航空工業的發展，尤其是新一代大型民用飛機的研制，帶動并促進了復合材料技術的飛速發展。而先進復合材料在新一代大型民用飛機上的成功應用,則為未來民用飛機的發展確立了新的標準和市場準入門檻。

以2003年波音787項目的啟動為標志，航空材料的發展進入了一個全新階段，即“全復合材料飛機”時代,其意義不亞于20世紀以鋁合金為主流材料時代的出現。雖然“全復合材料”的說法略顯夸張,但這也從某種程度上說明,復合材料確實明顯地改變了航空工業的生產模式，對傳統的金屬材料構成了威脅。

然而，在飛機制造商大膽采用新材料的同時，一些案例也從另一個側面反映了在某些情況下，制造商對于復合材料的使用有些過于草率和激進了。空客在進行A380飛機金屬主機翼研發時，為了應對減重的目標，決定將內部結構中的幾根翼肋采用復合材料生產，并通過鋁制支架連接到金屬機翼蒙皮上。這樣每個機翼大約能夠減少300公斤的重量。

但在投入運營后，多架A380飛機機翼出現裂縫，造成開裂的原因很有可能是因為寒冷環境造成的金屬與復合材料之間的熱應力問題。由于對材料界面性能的了解不夠徹底，導致空客的設計師們未能充分考慮到這方面的原因。最后，空客不得不根據所需的強度、重量和抗疲勞等性能要求，定制了一個新的鋁材牌號，并重新改用金屬－金屬界面的連結方式，空客公司為此付出了上億歐元的代價。這一事件使得業界對如何合理使用新材料，如何讓新舊材料更好地融合，而非一味激進地追求新材料的使用率產生了新的思考。

新舊交鋒

過去幾十年,民機復合材料用量顯著增加。上世紀70年代至80年代初,雷達罩、機身整流罩、內裝飾結構、控制面板等應用了復合材料,材料用量約占飛機結構重量的1%～3%。隨著復合材料工業的成熟以及成本降低,A320、波音777等復合材料用量占結構重量的10%～15%。如今，新一代飛機中，A380的結構重量約1/4是復合材料,單機復合材料約30噸。復合材料用量占結構重量50%的波音787飛機更具有革命性,其典型特征是全復合材料的機身,并在機翼、短艙及內裝飾加大了復合材料的用量。受波音787的推動,A350XWB飛機復合材料用量增加至53%。

但這并不意味著傳統的金屬材料會“坐以待斃”。經過長期考驗并不斷改進的傳統金屬材料，如鋁、鈦、鋼及高溫合金等仍是制造商的首選。

以鈦合金為例，由于具有比強度高、耐腐蝕性好等優點,其在軍用和民用飛機上的用量不斷增加,已成為航空領域不可或缺的重要材料。其中，F-22及F-35等飛機鈦合金的用量均達到其結構重量的40%。

另一個常用的是鋁合金材料，第三代鋁鋰合金投入使用后，正逐步替代復合材料。龐巴迪C系列飛機所采用的鋁鋰合金就是碳纖維復合材料一個強大的競爭對手。這種材料還被空客用于A350的翼肋、座椅導軌以及其他零部件上。究其原因，是因為這種鋁鋰合金能夠很好地適應現有的金屬制造技術、供應鏈和裝配方法，從而幫助制造商提高生產效率。同時，重量相對傳統鋁材降低了5%，并具有良好的防腐蝕能力和機械性能。

此外，新的生產技術也提高了使用金屬材料的呼聲。目前波音公司有一個計劃，就是嘗試實現金屬機身面板上緊固件的自動化安裝，該工藝目前需要技術熟練的工人結對進行工作。如果能夠成功改用自動化生產線，將大大提高生產效率，節約成本。在金屬材料制造方面，堆積制造技術（3D打印）是另一個潛在的變革者，該項技術最早在支架生產、燃料噴嘴以及類似尺寸的零部件生產中得到應用，但是未來這項技術將有望被用于大型零部件的生產。GE很有可能成為“第一個吃螃蟹的人”，據悉公司計劃用3D打印技術來生產低壓渦輪葉片。

另一場金屬材料的勝利則由波音公司決定從復合材料轉投金屬材料開始，這項決定針對其為737MAX研發的新款發動機機艙零部件。在裝備這款飛機的LEAP-1B發動機上，其推力反相器內殼將采用鈦金屬，而不是用于CFM56發動機上的復合材料。波音公司表示，比起使用復合材料內襯，這款金屬內襯更輕，也能讓機艙變得更小。

可見，雖然在減少零部件數量方面，復合材料仍然占據上風，只要采用適當的加工方法，復合材料仍然具備減重和降低成本的優勢。但因為金屬材料擁有完善的設計規范和應用史，在條件允許的前提下，許多設計團隊依然刻意避開復合材料的使用，而沉迷于金屬帶來的熟悉感和親切感。

融合為王

事實上，對于飛機制造商來說，不論選用何種材料，最終的目的都是希望能夠在保證安全的前提下，盡可能地減輕飛機重量，從而降低油耗。因此，如何更好地在兩種材料之間進行取舍，或是優化飛機設計，使不同性能的材料實現物盡其用才是最重要的。

過去，制造商往往花費較大精力在新材料的使用上。例如，20世紀80年代末,曾有這樣一種觀點，即陶瓷、金屬基復合材料,以及金屬間化合物等將代替高溫合金材料。當時這種觀點得到了一些政府的認可,航空用高溫合金替代材料獲得快速發展,并在一些地面試驗中獲得了成功,但直到現在,這些替代材料的應用仍十分有限。

金屬基復合材料的使用同樣如此，雖然在一些發動機地面試驗時很成功,但仍不能廣泛應用,其結果是人們對研制替代材料產生的風險與效益有了更現實的態度,從而出現了高風險/高效益材料與中等風險/中等效益材料齊頭并進的局面。例如，NASA目前就將研究工作的重點放在陶瓷及陶瓷基復合材料上,而對金屬基復合材料與金屬間化合物的研究逐漸降溫,僅對鈦鋁合金給予一定的重視。

有鑒于此，一些飛機制造商轉而從飛機設計的角度出發，將金屬材料和復合材料結合使用，從綜合效果出發實現減重的目標。例如，一片采用復合材料制作的蒙皮并包覆在金屬骨架上的機翼，就像是兩種材料間的合作，每種材料都被用在其特有的材料特性能夠發揮最佳優勢的地方。龐巴迪的C系列機型采用復合材料機翼和金屬機身的方案也是如此。此外，貝爾直升機公司和洛克希德?馬丁公司合作研發的第三代傾轉旋翼直升機中使用了GKN航空航天公司所研發的新材料。這種材料將最新的金屬和復合材料技術相結合，用于生產新飛機關鍵的V型尾翼及其關聯組件。

另一個有趣的案例是復合材料、鋁合金和鈦金屬之間的“親密接觸”。在類似翼根這樣的高受壓區域，過去往往采用鋁合金材料，但由于這種材料過重，因此逐漸被鈦金屬和復合材料所取代。現在這種應用已經拓展至中央翼盒，制造商們開始更傾向于使用復合材料、鈦合金和鋁合金的組合型材料，以期在滿足強度要求的同時，盡可能地減輕重量。

除此之外，制造商們還將目光投射到了行業以外。過去，曾有設計師指出，復合材料缺乏像鋁材一樣的延展性，在碰撞中的防護性較差。但是在F1賽車場上，即使在時速200英里時發生碰撞，復合材料的車身也同樣能夠保護駕駛者的安全。受此啟發，目前在直升機領域，就有制造商正在研究如何通過設計，將金屬材料與復合材料相結合，提高直升機的防撞性能。