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评述了先进材料在人类社会文明史中的划时代意义，强调材料的应用科学范畴，研究的目的在于应用。“两个全过程”赋予材料极限固有性能与极限服役性能，形成“材料科学与工程”学科。这是成就材料强国的必由之路，并提出材料强国的5个制高点，即理论制高点、技术制高点、性能制高点、产业制高点和体系制高点。
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。
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。
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。
3D打印技术作为一种新兴的成形技术逐渐走向成熟并有望取代传统热压注成型技术，成为目前制造航空涡轮叶片用陶瓷型芯的重要方法。然而，3D打印制备的陶瓷型芯由于其层状结构与气孔定向排列，导致烧结收缩率及强度等力学性能表现出显著的方向性差异，这种差异性行为严重限制其生产应用，成为目前亟待解决的问题。本文针对 3D 打印的陶瓷型芯存在的各向异性问题，系统总结各向异性表现形式，揭示其形成机理，明确了其评判标准，并总结出其调控策略。最后，从材料体系创新、工艺优化、综合性能调控、多技术融合与智能化等方面展望未来研究方向，为3D打印陶瓷型芯的高性能化与规模化应用提供了理论支撑。
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。
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。
航空装备用高性能损伤容限型钛合金的材料技术创新，是支撑我国航空工业实现装备结构设计自主化、关键技术国产化及产业跨越升级的核心战略支撑。本文系统综述了国内外航空结构用损伤容限型钛合金的研究现状与技术进展，重点阐述了北京航空材料研究院在我国飞机结构用新型高性能损伤容限型钛合金的研制突破与工程化应用成果。研究提出，以“需求牵引、体系化发展、跨代研制”为核心原则，是推动我国新一代航空高性能钛合金材料技术迭代的根本路径。为此，通过突破合金成分精准设计、高纯洁净熔炼、大规格棒材均匀化成形、整体化锻件一体化加工及多尺度综合强韧化等关键技术，已初步构建具有自主知识产权的中国飞机结构钛合金主干材料体系，涵盖中强高韧、高强高韧及超高强韧三大类损伤容限型钛合金系列。同时，为满足航空装备轻量化与低成本化的双重需求，成功研发出新型中高强韧低成本损伤容限型钛合金材料及应用技术，实现了该材料三种典型显微组织的强韧性协同优化与性能最佳匹配，为航空装备结构轻量化设计与工程化应用提供了新途径。未来研究需进一步深度耦合人工智能辅助材料设计、增材制造等前沿技术，强化基础理论研究与工程化验证力度，为我国高性能损伤容限型钛合金材料的性能进一步提升与工程化广泛应用奠定坚实的理论根基与技术支撑。
高性能钛基材料因成分-工艺-组织-性能关系的敏感性与复杂性，其研发过程长期受限于高维非线性优化与高试错成本的双重挑战。人工智能（artificial intelligence，AI）作为一项渗透性极强的颠覆性技术，正在为高性能钛基材料这一战略领域引入从经验驱动向模型与数据双轮驱动的研发新范式。本文综述人工智能驱动高性能钛基材料技术（AI+Ti）的最新研究进展，聚焦AI如何针对高性能钛基材料的成分复杂、相变多样、热工艺窗口窄、组织演化路径依赖性强等固有特点，提供新的解决方案。主要内容包括：AI在构建高精度相图-性能预测模型、实现性能目标→微观组织→成分/工艺逆向设计中的突破；在增材制造、热处理等关键过程中，实现从成形控制到组织与性能主动调控的智能升级；以及构建基于数字孪生的服役行为预测框架。在此基础上，进一步剖析AI+Ti领域面临的数据、模型、验证、集成等核心挑战，并展望物理信息机器学习、自主实验平台等未来发展方向。最后，针对知识表示、人机协作模式、工程信任建立等非共识性问题进行讨论，并对该领域的未来发展趋势进行深入阐述：（1）复杂服役环境下的材料性能预测与多尺度耦合；（2）全流程工艺参数的智能协同；（3）钛合金专用物理信息感知模型的构建与演进。AI+Ti已超越工具应用范畴，升维为一场深刻理解并最终驾驭高性能钛基材料认知与范式的变革。
TiAl合金具有低密度、优异的高温力学性能等优点，可替代镍基高温合金应用于航空发动机转子叶片，一方面可以降低叶片质量，另一方面可以减小叶片转动过程中产生的离心力，有助于盘、轴优化设计，实现航空发动机结构减重。至今TiAl合金的发展已历经三代，第一代TiAl合金未获得应用，美国研发的第二代TiAl合金4822、45XD合金已获得工程应用，采用铸造工艺制备了多种航空发动机低压涡轮叶片，叶片长时使用温度为650 ℃。目前，国内外研发出了多种第三代TiAl合金，包括TNM、TNB、G8等，合金在750 ℃具有较好的综合力学性能，第三代TiAl合金在航空发动机领域尚未获得工程应用。本文回顾了航空发动机用TiAl合金的发展历程，简要总结了锻造TiAl合金中固溶强化、沉淀强化元素的种类，评述了锻造TiAl合金组织性能、熔炼工艺、热加工工艺以及应用等方面的研究历程与现状，分析了三相、双相锻造TiAl合金的特点，阐述了两种第三代锻造TiAl合金长时高温暴露后组织、性能演变情况，为航空发动机设计人员对第三代锻造TiAl合金选材提供参考。
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。
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。
软磁合金以其高饱和磁化强度、优异的磁导率、丰富的磁损耗机制以及可调节的电磁参数等优势，在千兆赫兹频段电磁波吸收领域表现出巨大的应用潜力。本文对近五年来软磁合金及其复合材料在微波吸收领域的研究进展进行系统综述，详细总结软磁合金吸波材料的性能调控方法，主要包括成分优化、元素掺杂与后处理改善，分析这些方法对电磁参数和吸波性能的影响，继而重点论述硬磁材料、介电材料、绝缘材料与软磁合金复合对吸波性能的促进作用，并介绍机器学习对软磁吸波材料研发的辅助作用。最后，总结软磁合金及其复合材料的材料体系、制备方法、形貌设计呈现多元化发展趋势，未来将材料试验、性能模拟与机器学习深度融合，有望推动该领域吸波材料的高效研发。
先进航空发动机技术的迭代升级对热障涂层的性能提出了更高要求，传统YSZ热障涂层体系已难以满足涡轮叶片的高温、复杂环境服役需求。稀土锆酸盐材料因具备稳定的高温相结构、低热导率、良好抗腐蚀性能等突出优势，成为最具潜力的下一代涡轮叶片热障涂层应用体系。本文系统总结了电子束物理气相沉积（EB-PVD）制备稀土锆酸盐热障涂层的研究进展，全面综述其制备特性、核心性能及失效行为机制，重点阐述了稀土锆酸盐材料的相结构、热导率、热膨胀系数及抗CMAS腐蚀等关键性能特点，深入分析了其多诱因耦合失效行为特征。最后，明确了稀土锆酸盐涂层偏析控制、超低热导与高热膨胀涂层设计的技术发展路径，并展望了其特定CMAS腐蚀机制及多因素关联失效行为模型的后续研究方向。
航空发动机关键零件一旦发生疲劳失效，将危及航空器的飞行安全。疲劳失效主要起源于零件表层与亚表层的冶金、工艺、环境因素形成的缺陷，继而在服役累计损伤下扩展，造成零件突然无宏观塑性变形破坏，因此可能造成严重风险。表面强化利用金属零件表面冷作硬化引入微观变形层，可在不影响金属本体性能的前提下，大幅提高金属构件的疲劳、应力腐蚀开裂抗力等耐久性指标，特别适用于在高性能工况下长寿命服役的航空发动机部件。基于先进发动机的研制需求，本文对比国内外典型表面强化技术的发展现状，提出结构适应性增强、介质优化、智能化、融入强度设计等发展建议，并给出保障表面强化快速发展和有效应用的支撑策略，为新型航空发动机研制和表面强化技术发展提供决策参考和技术支撑。
增材制造是一种通过逐层沉积材料实现三维实体制备的近净成形技术，因其在制造复杂结构金属零件方面具有独特优势，已在航空航天、生物医疗和高端模具等关键领域获得广泛应用。然而，增材制造特有的成形过程也带来了与传统制造方法不同的缺陷特征，这些问题严重制约了成形零件的服役可靠性，成为该技术亟须解决的核心问题之一。本文系统总结了中国航发增材制造技术创新中心在增材制造金属材料缺陷方面的研究成果，重点阐述了孔洞、未熔合、夹杂及裂纹等典型缺陷的形貌特征、形成机制及其对力学性能的影响规律，并进一步分析了热等静压处理对缺陷闭合及力学性能的改善作用。针对当前研究存在的不足，本文建议从揭示缺陷形成机理与工艺映射关系、开发增材制造专用金属材料、建立面向零件服役要求的缺陷验收标准和研究智能化在线监测与闭环控制技术等方面开展研究，以进一步推动该领域的进步。
钎焊技术是航空结构制造过程中不可或缺的关键连接技术之一，广泛应用于高温、高应力及复杂服役环境下的构件连接。本文系统综述航空结构钎焊关键技术的研究进展与应用现状，重点涵盖航空发动机涡轮叶片、飞机金属蜂窝封严结构及散热器等复杂构件的钎焊技术应用。同时，针对陶瓷基复合材料、TiAl系高温合金和Nb-Si基难熔合金等新型航空结构材料，深入分析其在钎焊过程中的可焊性研究现状与面临的主要技术瓶颈。最后指出，通过引入数值模拟与机器学习技术，并结合多主元合金设计及微合金化调控策略，显著提升高性能专用钎料的成分筛选设计与工艺优化效率，加速构建覆盖全温域和全流程的技术标准体系，深化异种材料连接理论研究，为高端航空制造提供更加坚实的技术支撑。
随着我国大涵道比涡扇航空发动机向更长服役寿命和更高可靠性方向发展，材料的力学性能试验与表征成为保证其长寿命服役可靠性的关键。本文系统综述了面向长寿命设计的航空发动机材料力学性能的试验技术、损伤表征和服役寿命预测等方面的进展，主要聚焦在转子叶片材料的超高周疲劳、涡轮热端部件的高温长时蠕变、限寿件材料的真实工艺缺陷疲劳裂纹表征三个典型场景，介绍了基于电磁振动台的超高频振动疲劳、基于DIC方法的蠕变测量、基于分段模型/物理机制的蠕变寿命预测、基于SEM/CT的原位疲劳等技术在该领域的应用。未来，需要进一步深入研究航空发动机材料超高周疲劳裂纹萌生、长寿命蠕变速率应力依赖与微结构演化、真实工艺缺陷损伤演化等物理机制，同时需进一步推动基于迁移学习、强化学习等技术的长寿命智能预测模型，实现航空发动机零部件的组织-性能-寿命一体化评价，以应对未来航空发动机带来的持续挑战。
