2021是十四五的开局之年，作为整个军工产业链核心位置的新材料板块有望迎来较大的发展空间。20世纪是现代科学技术飞速发展的一个世纪，其中重要的标志之一就是人类在航空航天领域所取得的辉煌成就。进入21世纪，航空航天已展现出更加广阔的发展前景，高水平或超高水平的航空航天活动更加频繁。航空航天事业所取得的巨大成就，与航空航天材料技术的发展和突破是分不开的。材料是现代高新技术和产业的基础与先导，很大程度上是高新技术取得突破的前提条件。航空航天材料的发展对航空航天技术起到强有力的支撑和保障作用；反过来，航空航天技术的发展需求又极大地引领和促进航空航天材料的发展。可以说，材料的进步对飞机的升级换代起到关键的支撑作用。

航空材料既是研制生产航空产品的物质保障，又是航空产品更新换代的技术基础。材料在航空工业及航空产品的发展中占有极其重要的地位和作用。进入21世纪，航空材料正朝着高性能化、高功能化、多功能化、结构功能一体化、复合化、智能化、低成本以及与环境相容化的方向发展。

1. 机身材料：轻质化、高强度

战斗机的高空、高速和高机动能力要求飞机的结构选材必须保证足够的使用强度、刚度要求。根据《先进战斗机结构选材与制造工艺需求分析》，90年代后期出现了以美国F-22战斗机为代表的第四代战斗机，飞机结构采用翼身融合体结构、菱形机翼、外倾式双垂尾和大边条翼等；飞机结构材料虽然仍以金属材料为主，传统的钢材和铝合金材料的用量比例已经降低，总和不到20％。钛合金和复合材料用量均大大超过这一比例。F-22飞机这样选材的主要原因，一是为了减轻结构重量；二是为了满足高温条件下的结构使用强度要求；三是实现飞机结构的隐身要求等，该飞机的结构重量系数降到了27.8％。

材料具有较高的比强度和比刚度，就意味着同样质量的材料具有更大的承受有效载荷的能力，即可增加运载能力。结构重量的减少意味着可多带燃油或其他有效载荷，不仅可以增加飞行距离，而且可以提高单位结构重量的效费比。

不仅在军机领域，复合材料与钛合金在民机的不断迭代中也扮演重要角色。根据《从A350XWB看大型客机的选材方向》，在空客（AIRFP）与波音（BAUS）的客机中，复合材料与钛合金机体质量分数占比约为50%与15%。以飞机制造商空客为例，在A350XWB大型民机中，复合材料的用量提升最快，在机身、机翼与尾翼上均有大量应用，全机结构质量分数为53%，相比上一代民机A380大幅提升31pct；同时，钛合金结构质量分数为14%，相比A380提升4pct。

 2. 发动机材料：耐高温为主要发展方向

 热力学第二定律指出所有热机的热效率均有一个上限值。热效率的上限和热机输入热的温度（热源温度）及热机的环境温度（冷源温度）有关。我们可以用卡诺循环来表示理想的热机循环热效率。

在卡诺循环中，当吸热量为Q1,放热量为Q2时，循环所作净功为W0=Q1-Q2，根据卡诺循环的热熵曲线可得卡诺循环的热效率为：η=1-T2/T1，由此可以看出，热机的输入热源温度T1越高，热机工作效率越高。因此，动力领域对工作温度要求的提升将带动相关材料的升级换代。

航空发动机涡轮入口温度需要不断提高。喷口温度从1300K提升到1610K时，涡轮输出效率可从46.40%提升到51.60%。这要求发动机材料的升级换代，同时原来那些可以使用合金钢的零件，如压气机盘和叶片等，也需要使用高温合金。

军用航空发动机历经五代，推重比不断提升，高温合金、陶瓷基复材是核心材料。第一代涡扇发动机出现在20世纪50年代，以英国的康维发动机、美国的JT3D发动机为代表，推重比在2左右；第二代涡扇发动机出现在20世纪60年代，以英国的斯贝MK202和美国的TF30发动机为代表，推重比在5左右；第三代涡扇发动机出现在20世纪70-80年代，以美国的F100、欧洲的RB199和苏联的AL-31F发动机为代表，推重比在8左右；第四代涡扇发动机出现在20世纪90年代，以美国的F119和欧洲的EJ200发动机为代表，推重比在10以上；第五代涡扇发动机出现在21世纪初，以美国的F135和英、美联合研制的F136发动机为代表，推重比为12-13。未来航空发动机推重比将不断提高，美国已经开启第6代航空发动机的研发，预计推重比将达到16-18。