2025年，在新一轮科技革命和产业变革的推动下，军工材料作为孕育新兴产业、引领未来产业发展的关键领域，持续保障国家国防科技工业安全、装备现代化发展。世界主要国家均将军工材料技术作为科技争夺的制高点。钼合金、钛合金、大幅面增材制造复合材料、隐身吸波材料、超高温陶瓷等关键材料突破了长期制约行业发展的关键问题，实现性能跃升。
2026年1月，中国航空工业发展研究中心在北京组织专家开展了“2025年度国外军工材料重大动向”评选工作，本着重大性、先进性、引领性、基础性四大原则，从高性能金属材料、先进复合材料、特种功能材料、电子信息功能材料、关键原材料等五大领域共计180余条发展动向中，遴选出以下十条重大技术动向，供决策机构、科研单位和广大读者参考。
一、美国增材制造Molyclast钼合金强度提升60%
钼合金是以钼为基体加入钛、锆、铪、钨、铼及稀土元素构成的难熔金属合金，具有高熔点、耐高温、耐腐蚀及优异的1100-1650℃下高温强度，主要应用于火箭发动机喷管、核反应堆构件、电子管等领域。钼合金一般通过粉末冶金、熔炼工业生产，存在低温脆性、焊接脆性以及高温氧化等缺点，需要复杂的后处理工艺来提升其性能。
2025年8月，美国麻省理工学院下属企业基础合金公司推出其新一代高性能钼合金产品Molyclast。该技术基于公司专有的MetalsFIRST工艺，融合了先进粉末冶金与烧结技术，有效绕过传统材料开发与生产瓶颈。Molyclast合金适用于3D打印，具备比现有同类材料细100倍的晶粒、更优的各向同性力学性能，以及高达60%的强度提升，并减少了冗长的后处理步骤，避免了传统钼合金零件制造过程中使用有害氢气及常见的脆化污染。Molyclast零件生产速度更快、成本更低，在热工、电性能以及极端温度下的稳定性方面具备明显优势，尤其适用于航空航天、国防、能源和其他工业高温领域，推动装备用高强度、耐高温材料的升级。
图 1 采用Molyclast合金制造的零件（来源：美国基础合金公司）
二、澳大利亚皇家墨尔本理工大学开发新型低成本3D打印钛合金钛合金因其强度高、重量轻、耐腐蚀等优点，非常适合用于飞机部件。但钛合金价格昂贵，且熔点高、反应活性强，打印过程中容易形成不均匀的柱状晶粒结构，导致部件的强度随受力方向的不同而变化。2025年7月，澳大利亚皇家墨尔本理工大学增材制造中心从两个方面着手解决这个问题。首先，重新设计了合金配方，用更便宜、更常见的铁、铜、镍等元素替代了昂贵的钒，大幅降低了生产成本。其次，开发了一种用于增材制造合金成分设计的新方法，可快速选择与3D打印兼容的合金元素，控制金属在打印过程中晶粒的形成方式，减少反复试验。测试表明，使用激光束定向能量沉积(DED-LB)技术生产的这种新型合金生产成本比常规Ti-6Al-4V合金低29%，且形成了均匀的晶粒结构，避免了柱状晶粒，打印的部件具有一致的强度和延展性，强度高于标准3D打印钛合金，延展性更好，更耐断裂。虽然目前新合金的确切成分仍处于保密状态，但研究团队已提交临时专利申请，并正在寻找合作伙伴以推进商业化生产。该合金有望推动3D打印钛合金的大规模商业化应用，对许多需要钛合金优势但又无力承担其高昂价格的行业产生深远影响。
图2 皇家墨尔本理工大学研制出更坚固、更便宜的钛合金（来源：皇家墨尔本理工大学）
三、瑞典SKF公司推出新型航空发动机轴承钢ARCTIC15轴承钢是用于制造滚动轴承的滚动体和套圈的钢，需要高而均匀的硬度和耐磨性，对轴承钢的化学成分的均匀性、非金属夹杂物的含量和分布、碳化物的分布等要求都十分严格，是所有钢铁生产中要求最严格的钢种之一。2025年11月，瑞典SKF轴承公司推出新一代航空发动机轴承钢ARCTIC15，是30多年来首个针对航空航天应用的创新钢材，其承载能力是前代产品的1.5倍，可在400℃环境下保持硬度，能够承受更高的载荷、速度和恶劣的条件，性能远超当前航空航天钢材。为实现性能显著提升，采用新型材料的轴承开发将分两步推进：第一步是用陶瓷滚动体替代钢制滚动体，第二步是将陶瓷滚动体与新型轴承钢ARCTIC15进行配合。新型轴承钢材料的成功研发源自SKF轴承公司航空航天团队近十年的技术积累。在欧盟“清洁天空”计划推动下，航空航天团队通过从元素分析到全尺寸测试的全面验证，成功开发出新型轴承钢ARCTIC15。目前，SKF轴承公司航空航天工厂已经制造出轴承样件和全尺寸轴承原型件，并完成断油运行等严苛条件下的极端工况测试，预计航空发动机公司将于2026年初开展地面测试，进一步验证其技术成熟度。目前，这款新型轴承钢ARCTIC15的数据已经在SKF轴承公司开放式平台“专利湾”进行共享，供业界免费使用。这款耐高温、耐腐蚀的特种轴承钢将助力新一代航空发动机实现更高功率密度与运转效率，推动航空业向2050年净零排放目标迈进。
图 3 航空发动机轴承（来源：网络）
复合材料在压缩下的失效模式复杂且对缺陷敏感，所以复合材料的压缩强度通常是复合材料设计的限制因素。高模量纤维通常会导致复合材料的压缩强度下降。2025年5月，美国赫氏公司与特种材料公司宣布，合作开发的新型高模量碳纤维技术取得重大进展。特种材料公司Hy-Bor®技术将赫氏公司高模量HexTow® HM63碳纤维与硼纤维相结合，开发出了创新的Hy-Bor®混合单向预浸料。与纤维体积相近的纯碳纤维复合材料相比，这种新型高模量、高压缩预浸料使复合材料的零度压缩强度、开孔压缩强度和弯曲强度提高了2倍以上。该预浸料在减轻重量的同时，显著提高了复合材料的压缩强度，为商用航空以及军用飞机、卫星和导弹开辟了广泛的应用领域。这项技术缓解了纤维模量增加带来的复合材料压缩强度下降问题，满足了美国国防部下一代平台对碳纤维材料性能的要求。新产品的推出确保了美国高性能复合材料产品的稳定供应，拓宽了高模量碳纤维的应用范围，并使其在国防部各系统中保持性能优势。美国国防后勤局现已授予特种材料公司一份第二阶段小型企业创新研究项目合同，推进高模量Hy-Bor®复合材料技术。新资金将用于优化预浸料，增强其与手动铺层和自动纤维铺放制造工艺的兼容性，致力于以最低成本实现最佳性能。图 4 美国赫氏公司与特种材料公司合作开发的新型混合碳纤维预浸料（来源：美国赫氏公司）
五、美国国家实验室利用真空辅助挤出法改进复合材料大幅面增材制造
图5 美国橡树岭国家实验室的大幅面增材制造复合材料（来源：美国橡树岭国家实验室）
大幅面增材制造（LFAM）技术能够直接打印用于航空航天、汽车及工装领域的米级结构件，大幅降低复合材料的制造成本，是未来航空航天制造业的主流技术方向。然而，大幅面增材制造技术的广泛应用一直受到材料内部孔隙的制约，这些孔隙会降低打印零部件的强度。减少孔隙率是提升材料强度、耐久性及整体性能的关键所在。2025年5月，美国橡树岭国家实验室开发出一种真空辅助挤出法，可减少75%的大幅面增材制造复合材料零件的内部孔隙率。该方法的关键点在于，在挤出工艺中集成真空料斗，去除材料内部滞留气体，最大程度减少纤维增强材料中的孔隙。该技术可将孔隙率降至2%以下，且在不同纤维含量的情况下仍能保持这一性能。这项创新技术不仅解决了大幅面聚合物打印件孔隙率过高的关键问题，还为开发更高强度的复合材料开辟了新路径。这是大幅面增材制造行业的重大飞跃。虽然当前方法还不适用于批量化生产，但橡树岭国家实验室已开发出一种适用于连续沉积系统的专利待审方案。
六、美开发出选择性激光反应热解工艺实现超高温陶瓷高效制备高超声速飞行器鼻锥、蒙皮、发动机喷嘴等热端部件对材料耐高温性能要求严苛，多采用具有高温抗氧化性、抗热震性、高热导率、低热膨胀系数的碳化铪等超高温陶瓷材料。传统制备工艺需大量机加工和高温处理，工艺复杂、周期长、能耗高；材料微观结构在制备过程中难以保持一致，成品率低；需采用模具，开模周期长、成本高，且难以制备复杂形状部件。2025年5月，在美空军研究实验室支持下，美国北卡罗来纳州立大学推出一步成形的选择性激光反应热解工艺，实现超高温陶瓷高效制备。该工艺的核心流程：在基板上涂覆液态超高温陶瓷前驱体薄膜，在真空或惰性气体环境下用120瓦二氧化碳红外激光局部加热前驱体薄膜，数秒内升温至2000℃以上，触发前驱体交联与热解反应，使前驱体直接转化为高结晶度、相纯纳米晶陶瓷。使用这种工艺，成品率可达50%~55%，传统工艺仅为20%~40%。该工艺利用激光快速局部加热，仅需数秒即可完成碳化铪陶瓷制备，具有高效节能、成品率高等特点，且生产设备便于运输、部署，可有效支撑高超声速飞行器热端部件快速低成本制造，在高超声速飞行器的热防护涂层沉积与复杂热结构成形方面具有较大应用潜力。
图6 超高温陶瓷激光制备新工艺示意图（来源：美国北卡罗来纳州立大学）
七、德国新型多材料融合复合材料展现超高效雷达吸波性能当前吸波材料仍聚焦于解决吸波效率低、对雷达波入射角度敏感两大突出问题。2025年7月，德国纤维涂层公司（FibreCoat）宣布研发出一种轻薄柔软的新型碳纤维增强吸波复合材料，核心技术在于以双组分复丝纱线为增强体，树脂基体中添加了精细化配比的亚聚甲基丙烯酸甲酯、碳纳米管、短切Alucoat纤维。与现有吸波复合材料相比，这种新材料具备两大优势：一是重量轻、吸波效率高。材料厚度0.5~6毫米可调，重量轻、设计灵活，X波段频（8~12吉赫兹，对空探测关键波段）雷达散射截面降低40分贝平方米，雷达波吸收率达99.99%，是现有雷达吸波复合材料的100倍。二是适用于曲面和斜面。横电模式60°与横磁模式45°入射角下，雷达散射截面均降低10分贝平方米以上，表明该材料在斜入射时仍可保持良好吸波性能。这种材料已完成实验室试验，2025年完成外场试验。这种新型多材料融合的复合材料，改进了传统吸波材料吸波效率低、需依赖厚重涂层、对雷达入射角度敏感等难题，为武器装备隐身设计提供了新的技术途径，可大幅提高飞机、航天器等的雷达隐身性能。
图7 德国纤维涂层公司研发的新型雷达吸波材料（来源：德国纤维涂层公司）
当前数据显示有超过32000块可追踪的、大于10厘米的太空碎片在近地轨道上空运行。即使是一小块碎片也能穿透航天器燃料箱、摧毁电池或撕裂电子设备和结构。传统的体防护措施如惠普尔屏蔽罩，依赖于金属层，这些金属层会增加质量、阻挡射频信号，并且在受到撞击时会产生更多碎片。2025年5月，美国得州农工大学研发出一种新型瞬态自修复聚合物。得克萨斯农工大学的新材料属于狄尔斯-阿尔德聚合物，核心结构基于可逆动态共价键网络，由呋喃与马来酰亚胺基团通过狄尔斯-阿尔德反应形成。当直径3.7微米的高速硅颗粒冲击厚度小于0.5微米的聚合物膜时，局部迅速液化，冲击后减缓再度固化，在纳秒至微秒内完成“断键-熔融-拉伸-重组”的修复循环，修复后孔洞小于弹丸本身，展现出前所未有的响应速度与重复自愈合能力。与现有自修复材料相比，该材料展现出两大显著优势：一是高效动能吸收与瞬时修复能力。材料在受到高速冲击时，动态共价键断裂吸收动能并触发局部熔融，冲击结束后迅速冷却重构共价键，修复过程在亚微秒级内完成，远快于需分钟至小时级修复的传统材料；二是损伤孔洞最小化。材料修复过程中液态流动，最后形成的穿孔尺寸仅为撞击物的几分之一，相较于普通聚合物，极大保证了冲击后的结构完整性。该材料比传统金属防护系统重量轻，且没有二次碎片损害风险，有望为航天器舷窗、卫星等应对微陨石和太空碎片撞击，提供超强在轨防护。
图8 美国得州农工大学的自修复聚合物可吸收高速撞击能量并快速自我修复（来源：美国得州农工大学）
九、美国微软公司首次将拓扑导体材料成功应用在量子芯片拓扑材料是一类非常有前途的量子计算载体，其关键结构通常基于量子线与量子点的组合。2025年2月，美国微软公司发布全球首款拓扑量子芯片“马约拉纳1号”（Majorana 1），首次在单片8位拓扑量子比特阵列上实现误差率低于容错阈值，验证了“干涉单次奇偶测量”技术，核心创新在于采用拓扑导体材料，首次实现对马约拉纳粒子的稳定控制。拓扑量子比特因具有天然抗干扰特性，在纠错能力上显著优于传统超导量子比特。该芯片采用由半导体砷化铟与超导体铝合成的拓扑导体材料制成，通过操控马约拉纳粒子实现高稳定性量子比特运算，作为微软近20年拓扑量子研究的核心成果，已用于数学问题验证与量子计算机原型研发，为大幅降低量子纠错开销、构建实用型容错量子计算机开辟新道路。马约拉纳零能模（特定条件下量子信息载体的特殊稳定态）呈现出独特的能态结构：存在一个满态和一个空态，构成非局域的双粒子态，并可通过编织操作实现量子逻辑门。该特性使得基于马约拉纳粒子的量子计算能够利用量子纠缠来实现，同时有效避免外界噪声干扰。“马约拉纳1号”基于这一原理，具备更强的抗干扰能力，显著提高了计算单元的稳定性，且具有很强的量子比特扩展性，为量子计算的大规模应用奠定了基础。“马约拉纳1号”芯片采用4英寸砷化铟-铝三维纳米线，构建“H”型拓扑岛阵列，优化了马约拉纳零能模的空间分布和耦合可控性，为实现复杂拓扑编码提供了物理基础；单芯片集成8个拓扑量子比特，单量子比特的宽度仅0.01毫米，单量子比特门保真度98%；干涉单次奇偶测量错误率0.5%，低于表面码1%阈值。“马约拉纳1号”芯片的问世，标志着量子计算技术发展达到新的里程碑。该芯片展现的拓扑量子比特材料和架构、可扩展性、快速测量和纠错技术，为构建大规模量子计算机提供了一条新路径，微软还将在“马约拉纳1号”基础上，进一步强化高密度集成、快速操作、拓扑保护等能力，推动拓扑量子比特计算的实用化进程。
图9 微软拓扑量子芯片“马约拉纳1号”
十、美国DARPA启动变革单晶材料生产工艺的“水晶宫”计划尽管当前的半导体行业已经熟练掌握了硅等简单材料的生长技术，但未来先进雷达、自主飞行平台的微系统将日益依赖结构更为复杂的多元晶体材料。然而，现有的材料生长工具主要依赖于温度、压力和流速等宏观层面的全局控制，而决定材料生长的物理过程实际上发生在纳米尺度的局部。这种全局控制能力与局部生长物理过程之间的不匹配，导致了复杂材料在扩大生产规模时极易出现缺陷、不均匀甚至完全失败。这使得许多在理论上具有优异性能的材料长期受困于实验室，无法被集成到实际的国防系统中。2025年12月，美国国防高级研究计划局（DARPA）公布名为“水晶宫”（Crystal Palace）的项目计划，通过从根本上重新思考物质的生长方式，推动国家安全技术的重大进步。该项目由DARPA微系统技术办公室主导，核心目标是革新下一代微系统所需的单晶无机材料的生产工艺，解决新材料从实验室走向规模化制造的难题。“水晶宫”项目为期36个月，分两个阶段实施。第一阶段为期18个月，要求项目参与者演示在至少2英寸的尺度上，对一种复杂材料的成分、结构和单晶均匀性进行精确控制的可行性。第二阶段则进一步提高要求，需证明所开发技术的通用性，并在项目结束时成功演示四种不同复杂材料的规模化均匀单晶生长。该项目明确排除了体块生长和材料转移等传统技术，专注于开发能够直接在微系统相关衬底上进行生长的新型工具，以实现对原子级生长过程的局部控制。此外，该项目还意在填补人工智能辅助材料设计与实际制造能力之间的鸿沟。虽然深度学习模型已能预测出大量高性能的新型化合物，但缺乏相应的生长技术限制了其应用。DARPA计划通过“其他交易”协议机制，并设立“材料博览会”和“过渡池”等环节，积极推动技术向政府和工业界转移，确保新型单晶无机材料能够快速转化为实际的国防生产力。
图10 DARPA“水晶宫”项目图标（来源：DARPA官网）
来源：空天防务观察
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