中国航发材料处于世界什么位置:第二梯队中后部
本文摘要:發動機熱端部件,比如渦輪、燃燒室、尾噴管等,工作環境更為惡劣,世界主流發動機,渦輪前燃溫度達到或超過1300~1400℃,即便是最耐熱的金屬,都無法在這樣嚴酷的溫度下保持物理特性,

發動機熱端部件,比如渦輪、燃燒室、尾噴管等,工作環境更為惡劣,世界主流發動機,渦輪前燃溫度達到或超過1300~1400℃,即便是最耐熱的金屬,都無法在這樣嚴酷的溫度下保持物理特性,需要各種高溫耐熱材料和冷卻技術來保證性能。目前得到應用的新材料,主要有渦輪表面的熱障塗層材料和用於熱端先進渦輪盤部件的粉末冶金合金(高溫合金)材料;而碳化矽基和陶瓷基復合材料等新材料,技術難度更大,目前正在研究之中,將來可能會大展身手。

熱障塗層,是指為瞭讓發動機熱端部件保持長時間正常工作和高溫耐受能力。而在其表面如渦輪盤等表面塗覆的一層起保護作用的塗層。高性能的熱障塗層,是英美發動機使用壽命遠超其他國傢同類發動機的“不傳之秘”。有瞭高性能熱障塗層,以往壽命200到600小時的發動機,工作壽命可以延長2~3倍,工作溫度也能提高好幾百度。

而高溫合金,則主要分為難熔金屬和金屬間化合物兩類,而難熔金屬指熔點高於1650℃並有一定儲量的金屬,包括鎢、鉬、鈮、鉻、鋯、鈦等。難熔金屬廣泛用於發動機熱端部件。但難熔金屬有個缺點,就是儲量很少,而且大都伴生在稀土礦等稀有礦藏中,而航空發動機動輒要制造成千上萬臺,對難熔金屬需求量很大,這就使得其應用受到限制。

目前最常用的高溫合金,主要是鎳基合金、鈦基合金和鈦基金屬間化合物等,從上世紀70年代開始,經過三代發展,目前的世界主流先進第三代、第四代軍用渦扇發動機,都普遍使用瞭以上三種合金材料。

碳化矽基材料、陶瓷基材料則是目前正在研發的下一代高性能熱端材料中最熱門的兩種,他們兩種都屬於高分子復合纖維材料,這兩種材料並非完全獨立發展,也可以同時使用,經過不同的配方和組成結構混合起來,形成不同成分的新材料。目前,美國在最新型F414中等推力發動機上率先使用瞭陶瓷基材料渦輪轉子葉片。

圖註:F414-400發動機,GE公司在它的進一步改進型號上首次使用瞭陶瓷基材料

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