1 歐洲國防工業材料體系概述
在歐洲國防工業領域需要專業的高效能加工材料，2016年歐盟對歐洲國防工業中原材料體系進行了梳理，確定了制造國防武器先進材料所需的39種原材料，其中約一半材料100%依賴歐盟以外國家的進口。
在歐洲國防工業所需的關鍵原材料供應國家中，中國占比高達34%，位列首位（圖1）。以稀土材料為例，2010年中國對稀土元素實施出口限制後對歐洲工業沖擊巨大，因為當時中國稀土出口量占全球97%。
圖1 歐洲國防工業原材料主要供應國家及占比情況
在重量輕和其他效能優勢（例如高剛度、高強度）的推動下，碳纖維復合材料有望成為未來幾年國防工業尤其是軍事航空套用中增長最快的部份。圖2為2015年M&M釋出的全球軍用航空飛機材料體系的市場份額報告，復合材料市場價值占比達到26%。
圖2 全球軍用航空飛機材料體系份額，左圖為市場容量，右圖為產值
同樣是在M&M釋出報告中指出：碳纖維復合材料在軍機中套用比例越來越高（圖3），報告中歐洲台風戰機復合材料使用率可能低於50％（有訊息稱台風戰機70％的外表面是由復合材料制成的，復合材料總結構重量實際約為30％）。
圖3 全球不同型號軍機中復合材料用量
2 碳纖維復合材料在歐洲國防工業套用
碳纖維復合材料種類較多，如碳-碳復合材料、碳纖維樹脂基復合材料、碳-陶復合材料等均在歐洲國防工業中實作套用，不同種類的碳纖維復合材料在國防領域的具體影響如下表1所示。
表1 碳纖維復合材料在歐洲國防工業中的套用
2.1 碳纖維復合材料在國防飛機中的套用
碳纖維復合材料在歐洲戰鬥機、運輸機、海洋巡邏機、無人機等主要套用於機身系統和推進系統（表2）。對於機身系統以碳纖維增強環氧樹脂基復合材料為主，而推進系統中大多采用了碳/碳復合材料。
表2 碳纖維復合材料在歐洲國防飛機中的套用
碳纖維/環氧復合材料因輕質高強特性已逐漸取代了以前由鋁合金，該復合材料還具有優異的強度重量比、剛性、機械效能、抗疲勞性、耐腐蝕效能。盡管如此，它們仍存在許多缺點，例如有限的耐沖擊性、較低的電導率，以及在高濕度環境下對老化的敏感性提高。
圖4顯示了法國達索航空公司生產的飆風戰鬥機不同部件所用的部件和原材料，機身、機翼和尾部采用了碳纖維/環氧復合材料，而發動機噴嘴采用了碳碳復合材料。
圖4 法國達索航空公司飆風戰鬥機原材料
碳纖維復合材料在歐洲作戰和多用途直升機中套用如表3所示，碳纖維在機身、動態部件和電子系統中均有一定套用。
表3 碳纖維復合材料在歐洲直升機中的套用
2.2 碳纖維復合材料在潛艇中的套用
表4和圖5分別顯示了碳復合材料在潛艇中領域，以及潛艇中所需原材料體系。
表4 碳纖維復合材料在潛艇中的套用
圖5 潛艇中所需原材料體系
除了上述套用以外，碳纖維復合材料在軍用坦克、護衛艦、海上巡邏船、飛彈、哨塔守衛等歐洲國防領域也有特定套用，在此不一一詳述。
3 未來發展分析
表5顯示了碳纖維復合材料在歐洲國防飛機中每年的需求量預測，估計用於生產戰鬥機和重型運輸機的碳纖維/環氧復合材料的年需求量約為歐洲航空業復合材料總需求量的6％。
表5 碳纖維復合材料在國防飛機中的需求量估算
此外，軍用戰鬥機套用還需要其他高等級的碳纖維和不同的樹脂，而這些產品的生產量很小。根據CEIS預測，歐盟是軍用飛機航空材料的主要進口國，考慮到歐盟內部都使用了歐盟所有的航空材料的內部生產，估計這些材料的進口依存度為20-43％。
盡管在民用航空飛機空客A350驅動下，歐洲已經建立了大型復合材料生產公司（如Hexcel Corp.歐洲生產工廠），而且 歐洲也有西格裏碳素、索爾維等碳纖維企業，但歐盟缺乏航空級碳纖維及其前體的主要制造商 ，因此，目前 為歐洲國防工業提供高效能碳纖維產品的企業只有三家： 美國赫氏、日本東麗和日本帝人 。
由於歐盟缺乏像美國赫氏、日本東麗等生產航空級碳纖維的制造商，而有關材料型別及其在國防套用的資訊有限，而且公開文獻較少，影響了關鍵型號升級換代；比如，當空客A350與波音787飛機存在競爭時，歐盟其實已經意識到關鍵材料受限將會對未來工業尤其是國防工業產生的重要影響。
（ 本文為微信公眾號「碳纖維及其復合材料技術」2020年3月24日釋出的文章，再次分享給大家以回顧學習 ！）
