碳纖維比鋼強、比鋁輕，而且可以加工成幾乎任何形狀，這就難怪航空航天工程師使用碳纖維複合結構材料來設計他們的夢想飛機。加上降低的燃料成本、改善的空氣動力學特性和更少的零件要求，不難看出碳纖維已準備好成為未來首選的飛機結構材料。

碳纖維。

航空中的碳纖維材料：不是金屬，勝過金屬

△這就是碳纖維△

航空航天工業為何青睞碳纖維？

如果我們希望航空發動機可以製造的足夠輕盈，那麼如何在條件允許的情況下儘量減小材料的密度是一個很好的方法。當年的鈦合金就是因為輕質，並且在剛度、強度和高溫效能合格，現在已經是一種被廣泛使用的優秀航空材料。

但是金屬畢竟是金屬，即便是像鎂鋁合金那樣的材料，密度也只是堪堪做到2000kg每立方米左右，而且金屬材料都有一個很嚴重的問題，那就是金屬有疲勞問題，當金屬材料內部受到變化的力的時候，只要這個力足夠大、作用的時間足夠長，那麼材料就會產生微裂紋，然後這樣的裂紋會快速變長、直到整個材料都裂開。

航空中的碳纖維材料：不是金屬，勝過金屬

△金屬材料的疲勞裂紋△

所以這個時候一種新材料：碳纖維，出現在工程師們的視野中。

這種材料首先有一個最明顯的優點：輕。碳纖維密度一般在1400~2000kg每立方米，經過環氧樹脂強化的碳纖維密度也不過1600kg每立方米而已，遠遠好於金屬材料。

航空中的碳纖維材料：不是金屬，勝過金屬

△往往需要透過環氧樹脂將多層碳纖維粘黏在一起△

而且這種材料抗拉強度極高，想要拉斷高強度碳纖維材料需要用拉斷同樣橫截面積鋼鐵的力的兩到四倍。

航空中的碳纖維材料：不是金屬，勝過金屬

△碳纖維（後三行）與金屬材料的對比△

另外，碳纖維跟金屬材料不一樣，碳纖維材料並沒有所謂的“疲勞強度”的概念，也就是說變化的力對於金屬材料來說是一種威脅，需要重點關注，但是放在碳纖維這裡卻不叫什麼事情。

上面這些優點對於航空器材可以說是至關重要，因為這些東西是要飛上天的，所以自然是越輕越好，而且像航空發動機這樣的裝置，需要承受巨大、複雜的載荷，工作狀態下零件內部會分佈有複雜變化的載荷，有這麼一種密度小、強度高、抗疲勞能力強的材料簡直就是如有神助。

碳纖維被廣泛用在飛機和火箭上

碳纖維由於具有上述優點，所以在航空航天領域的應用非常廣泛，比如說碳纖維可以被用來製造火箭的燃料儲藏罐，比如說可以用來製造飛機的外殼，等等。尤其是現在先進民用客機制造中，碳纖維的使用比例已經超過了50%。

航空中的碳纖維材料：不是金屬，勝過金屬

△SpaceX公司製造的世界上最大的碳纖維燃料儲存罐△

航空中的碳纖維材料：不是金屬，勝過金屬

△波音787外殼大量使用碳纖維材料（藍色）△

然而，雖然碳纖維有很多優點，也確實在火箭、飛機結構上得到了廣泛的應用，但是在航空發動機上的使用卻有很多問題。

碳纖維在航空發動機上的應用：風扇葉片

雖然碳纖維，想要在航空發動機中使用碳纖維材料卻不是那麼容易，因為航空發動機除了載荷大且複雜之外，還有兩個很致命的問題：