碳(tan)(tan)(tan)纖(xian)(xian)維(wei)(wei)(wei)：未(wei)(wei)來活的(de)(de)(de)'黑色(se)黃(huang)金'在(zai)材(cai)(cai)料科學的(de)(de)(de)星辰大海中，碳(tan)(tan)(tan)纖(xian)(xian)維(wei)(wei)(wei)以其的(de)(de)(de)魅力(li)正重(zhong)(zhong)(zhong)塑著人(ren)類(lei)文明的(de)(de)(de)重(zhong)(zhong)(zhong)量(liang)。這種(zhong)由(you)碳(tan)(tan)(tan)元素(su)晶體(ti)組成的(de)(de)(de)黑色(se)絲線，密度(du)(du)僅為鋼鐵的(de)(de)(de)四(si)分之一，強度(du)(du)卻高(gao)出五倍(bei)有余，如(ru)同造(zao)物主饋贈的(de)(de)(de)魔法材(cai)(cai)料，悄(qiao)然(ran)改(gai)變(bian)(bian)著現(xian)代(dai)生(sheng)活的(de)(de)(de)重(zhong)(zhong)(zhong)量(liang)維(wei)(wei)(wei)度(du)(du)。碳(tan)(tan)(tan)纖(xian)(xian)維(wei)(wei)(wei)的(de)(de)(de)輕量(liang)化(hua)革(ge)命正以三(san)維(wei)(wei)(wei)態(tai)勢滲透(tou)現(xian)代(dai)生(sheng)活。垂直維(wei)(wei)(wei)度(du)(du)上(shang)，千米(mi)高(gao)空(kong)的(de)(de)(de)民航客機(ji)因碳(tan)(tan)(tan)纖(xian)(xian)維(wei)(wei)(wei)機(ji)身減(jian)重(zhong)(zhong)(zhong)20%，每架(jia)(jia)飛(fei)機(ji)年(nian)減(jian)排二氧化(hua)碳(tan)(tan)(tan)達700噸；水平(ping)維(wei)(wei)(wei)度(du)(du)中，新(xin)能(neng)源車的(de)(de)(de)碳(tan)(tan)(tan)纖(xian)(xian)維(wei)(wei)(wei)底盤使(shi)續(xu)航提(ti)升15%，了電(dian)池技術的(de)(de)(de)重(zhong)(zhong)(zhong)量(liang)困局；微觀層面上(shang)，碳(tan)(tan)(tan)纖(xian)(xian)維(wei)(wei)(wei)義肢僅重(zhong)(zhong)(zhong)800克(ke)，卻賦予殘障人(ren)士媲美(mei)真肢的(de)(de)(de)運動(dong)(dong)能(neng)力(li)。這種(zhong)材(cai)(cai)料在(zai)體(ti)育(yu)器(qi)材(cai)(cai)領(ling)域(yu)的(de)(de)(de)表現(xian)更具顛覆性(xing)(xing)(xing)，職(zhi)業公路(lu)自行車架(jia)(jia)突破(po)至700克(ke)臨界點，重(zhong)(zhong)(zhong)量(liang)相當(dang)(dang)于兩聽(ting)可(ke)樂，卻能(neng)承載(zai)百倍(bei)于自身的(de)(de)(de)沖擊。碳(tan)(tan)(tan)纖(xian)(xian)維(wei)(wei)(wei)的(de)(de)(de)魔法更在(zai)于其可(ke)編(bian)程的(de)(de)(de)材(cai)(cai)料特性(xing)(xing)(xing)。通(tong)過(guo)改(gai)變(bian)(bian)編(bian)織角度(du)(du)和樹脂配方，碳(tan)(tan)(tan)纖(xian)(xian)維(wei)(wei)(wei)起(qi)(qi)(qi)落(luo)架(jia)(jia)公司，工(gong)程師能(neng)像裁(cai)縫定制西裝般設計材(cai)(cai)料性(xing)(xing)(xing)能(neng)。波音787夢幻客機(ji)的(de)(de)(de)機(ji)翼(yi)蒙(meng)皮采用45°斜紋(wen)編(bian)織，碳(tan)(tan)(tan)纖(xian)(xian)維(wei)(wei)(wei)起(qi)(qi)(qi)落(luo)架(jia)(jia)價格，在(zai)保持韌性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)同時實現(xian)的(de)(de)(de)空(kong)氣動(dong)(dong)力(li)學形(xing)態(tai)；領(ling)域(yu)的(de)(de)(de)碳(tan)(tan)(tan)纖(xian)(xian)維(wei)(wei)(wei)支具，則通(tong)過(guo)正交編(bian)織形(xing)成透(tou)氣網格，讓(rang)康復設備兼具功能(neng)性(xing)(xing)(xing)與(yu)舒(shu)適度(du)(du)。當(dang)(dang)碳(tan)(tan)(tan)中和成為命題(ti)，碳(tan)(tan)(tan)纖(xian)(xian)維(wei)(wei)(wei)正書寫綠(lv)色(se)方程式(shi)。風電(dian)葉片的(de)(de)(de)碳(tan)(tan)(tan)纖(xian)(xian)維(wei)(wei)(wei)增強使(shi)單(dan)機(ji)年(nian)發電(dian)量(liang)提(ti)升18%，來圖(tu)加工(gong)碳(tan)(tan)(tan)纖(xian)(xian)維(wei)(wei)(wei)起(qi)(qi)(qi)落(luo)架(jia)(jia)，回收技術的(de)(de)(de)突破(po)讓(rang)退役材(cai)(cai)料重(zhong)(zhong)(zhong)生(sheng)為建筑增強體(ti)。這種(zhong)曾被稱作'黑色(se)黃(huang)金'的(de)(de)(de)材(cai)(cai)料，正在(zai)智(zhi)(zhi)能(neng)制造(zao)浪潮中褪去(qu)光環，走進尋常百姓(xing)的(de)(de)(de)智(zhi)(zhi)能(neng)家居(ju)、可(ke)穿(chuan)戴設備，以克(ke)為單(dan)位的(de)(de)(de)減(jian)重(zhong)(zhong)(zhong)革(ge)命，碳(tan)(tan)(tan)纖(xian)(xian)維(wei)(wei)(wei)起(qi)(qi)(qi)落(luo)架(jia)(jia)，正在(zai)重(zhong)(zhong)(zhong)新(xin)定義未(wei)(wei)來生(sheng)活的(de)(de)(de)質量(liang)。

碳纖維作(zuo)為一種高(gao)(gao)(gao)科(ke)技材料(liao)，具有高(gao)(gao)(gao)強(qiang)度(du)(du)、輕量(liang)(liang)化及(ji)優(you)異的(de)(de)(de)(de)性(xing)能等(deng)特性(xing)。在航(hang)空領(ling)域中，碳纖維起(qi)落(luo)架的(de)(de)(de)(de)應用正展現出廣(guang)闊的(de)(de)(de)(de)前景和巨大的(de)(de)(de)(de)潛力(li)：首(shou)先，使用碳纖維制造(zao)的(de)(de)(de)(de)飛(fei)機(ji)(ji)部件如起(qi)落(luo)架的(de)(de)(de)(de)顯著優(you)勢在于其重量(liang)(liang)更輕但強(qiang)度(du)(du)更高(gao)(gao)(gao)，這有助于提(ti)(ti)高(gao)(gao)(gao)飛(fei)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)燃(ran)油經濟性(xing)并(bing)延(yan)長航(hang)程；同時(shi)也可(ke)減輕飛(fei)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)整體負擔和提(ti)(ti)升飛(fei)行(xing)穩定性(xing)與(yu)安全性(xing)能。隨著航(hang)空公司對運(yun)營成(cheng)本(ben)控制的(de)(de)(de)(de)日益嚴格和對環保要求的(de)(de)(de)(de)提(ti)(ti)高(gao)(gao)(gao)，采用輕質且高(gao)(gao)(gao)強(qiang)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)復合材料(liao)成(cheng)為方案之(zhi)(zhi)一。其次，與(yu)傳(chuan)統(tong)的(de)(de)(de)(de)金屬(shu)材料(liao)相比（例如鋁(lv)合金或鈦合金），碳纖維復合材料(liao)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)腐蝕性(xing)更強(qiang)且具有更好的(de)(de)(de)(de)耐(nai)久性(xing)表現——這對于長期暴(bao)露在惡劣環境條件下(xia)的(de)(de)(de)(de)來(lai)說至關重要。此外(wai)，通過設計和制造(zao)過程優(you)化還(huan)可(ke)以進一步(bu)降低維護成(cheng)本(ben)并(bing)提(ti)(ti)高(gao)(gao)(gao)運(yun)營效率；這些特點使得它成(cheng)為替代(dai)傳(chuan)統(tong)金屬(shu)材料(liao)的(de)(de)(de)(de)理想選擇之(zhi)(zhi)一。展望未來(lai)幾(ji)年內(nei)可(ke)以預見(jian)的(de)(de)(de)(de)是：隨著技術進步(bu)以及(ji)生產成(cheng)本(ben)的(de)(de)(de)(de)逐步(bu)降低，將會有更多類型(xing)的(de)(de)(de)(de)民用或者機(ji)(ji)型(xing)開始廣(guang)泛(fan)地使用這種材質的(de)(de)(de)(de)起(qi)落(luo)架構(gou)件來(lai)增強(qiang)自身競爭(zheng)力(li)水(shui)平;同時(shi)也會帶動整個產業(ye)(ye)鏈上下(xia)游企業(ye)(ye)協同發展與(yu)創新進步(bu)浪潮(chao)的(de)(de)(de)(de)興起(qi)從而推動航(hang)空航(hang)天事業(ye)(ye)邁向新高(gao)(gao)(gao)度(du)(du)發展階(jie)段.

碳(tan)纖(xian)(xian)(xian)維(wei)異(yi)形(xing)件(jian)在(zai)(zai)航(hang)(hang)空航(hang)(hang)天領域的(de)(de)(de)應(ying)用(yong)正(zheng)(zheng)深刻改變著現代的(de)(de)(de)設計(ji)與制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)(zao)(zao)(zao)(zao)范式(shi)。作為(wei)一種輕質高強的(de)(de)(de)復合(he)材(cai)料(liao)(liao)，碳(tan)纖(xian)(xian)(xian)維(wei)增強樹脂基復合(he)材(cai)料(liao)(liao)（CFRP）通過定制(zhi)(zhi)(zhi)化(hua)(hua)成(cheng)(cheng)型技(ji)術(shu)(shu)制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)(zao)(zao)(zao)(zao)的(de)(de)(de)復雜(za)異(yi)形(xing)結(jie)構(gou)(gou)(gou)件(jian)，已成(cheng)(cheng)為(wei)提升航(hang)(hang)空航(hang)(hang)天裝備性能的(de)(de)(de)關(guan)鍵材(cai)料(liao)(liao)。在(zai)(zai)飛(fei)機(ji)(ji)設計(ji)中，碳(tan)纖(xian)(xian)(xian)維(wei)異(yi)形(xing)件(jian)廣泛應(ying)用(yong)于主承力結(jie)構(gou)(gou)(gou)。例如空客A350XWB的(de)(de)(de)機(ji)(ji)翼(yi)翼(yi)盒采(cai)(cai)用(yong)整體(ti)(ti)(ti)成(cheng)(cheng)型工(gong)(gong)藝(yi)(yi)，將(jiang)翼(yi)梁(liang)、肋板(ban)與蒙皮一體(ti)(ti)(ti)化(hua)(hua)制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)(zao)(zao)(zao)(zao)，相比傳(chuan)(chuan)(chuan)統(tong)金屬結(jie)構(gou)(gou)(gou)減(jian)重(zhong)20%，同時通過纖(xian)(xian)(xian)維(wei)鋪(pu)層優化(hua)(hua)實現載(zai)荷傳(chuan)(chuan)(chuan)遞(di)。波音(yin)787的(de)(de)(de)筒狀機(ji)(ji)身段采(cai)(cai)用(yong)連續(xu)(xu)纖(xian)(xian)(xian)維(wei)纏(chan)繞技(ji)術(shu)(shu)，消(xiao)除了傳(chuan)(chuan)(chuan)統(tong)鉚接結(jie)構(gou)(gou)(gou)的(de)(de)(de)應(ying)力集中問題(ti)。在(zai)(zai)發(fa)(fa)(fa)動(dong)機(ji)(ji)領域，GE公司開發(fa)(fa)(fa)的(de)(de)(de)LEAP發(fa)(fa)(fa)動(dong)機(ji)(ji)風扇葉片采(cai)(cai)用(yong)3D編織(zhi)碳(tan)纖(xian)(xian)(xian)維(wei)預制(zhi)(zhi)(zhi)體(ti)(ti)(ti)，配合(he)樹脂傳(chuan)(chuan)(chuan)遞(di)模塑工(gong)(gong)藝(yi)(yi)，不僅實現氣動(dong)外形(xing)的(de)(de)(de)曲面自由設計(ji)，更具(ju)備優異(yi)的(de)(de)(de)抗鳥撞性能。航(hang)(hang)天領域對(dui)材(cai)料(liao)(liao)性能要求更為(wei)嚴苛。SpaceX9號火箭的(de)(de)(de)液氧貯箱(xiang)采(cai)(cai)用(yong)碳(tan)纖(xian)(xian)(xian)維(wei)纏(chan)繞殼體(ti)(ti)(ti)，在(zai)(zai)-183℃低(di)溫環境下仍保持結(jie)構(gou)(gou)(gou)穩定性。桁架結(jie)構(gou)(gou)(gou)通過拓撲優化(hua)(hua)設計(ji)，利用(yong)碳(tan)纖(xian)(xian)(xian)維(wei)異(yi)形(xing)件(jian)的(de)(de)(de)各向(xiang)異(yi)性特征，在(zai)(zai)保證剛度的(de)(de)(de)同時將(jiang)重(zhong)量(liang)降低(di)至鋁合(he)金結(jie)構(gou)(gou)(gou)的(de)(de)(de)40%。值得(de)注意的(de)(de)(de)是，新型增材(cai)制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)(zao)(zao)(zao)(zao)技(ji)術(shu)(shu)正(zheng)(zheng)在(zai)(zai)突破傳(chuan)(chuan)(chuan)統(tong)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)限制(zhi)(zhi)(zhi)，如連續(xu)(xu)纖(xian)(xian)(xian)維(wei)3D打印技(ji)術(shu)(shu)可制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)(zao)(zao)(zao)(zao)出(chu)傳(chuan)(chuan)(chuan)統(tong)方(fang)法無法實現的(de)(de)(de)仿(fang)生拓撲結(jie)構(gou)(gou)(gou)，為(wei)下一代航(hang)(hang)天器減(jian)重(zhong)提供新思路。盡(jin)管碳(tan)纖(xian)(xian)(xian)維(wei)異(yi)形(xing)件(jian)存在(zai)(zai)制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)(zao)(zao)(zao)(zao)成(cheng)(cheng)本高、損傷檢測困(kun)難(nan)等挑戰，但(dan)隨著自動(dong)化(hua)(hua)鋪(pu)絲技(ji)術(shu)(shu)、原位固(gu)化(hua)(hua)監測等創新工(gong)(gong)藝(yi)(yi)的(de)(de)(de)發(fa)(fa)(fa)展(zhan)，其應(ying)用(yong)邊界正(zheng)(zheng)不斷擴展(zhan)。未來，智能碳(tan)纖(xian)(xian)(xian)維(wei)材(cai)料(liao)(liao)與結(jie)構(gou)(gou)(gou)功能一體(ti)(ti)(ti)化(hua)(hua)設計(ji)將(jiang)推動(dong)航(hang)(hang)空航(hang)(hang)天裝備向(xiang)更、的(de)(de)(de)方(fang)向(xiang)演進。