一、高性能結(jié)構(gòu)材料

高性能結(jié)構(gòu)材料主要指具有高強度、高韌性、耐高溫、耐磨損、抗腐蝕的結(jié)構(gòu)材料。它已成為發(fā)展新能源、核技術(shù)、空間開發(fā)、海洋工程以及醫(yī)療等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)材料，也是改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵材料。

在高溫陶瓷方面，高效陶瓷發(fā)動機和燃?xì)廨啓C所需的新結(jié)構(gòu)材料，已成為世界各國高技術(shù)競爭的熱點之一，因為陶瓷發(fā)動機可以把工作溫度從1 000℃提高到1 300℃，無需冷卻系統(tǒng)就能把發(fā)動機原來損失在冷卻系統(tǒng)中的能源變?yōu)閯恿?，使發(fā)動機熱效率從30%提高到50%左右，重量減輕20%，油耗節(jié)省30%～50%，且可以使用替代燃料。美國組織十幾家公司從事此項開發(fā)工作，70年代完成熱壓碳化硅和氮化硅發(fā)動機的臺架試驗，現(xiàn)已進(jìn)行批量生產(chǎn)；日本把結(jié)構(gòu)陶瓷看作是繼電子之后又一個可以給企業(yè)帶來巨大利潤的新產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，被視為20世紀(jì)90年代日本的明星工業(yè)，因此不惜一切代價同美國進(jìn)行競爭，其開發(fā)新品的能力和速度已超過美國。日本290馬力陶瓷發(fā)動機已規(guī)模生產(chǎn)，并裝備了數(shù)十萬輛小汽車。德國在陶瓷熱機研究開發(fā)方面走在世界前列。其中最引人注目的是奔馳公司研制的“2000轎車”，由陶瓷燃?xì)廨啓C驅(qū)動，其渦輪轉(zhuǎn)子全部用熱壓陶瓷材料整體構(gòu)成，在試運行中未發(fā)生任何故障。依據(jù)“尤里卡”計劃，法國、德國和瑞典從1987年開始聯(lián)合進(jìn)行陶瓷燃?xì)廨啓C開發(fā)，已制成200馬力的陶瓷渦輪噴氣發(fā)動機，工作溫度達(dá)到1 600℃。

復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、運輸、橋梁、民用建筑以及國防等各個方面，對未來的結(jié)構(gòu)設(shè)計有革命性的影響。當(dāng)前研究發(fā)展的重點是熱塑性樹脂復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料和碳基復(fù)合材料。其中樹脂基復(fù)合材料已成為先進(jìn)復(fù)合材料的主角。美國出于軍事需要，加大了對樹脂基復(fù)合材料的開發(fā)力度，技術(shù)上處于領(lǐng)先地位，產(chǎn)品產(chǎn)值年增長率達(dá)15%。德國在將該材料用于醫(yī)用設(shè)備上處于領(lǐng)先地位，法國用于民航上有獨到之處，日本是世界上碳纖維的最大生產(chǎn)者，但樹脂基復(fù)合材料的市場份額不大。隨著世界航空航天工業(yè)的蓬勃發(fā)展，金屬基復(fù)合材料由于具有高比強度、高比剛度、抗疲勞、熱沖擊以及良好的耐磨蝕性而日益受到重視。美國已把它列為關(guān)鍵軍事技術(shù)而加以保密，硼纖維增強的金屬基復(fù)合材料已應(yīng)用于航天飛機。在民用方面，日本豐田汽車公司正在以每年200萬件以上的產(chǎn)量，生產(chǎn)供柴油發(fā)動機用的纖維度增強鋁合金活塞，重量可減輕5%～10%，且抗磨性大大改善，在技術(shù)上處于世界領(lǐng)先地位。

近年來，超合金已有很大發(fā)展，并開始進(jìn)入實用階段。競爭主要在美、日之間展開。美國的最新產(chǎn)品是在合金中加入陶瓷粉末，使抗磨性提高30余倍。日本的鐵基記憶合金正在替代鎳-鈦基合金，成本降低90%。

此外，用于制造人造組織和人造臟器的醫(yī)用材料也發(fā)展很快，這種材料除具有高強度、高耐磨、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和持久的使用壽命外，還必須具有與人體的良好相容性。由于生物醫(yī)學(xué)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，醫(yī)用新材料有著巨大的潛在市場。