果表明：VIA工艺可以为样件提供均匀的温度场，消除结晶梯度，使样件翘曲程度随着退火温度的升高而逐渐降低，直至消除；当退火温度超过树脂熔融温度，可以降低CF/PAEK预浸料或自动纤维铺放（AFP）工艺过程中产生的内部孔隙，孔隙率降至1.97%，同时大幅提升层间性能，使样件层间剪切强度达到64.7 MPa，相比未经过VIA的样件提升58.6%。
研究国产T800/聚芳醚酮（PAEK）热塑性复合材料在湿热老化环境下的性能变化。通过控制降温速率，制备出两种不同结晶度的碳纤维增强聚芳醚酮复合材料（CF/PAEK-CL和CF/PAEK-CH），并探讨其在湿热环境中的吸湿特性、热性能和力学性能。实验结果表明，CF/PAEK复合材料的吸水率随时间增加，其中结晶度较低的CF/PAEK-CL表现出较高的吸湿率。湿热老化后，所有样品的玻璃化转变温度（Tg）均有所下降，其中CF/PAEK-CL的Tg降幅约5%。热性能分析显示，湿热老化未显著改变材料的结晶度，并且高结晶度复合材料在湿热环境中表现出更优异的热稳定性。弯曲测试结果表明，湿热老化对CF/PAEK复合材料弯曲强度和弯曲模量的影响有限，表明其能够有效抵抗湿热环境对其弯曲力学性能的负面影响，从而保证其在恶劣环境中的长期稳定性和可靠性。本研究为CF/PAEK复合材料在恶劣环境下的应用提供了重要数据和理论依据。
碳纤维增强热塑性复合材料（carbon fiber reinforced thermoplastic composite，CFRTP）凭借其比强度高、韧性强、可焊接，被广泛应用于航空航天领域；感应焊接是其构件制造的关键工艺，然而，感应焊接过程中多场高度复杂耦合，其演化及分布特征尚不明晰，制约了构件的高效高质量生产。本研究通过耦合求解麦克斯韦方程组、傅里叶传热方程及弹塑性本构方程，构建CFRTP蒙皮桁条构件感应焊接过程磁-热-力耦合仿真模型，研究焊接过程磁、热及力的分布与演化特征。结果表明：在交变电磁场作用下，构件边缘区域磁场强度达1.45 mT，模拟所得磁场、温度场与应力场均存在显著边缘效应，焊接过程界面温度可超500 ℃，该现象与高频涡流引起的趋肤效应密切相关；焊接过程中蒙皮底部两侧存在非对称、近半椭圆状的高温区域，且靠近立桁区域的温度显著高于远离立桁区域的温度；当电流频率从150 kHz增加至250 kHz，焊件上应力最大值从637 MPa增加至778 MPa，焊接界面处的非对称应力集中区域不断扩大；焊接过程温度场及焊后应力测量结果与模拟结果高度吻合，这有效验证所构建模型的准确性和适用性，本研究为CFRTP复杂构件感应焊接的工艺优化与质量控制提供了理论支撑。
通过对铝合金表面活化及与热塑层的结合，实现7075铝合金（7075AA）与碳纤维增强聚醚醚酮（CF/PEEK）电阻焊接工艺的优化。利用激光处理在铝合金表面构建起微沟槽网络，显著增强与聚醚酰亚胺（PEI）热塑层的机械耦合作用；相比之下，喷砂处理和未处理样品的结合效果则较弱。通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）与X射线光电子能谱（XPS）表面分析，结果表明Al—O—Si键和硅烷偶联膜过渡层的形成可强化界面。电阻焊接头中，喷砂/激光刻蚀铝与PEI层间结合的不完全，导致热塑层脱粘成为主要失效模式。喷砂接头的单搭接剪切强度LSS为10.47 MPa，激光刻蚀接头的LSS达到15.35 MPa。经过硅烷处理后，PEI热塑层结合显著增强，激光刻蚀和硅烷处理接头的LSS提高至19.03 MPa，相较于单纯激光刻蚀提高了23.97%，此时接头断面呈加热元件断裂特征，失效模式转变为层间断裂。
机器学习技术在航空材料领域具有广阔的发展前景，并在材料选择、设计和优化等方面发挥着重要作用。首先简要论述机器学习技术在航空领域中的优势和潜力，概述机器学习的技术发展、算法类别和特征及其局限性，介绍机器学习在科学研究中，特别是复杂材料数据形式下的常规的或潜在的应用。其次，主要关注机器学习在航空材料领域的研究现状，探讨近年来利用机器学习辅助高温合金材料、高强度结构材料、热防护涂层材料及功能与智能材料的研究进展，并阐述机器学习驱动航空材料研究的策略和方法。最后，对机器学习辅助航空材料研发所面临的挑战进行展望，通过推动数据资源的开放共享、深化领域知识和物理规律在机器学习模型中的融合，以及不同类型数据的特征一致性转换，助力航空材料研究向大数据驱动的材料科学第四范式转型。
随着材料技术的不断进步，近些年各类具有特定功能的高性能材料及超材料呈现出井喷式的研究态势，这一趋势在航空航天领域尤为显著。随着装备对性能要求的不断提升，单一材料逐渐难以满足界面力学性能和功能一体化要求，梯度功能复合材料成为解决该难题的重要突破口。本文从功能梯度复合材料的应用背景出发，结合国外各类材料研究进展和应用现状，探讨该材料的研究意义。针对国内工程领域应用存在的问题，指出功能梯度复合材料在应用过程中面临的挑战。与国际先进水平相比，我国功能梯度复合材料发展主要面临着3大挑战：一是制备工艺相对落后，无法实现大尺寸工程化应用；二是性能评价方法空缺，耦合功能评价体系亟需建立；三是材料性能设计与模拟方法自主知识产权较少，且尚未建立全面数据库作为设计依据，材料设计仍依靠设计者的经验。最后对梯度功能复合材料的未来应用和发展方向提出建议。
综述钛/钛合金复合材料的最新研究现状与应用前景，阐述其在高比强度、轻量化、耐热稳定性及耐磨性能方面的优势，使之成为航空航天、军事装备和医学等高科技领域的关键材料。概括添加增强相使得钛基复合材料力学性能、耐磨性以及热稳定性方面稳步提升的研究成果，揭示不同加工技术改善复合材料晶粒和性能的进展，指出复合材料在高温、高压环境下稳定性及界面黏结强度方面仍面临挑战，需要通过优化增强体分布、结合方式及新型复合体系来解决。此外，表面纳米化技术与数字化仿真的结合为钛基复合材料性能优化提供新途径，而界面强化和热稳定性研究将成为未来发展的关键。最后，明确钛基复合材料的性能提升与加工技术的创新是实现其在极端环境下广泛应用的核心，亦是推动复合材料性能进一步突破的方向。
钛合金以其优异的强度、焊接性和良好的塑性在航空、航天和航海领域得到广泛应用。本工作采用选区激光熔化成形制备近α钛合金Ti-6.5Al-2Zr-Mo-V（TA15），基于共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）、金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、能量色散谱仪（EDS）等方法，研究激光扫描速度对选区激光熔化成形TA15合金宏观形貌和微观组织的影响。结果表明：激光扫描速度变化对TA15合金成形质量具有显著影响。较高激光扫描速度会导致熔道波动不连续、表面出现不规则起伏；较低激光扫描速度会显著促进截面孔隙产生。激光扫描速度的提高导致合金内部马氏体尺寸先增加后减小，马氏体层级逐步降低。过低或过高的激光扫描速度使合金表面产生局部裂纹，这些裂纹处存在元素缺失及富集现象。激光扫描速度与合金成形质量之间的直接关系，可以为优化选区激光熔化成形TA15合金的工艺路线及方案提供参考，有助于TA15合金的进一步推广及应用。
镍基单晶高温合金的力学性能和热稳定性在很大程度上取决于基体与强化相之间的界面。本工作采用密度泛函理论研究Co、Cr、Mo、W、Re和Ta合金元素对γ-Ni/γ′-Ni3Al界面力学性能的影响规律。通过界面结构的收敛性分析，确定合理的计算模型层数。通过合金弹性性能的研究，发现Re和W元素在γ和γ′相中表现出最为显著的强化效果，其中Re元素使γ相杨氏模量和剪切模量分别提升27 GPa和11 GPa，使γ′相杨氏模量和剪切模量分别提升16 GPa和6 GPa；而Ta元素分别使γ和γ′相体模量增加21 GPa和14 GPa。界面拉伸性能的研究表明，Re元素掺杂体系具有最高的理想抗拉强度（约25 GPa）和变形能（约1.84 J·m−2），合金元素对界面抗拉强度的强化效果由强到弱依次为Re＞W＞Cr＞Mo＞Ta＞Co＞未掺杂界面。通过对差分电荷密度和电子态密度分析，得到合金元素的强化作用归因于掺杂原子与最近邻主原子之间化学键强度的增加。电子轨道分布特征表明，合金元素通过维持局部结构稳定性来延缓界面断裂。这些研究结果为开发新型镍基单晶高温合金提供思路。
研究石墨烯含量为0.5%、1%、3%、5%、7%（质量分数，下同）时对聚四氟乙烯（PTFE）填充改性的摩擦学效果及摩擦磨损机制，同时对比分析传统改性填料二硫化钼（MoS2）在5%、10%、15%、20%、25%含量时对PTFE填充改性的摩擦学效果及摩擦磨损机制；进一步进行“石墨烯+MoS2”对PTFE的协同改性，深入探讨当MoS2含量为15%时，石墨烯含量为1%、3%、5%时对PTFE的协同改性效果，以及石墨烯对复合材料摩擦磨损机制的影响。结果表明：石墨烯的填充可以有效提升PTFE及其复合材料的摩擦学性能，填充5%的石墨烯时，摩擦学性能最优，平均摩擦因数降低至0.0763，摩擦曲线平稳；体积磨损率降低至230.34×10−9 mm3·N−1·m−1，主要磨损形式由黏着磨损转变为疲劳磨损；石墨烯用于协同改性时，可以有效改善MoS2与PTFE相容性差以及对磨过程中易磨出形成磨粒磨损的问题。
