纤维增强陶瓷基复合材料在国外航空发动机上的应用
碳化硅纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料的发展现状及其在航空发动机
品化，而先驱体转化法一直是制备连 续束丝碳化硅纤维的最主要方法。
1975 年，Yajima 教授等 [7-9] 开创
宇部兴产公司在 PCS 先驱体中引入 了钛醇盐，生成钛碳硅烷先驱体，然 后采用 Yajima 方法制备了 Tyranno
裂纹，导致纤维强度急剧下降，严重 限制了其应用 。 [13-14]
在使用温度可达 1600℃。高温合金 的比强度和比模量在高于 1050℃时 急剧下降，而 SiC/SiC CMC 比强度和 比 模 量 随 温 度 升 高 而 增 加，在 高 于 1050℃的使用环境中，与高温合金相 比优势显著。因而，SiC/SiC CMC 是 用于航空发动机燃烧室 / 加力燃烧 室、涡轮、尾喷管等热端部件的理想 材料，其研究和发展对提高我国航空 发动机的性能具有重要意义。
空气中 200℃氧化交联 不熔化纤维
高纯氮气中 1000℃以上裂解
Nicalon NL-200 纤维直接采用 Yajima 方法，原纤维在氧化交联过
碳化硅纤维
程中引入氧原子形成大量 Si— O 键， 得到不熔化纤维；在高温烧结过程
图1 先驱体转化法制备碳化硅纤维的工艺流程 Fig.1 Processing route of the polymer-derived SiC fibers
邹 豪 硕士、工程师。中航复合材料有限
责任公司项目主管，主要从事航空树脂 基及陶瓷基复合材料预研课题及型号 攻关项目管理工作。
76 航空制造技术·2017 年第 15 期
连 续 碳 化 硅 纤 维 具 有 高 强 度、 高模量，高温下抗氧化、抗蠕变性能 好，与 陶 瓷 基 体 相 容 性 良 好 等 性 能 特 点，是 制 备 高 性 能 陶 瓷 基 复 合 材 料的重要增强体 [1-2]。连续碳化硅纤 维增韧碳化硅陶瓷基复合材料（SiC/ SiC CMC）是目前国际公认的最有潜 力的发动机热结构材料之一，保留了 碳化硅纤维高强高模、耐高温、抗蠕 变、耐腐蚀、材料热膨胀系数小等优 点，同时克服了碳化硅陶瓷断裂韧性 低和抗冲击性能差的缺陷 [3]。随着 航空燃气涡轮发动机推重比的不断 提高，对热端部件的耐温要求也越来 越高，热端部件的工作温度已超出现 有的传统高温合金材料耐高温、耐腐 蚀和抗氧化的极限。SiC/SiC CMC 密 度低，仅为高温合金的 1/3~1/4 ；在 不使用空气冷却和环境障涂层的情 况下，工作温度可达 1200℃以上，潜
陶瓷基复合材料在航空发动机上的应用研究
料制 造工 艺 的改进 等 。
等 。由于冷却 结构 的复 杂化 和冷 却空 气 流量 的增加 已成 为提高 发 动机 性 能 的 重 要 技 术 课 题 。但
是 ， 果采 用耐热 性 和高 温 强 度 如
在 以 碳 化 硅 纤 维 为 增 强 纤
“ 额定 时为 ９ 以上” 在 ９ 。
１ ２ 设 计 结 果 ．
高 温下 比强度 高 的 特性 ， 以用 所 来 制造 飞机发 动机 零部 件将会 提
关 燃烧 冷却结 构 的 改进 、耐热 材
料 的 开 发 以 及 绝 热 镀 层 的 研 究
高 发动 机性 能 。当前正 在进行 有
造 方 法 与性 能评 价 结果 等 。
主 题 词 陶 瓷 复 合 材 料 碳一
具有 无冷 却结 构 陶瓷基 复合 材料 衬套 的燃 烧 室 （ 以下 简 称 本 燃 烧 室 ） 计 条 件 如 表 １所 示 。 设
设计 时考 虑到 与 日本 国内最 近开
在 １３０Ｃ ０ 。高温下保 持 ２Ｏ０ ０ｈ后其 强度 为原 强 度 的 ８ ，而 且在 高 Ｏ 温下 的耐久 性有 明显改善 。因此 ， 陶瓷基 复合 材 料不 仅 可用 于 飞机 发动机 的二次零件 ， 在燃烧 室衬套 等主要零件上也可以使用 。 为提高 飞机 发动机 性 能而提 高压缩 机高 压 比时 ，由 于燃 烧 室 入 口温 度升 高引 起发动 机衬 套冷 却 空气 温度增 加 ，而且 燃 烧 室燃
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推进 技术
陶 瓷基 复 合 材 料 在 航 空 发 动 机 上 的 应 用 研 究
摘 要 介 绍 了 陶 瓷 基 复 合 材 料 的性 能 、在 航 空 发 动 机 上 的 应 用 动 向 以及 陶 瓷 复合 材 料 燃 烧 室 衬 套 的 制
航空发动机热端部件扩大陶瓷基复合材料的应用
航空发动机热端部件扩大陶瓷基复合材料的应用本文由空天防务观察（ID:AerospaceWatch）授权转载，作者：张小伟中国航空工业发展研究中心中国航空发动机集团公司当前，美俄欧主要发动机厂商都在探寻在航空发动机热端使用陶瓷基复合材料。
其中，CFM公司配装陶瓷基复合材料（CMC）高压涡轮罩环的Leap-1A民用涡扇发动机，已于2015年5月19日在新的空客A320neo飞机上成功完成了首飞，表明CMC在航空发动机热端部件应用取得新突破。
作为CFM公司的50%投资方，美国通用电气公司（GE公司）自2015年以来还在F414军用涡扇发动机上，验证了CMC低压涡轮转子叶片的耐高温和耐久性能，并在GEnx 民用涡扇发动机的高压涡轮叶片和燃烧室上开展了一系列试验，进一步验证了CMC在发动机热端部件的应用潜力，彰显了CMC在未来军民用航空发动机的广泛应用前景。
一、CMC技术优势巨大CMC由陶瓷纤维和陶瓷基体组成，具有密度低、硬度高、热稳定性能优异及化学耐受性强等特点，其密度仅为高温合金的1/3，强度为其2倍，能够承受1000℃～1500℃的高温（比高温合金高200℃～240℃），且结构耐久性更好。
同时，CMC固有的断裂韧性和损伤容限高，适用于燃气涡轮发动机热端部件，并能在较高的涡轮进口温度和较少的冷却空气（大于1300℃）下运行，发动机效率和耗油率明显改善。
如美国航空航天局（NASA）在“超高效发动机技术”（UEET）项目下，开发CMC发动机热端结构，能承受涡轮进口温度1649℃，冷却需求量比同类高温合金部件减少15%～25%。
因此，发动机制造商高度重视CMC技术开发，努力将该材料引入过渡件、燃烧室内衬、喷管导向叶片甚至涡轮转子件等热端部件。
碳化硅纤维增强碳化硅（SiC/SiC）和碳纤维增强碳化硅（C/SiC）这两种典型陶瓷基复合材料的主要特征参数（德国弗劳恩霍夫研究所图片）二、CMC热端部件不断发展成熟1．CMC材料和加工工艺技术不断取得突破自20世纪50年代以来，美国、欧洲等从未停止CMC在燃气涡轮发动机上的尝试，不断推动该材料和加工工艺的技术进步。
陶瓷基材料在航空发动机中的应用
陶瓷基材料在航空发动机中的应用陶瓷基材料在航空发动机中的应用，是当今航空技术领域的研究热点之一、陶瓷基材料因其具有良好的抗高温、抗氧化、抗腐蚀和优良的热物理性能，在航空发动机中具有广阔的应用前景。
本文章将从陶瓷基材料的种类、应用领域和发展趋势等方面进行讨论。
首先，陶瓷基材料主要包括氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷、氧化锆陶瓷和氮化硅陶瓷等。
这些材料具有较高的熔点、良好的化学稳定性和热稳定性，能够在高温下保持高强度和刚性。
另外，陶瓷基材料还具有低密度、良好的抗热震性和低热膨胀系数等优点，使其成为航空发动机中替代金属材料的理想选择。
其次，陶瓷基材料在航空发动机中的应用领域主要包括燃烧室、涡轮盘、轴承、导叶和喷嘴等部件。
以燃烧室为例，陶瓷基材料可以用于制造燃烧室内部的热套，其能够抵御高温高压的腐蚀和磨损，提高燃烧室的寿命和效率。
在涡轮盘方面，陶瓷基材料的高强度和耐腐蚀性能，使其成为制造高性能涡轮盘的理想材料。
此外，陶瓷基材料还可以用于制造轴承内圈、导叶和喷嘴等关键部件，提高发动机的整体性能和可靠性。
最后，陶瓷基材料在航空发动机领域的发展趋势主要包括研制新型陶瓷材料、提高材料的制备工艺和加工技术等方面。
目前，科研人员正在积极研发新型陶瓷材料，如先进氧化铝陶瓷和氮化硅陶瓷等，以进一步提高材料的性能和可靠性。
同时，研究人员也在探索陶瓷材料的制备工艺和加工技术，以降低材料的成本和提高制造效率。
综上所述，陶瓷基材料在航空发动机中具有广泛的应用前景。
随着科技的进步和工艺的改进，陶瓷基材料将在航空发动机中扮演更加重要的角色，为航空技术的发展做出更大的贡献。
碳纤维增强陶瓷基复合材料
碳纤维增强陶瓷基复合材料
碳纤维增强陶瓷基复合材料是一种具有优异性能的复合材料，结合了碳纤维和
陶瓷的优点，具有高强度、高刚度、高耐热性和耐磨性等特点，因此在航空航天、汽车制造、工程建设等领域得到广泛应用。
组成
碳纤维增强陶瓷基复合材料主要由碳纤维和陶瓷基体组成。
碳纤维作为增强材料，具有优异的机械性能，可以增加复合材料的强度和刚度；陶瓷基体作为基体材料，具有良好的耐热性和耐腐蚀性，可以提高复合材料的耐高温和耐磨性能。
特点
1.高强度和高刚度：碳纤维增强陶瓷基复合材料具有很高的拉伸强度
和模量，能够承受较大的载荷；
2.耐热性：陶瓷基体具有优良的耐高温性能，适用于高温环境下的使
用；
3.耐腐蚀性：陶瓷基体对酸碱等腐蚀介质具有较好的稳定性；
4.耐磨性：碳纤维的高强度和陶瓷的硬度结合，使复合材料具有较好
的耐磨性。
应用领域
碳纤维增强陶瓷基复合材料在航空航天、汽车制造、工程建设等领域得到广泛
应用。
在航空航天领域，碳纤维增强陶瓷基复合材料被用于制造飞机结构件和燃气涡轮引擎零部件，以提高飞机的性能和降低重量；在汽车制造领域，碳纤维增强陶瓷基复合材料被用于制造车身结构件和制动系统，以提高汽车的安全性和燃油效率；在工程建设领域，碳纤维增强陶瓷基复合材料被用于制造建筑结构件和桥梁构件，以提高建筑物的抗震性和耐久性。
综上所述，碳纤维增强陶瓷基复合材料具有优异的性能和广泛的应用前景，将
在未来得到更广泛的应用和推广。
连续纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料在航空发动机上的应用_王鸣
研究与应用方面，基于先易后难（先 静 止 件 后 转 动 件，从 低 温 到 高 温） 的 发 展 思 路，充 分 利 用 已 有 的 成 熟 发 动 机 进 行 考 核 验 证，首 先 发 展 中 温（700~1000℃）和中等载荷（低于 120M P a）的 静 止 件，例 如 尾 喷 管 调 节片 / 密封片和内锥体等；再发展 高温（1000~1300℃）中等载荷静止 件，例如火焰筒、火焰稳定器及涡轮 外环、导向叶片等；而作为更高载荷 （高于 120MPa）静止件或转动件，例 如涡轮转子和涡轮叶片还处于探索 阶段。
10 航空制造技术·2014 年第 6 期
对高推重比航空发动机的部件， 要求所选用的结构材料要具有较低 的密度和较高的强度。随着发动机 单位推力的提高，发动机燃烧室出口 温度有较大幅度的提升，对燃烧室、 涡轮以及加力燃烧室等热端部件的 材料提出了更高的要求，传统镍基高
温材料已经难以满足设计工况的使 用要求。连续纤维增强碳化硅陶瓷 基复合材料是最有潜力的热结构材 料之一，该材料的密度仅为高温合金 的 30％，在不用空气冷却和热障涂 层的情况下，长期工作温度可比高温 合金提高 200℃以上。在航空发动
在美国能源部陶瓷燃气轮机计 划的支持下，涡轮（Soler）公司研发 并验证了自愈合 SiC/SiC 燃烧室衬 套。其开发策略是引入一种非常简 单的燃烧室结构，其中自愈合 SiC/ SiC 环形燃烧衬套位于金属机匣内的 圆筒形壳体中，压气机空气通过衬套 向涡轮热端流过。同时，为降低高温 腐蚀环境对自愈合 SiC/SiC 复合材料
可能面面俱到地反映出实际构建的 所有缺陷，同时该方法的成本很高。 因此，在工程化应用方面，应针对典 型构件加强各种无损检测方法的研 究，积累并建立不同的失效标样和数 据图谱。 4 高温抗氧化涂层
陶瓷基复合材料在航空发动机中的作用
一、引言陶瓷基复合材料，以其优异的耐高温、耐磨损、抗氧化等特性，在航空发动机领域展现出巨大的应用潜力。
随着航空工业的发展，对发动机性能和可靠性的要求越来越高，陶瓷基复合材料在航空发动机中的作用日益凸显。
本文将详细阐述陶瓷基复合材料在航空发动机中的作用。
二、陶瓷基复合材料的特性1.高强度、高刚度、高硬度：陶瓷基复合材料通过引入各种增强纤维，如晶须、颗粒等，显著提高了材料的强度、刚度和硬度，为发动机的高效运转提供了基础。
2.良好的耐高温性能：陶瓷基复合材料具有极佳的热稳定性，能在高温环境下保持较好的力学性能，这对于高温环境下工作的航空发动机至关重要。
3.优秀的抗氧化和耐腐蚀性能：陶瓷基复合材料具有极低的氧化性，即使在高温、氧气环境下也能保持良好的稳定性，大大延长了发动机的使用寿命。
4.良好的热导性和热膨胀系数：陶瓷基复合材料在高温下具有良好的热导性和热膨胀系数，能有效控制发动机的热损失和热应力，提高发动机的工作稳定性。
1.燃烧室：陶瓷基复合材料的高温性能可以承受燃烧室的高温环境，减少了高温导致的发动机磨损，提高了燃烧效率。
2.涡轮叶片：陶瓷基复合材料的高强度、高耐热性、低热膨胀性，使其成为制造高温环境下工作的涡轮叶片的理想材料。
3.整体发动机环件：陶瓷基复合材料的高强度、耐高温、抗氧化等特性，使其成为制造发动机整体环件（如导向器、涡轮外环）的理想材料，大大提高了发动机的性能和可靠性。
4.风扇和压气机：陶瓷基复合材料具有较高的强度和刚度，可以用于制造风扇和压气机等部件，提高了发动机的推力和效率。
5.热屏蔽件：陶瓷基复合材料制成的热屏蔽件可以有效保护发动机的核心部分免受燃烧室高温的影响，提高了整个发动机的性能和可靠性。
四、结论与展望通过以上分析，我们可以看到陶瓷基复合材料在航空发动机中具有广泛的应用前景。
它不仅提高了发动机的性能和可靠性，而且延长了发动机的使用寿命。
然而，陶瓷基复合材料的研发和应用还面临一些挑战，如成本高、生产工艺复杂等问题。
纤维增强陶瓷基复合材料的制备及其发展和应用
纤维增强陶瓷基复合材料的应用和发展科学技术的发展对材料提出了越来越高的要求,陶瓷基复合材料由于在破坏过程中表现出非脆性断裂特性,具有高可靠性,在新能源、国防军工、航空航天、交通运输等领域具有广阔的应用前景。
连续纤维增强复合材料是以连续长纤维为增强材料，金属、陶瓷等为基体材料制备而成。
金属基复合材料是以陶瓷等为增强材料，金属、轻合金等为基体材料而制备的。
从20世纪60年代起各国都相继对金属基复合材料开展了大量的研究，因其具有高比强度、高比模量和低热膨胀系数等特点而被应用于航天航空及汽车工业。
陶瓷材料具有熔点高、密度低、耐腐蚀、抗氧化和抗烧蚀等优异性能，被广泛用于航天航空、军事工业等特殊领域。
但是陶瓷材料的脆性大、塑韧性差导致了其在使用过程中可靠性差，制约了它的应用范围。
而纤维增强陶瓷基复合材料方面克服了陶瓷材料脆性断裂的缺点，另一方面保持了陶瓷本身的优点。
一：陶瓷基复合材料的基本介绍陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料。
陶瓷基体可为氮化硅、碳化硅等高温结构陶瓷。
这些先进陶瓷具有耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性能，而其致命的弱点是具有脆性，处于应力状态时，会产生裂纹，甚至断裂导致材料失效。
而采用高强度、高弹性的纤维与基体复合，则是提高陶瓷韧性和可靠性的一个有效的方法。
纤维能阻止裂纹的扩展，从而得到有优良韧性的纤维增强陶瓷基复合材料。
陶瓷基复合材料具有优异的耐高温性能，主要用作高温及耐磨制品。
其最高使用温度主要取决于基体特征。
陶瓷基复合材料已实用化或即将实用化的领域有刀具、滑动构件、发动机制件、能源构件等。
法国已将长纤维增强碳化硅复合材料应用于制造高速列车的制动件，显示出优异的摩擦磨损特性，取得满意的使用效果。
二：纤维增强陶瓷基复合材料的主要种类虽然用于纤维增强陶瓷基复合材料的纤维种类较多．但迄今为止，能够真正实用的纤维种类并不多一现简要介绍如下：第一类为氧化铝系列(包括莫来石)纤维一这类纤维的高温抗氧化性能优良，有可能用于14000C以上的高温环境．但目前作为FRCMCs的增强材料主要存在以下两个问题：一是高温下晶体相变、晶粒粗化以及玻璃相的蠕变导致纤维的高温强度下降；二是在高温成型和使用过程中，氧化物纤维易与陶瓷基体(尤其足氧化物陶瓷)形成强结合的界面，导致FRCMCs的脆性破坏，丧失了纤维的补强增韧作用。
碳纤维_论文
碳纤维在航空航天中的应用摘要:碳纤维就是纤维状的碳，由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。
碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。
本文将针对碳纤维的结构、性能、制备方法及其在航空航天中的应用介绍。
引言20世纪纳米科技取得了重大发展，而纳米材料是纳米技术的基础，碳纤维是一种比强度比钢大，比重比铝轻的材料，它在力学，电学，热学等方面有许多特殊性能，碳纤维的强度比玻璃钢的强度高；同时它还具有优异的导电、抗磁化、耐高温和耐化学侵蚀的性能，被认为是综合性能最好的先进材料，因此它在各个领域中的应用推广非常迅速。
在近代工业中，特别是在航空航天中起着十分重要的作用。
1.碳纤维的概念碳纤维就是纤维状的碳，由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。
它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。
与传统的玻璃纤维(GF)相比，杨氏模量是其3 倍多；它与凯芙拉纤维(KF-49)相比，不仅杨氏模量是其2倍左右，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。
有学者在1981年将PAN基CF浸泡在强碱NaOH溶液中，时间已过去30多年，它至今仍保持纤维形态。
2.碳纤维的结构碳纤维的结构决定于原丝结构和炭化工艺。
对有机纤维进行预氧化、炭化等工艺处理，除去有机纤维中碳以外的元素，形成聚合多环芳香族平面结构。
在碳纤维形成过程中，随着原丝的不同，质量损失可达10~80％，形成了各种微小的缺陷。
但无论用哪种材料，高模量的碳纤维中的碳分子平面总是沿纤维轴平行的取向。
用x一射线、电子衍射和电子显微镜研究发现，真实的碳纤维结构并不是理想的石墨点阵结构。
碳纤维呈现乱层石墨结构。
在乱层石墨结构中，石墨层片仍是最基本结构单元，一般由数张到数十张层片组成石墨微晶，这是碳纤维的二级结构单元。
层片之间的距离叫面间距d，由石墨微晶再组成原纤维，其直径为50nm左右，长度为数百nm，这是纤维的三级结构单元。
连续纤维增强陶瓷基复合材料国外应用研究进展
图 6 C/ SiC 复合材料燃烧室 Fig. 6 C/ SiC composites combustor 此外 ,SEP 公司利用 CV I 技术制备出不同推力 (5～6000N) 的远地点卫星姿轨控发动机推力室 ,材料体系为 C/ SiC 和 SiC/ SiC。C/ SiC 推力室在 0. 8M Pa 和 1. 2MPa 的室压下进行了考 核 ,寿命达到了 1000～2800s ,最高壁温达到 1450～1700 ℃。5N 推力的 SiC/ SiC 推力室分别在 0. 8M Pa 和 1. 0MPa 的室压下进 行了考核 ,最高壁温达到 1550～1600 ℃,寿命达到了 50h[9] 。 德国 DASA 大力发展渗硅反应烧结技术制备 C/ SiC 复合 材料构件 ,在纤维预制件制作方面大力发展缠绕技术[10] 。该技 术可快速 、低成本 、净成型制得几乎完全致密的 C/ SiC 复合材 料 ,其模量为 90～250 GPa ,拉伸强度为 140～350MPa ,热膨胀 系数为 (3. 5～6. 5) ×10 - 6 / K ,热导率为 5～135W/ ( m ·K) ,使 用温度高于 1700 ℃。DASA 采用渗硅反应烧结技术制备出多 种规格液体和固体火箭发动机 C/ SiC 复合材料推力室 。其中 , 10N 双组元卫星发动机推力室 (图 7) 经 400 个热循环试车考核 后 (累积工作时间 50h) ,无明显的热老化和热腐蚀现象 。
图 3 C/ SiC 复合材料液体火箭发动机推力室 Fig. 3 C/ SiC composites thruster in liquid rocket 美国 Fiber Materials Inc. 公司制备出固体导弹姿轨控火箭 发动机用 C/ SiC 复合材料推力室 (图 4) [7] 。此推力室采用 PIP 工艺制备而成 ,材料密度为 2. 0g/ cm3 ,喉部直径为5. 08mm ,壁 厚不足 1. 5mm 。点火试车时固体推进剂火焰温度达到 2038 ℃, 最大工 作 压 力 达 到 17M Pa , 平 均 工 作 压 力 为 4. 6M Pa 。完 成 8. 11s试车考核后 ,推力室喉部直径变化仅为1. 5 %。
陶瓷基复合材料的研究进展及其在航空发动机上的应用
陶瓷基复合材料的研究进展及其在航空发动机上的应用摘要：综述了陶瓷基复合材料(CMCs) 的研究进展。
就CMCs的增韧机理、制备工艺和其在航空发动机上的应用进展作了详细介绍。
阐述了CMCs研究和应用中存在的问题。
最后，指出了CMCs的发展目标和方向。
关键词：陶瓷基复合材料；航空发动机；增韧机理；制备工艺The Research Development of Ceramic Matrix Compositesand Its Application on AeroengineAbstract: The development and research status of ceramic matrix composites were reviewed in this paper. The main topics include the toughening mechanisms, the preparation progress and the application on aeroengine were introduced comprehensively. Also, the problems in the research and application of CMCs were presented. Finally, the future research aims and directions were proposed.Keywords: Ceramic matrix composites, Aeroengine, Fiber toughening,Preparation progress1 引言推重比作为发动机的核心参数，其直接影响发动机的性能，进而直接影响飞机的各项性能指标。
高推重比航空发动机是发展新一代战斗机的基础，提高发动机的工作温度和降低结构重量是提高推重比的有效途径[1]。
现有推重比10一级的发动机涡轮进口温度达到了1500~1700℃，如M88-2型发动机涡轮进口温度达到1577℃，F119型发动机涡轮进口温度达到1700℃左右，而推重比15~20一级发动机涡轮进口温度将达到1800~2100℃，这远远超过了发动机中高温合金材料的熔点温度。
陶瓷基复合材料在火箭发动机上的应用
陶瓷基复合材料在火箭发动机上的应用陶瓷基复合材料是一种具有高温、高强度和高耐磨性能的先进材料，因此在火箭发动机领域具有广泛的应用前景。
本文将以从简到繁的方式，深入探讨陶瓷基复合材料在火箭发动机上的应用，并分享个人对此主题的观点和理解。
1. 介绍陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料是由陶瓷基体和增强材料（如碳纤维、陶瓷纤维等）组成的复合材料。
相较于传统金属材料，陶瓷基复合材料具有更高的耐热性、耐磨性和抗氧化性能。
这使得它们成为理想的用于火箭发动机的结构材料。
2. 陶瓷基复合材料的应用2.1 燃烧室和喷管衬里陶瓷基复合材料能够承受极高的温度和压力，在火箭发动机的燃烧室和喷管衬里中发挥重要作用。
它们能够有效地隔离高温气体和推进剂，提供卓越的抗热和抗磨损性能，延长了发动机的使用寿命。
2.2 气门和轴承火箭发动机的气门和轴承处于高温、高压和高速运转的环境下，因此需要材料具备出色的热稳定性和机械性能。
陶瓷基复合材料能够满足这些要求，并且通过减少摩擦和磨损，提高了发动机的效率和可靠性。
2.3 燃料喷嘴陶瓷基复合材料还可以用于制造火箭发动机的燃料喷嘴。
燃料喷嘴处于高温高压的工作环境下，需要具备优异的耐热和耐腐蚀性能。
陶瓷基复合材料的应用可以显著提高喷嘴的寿命和性能。
3. 个人观点和理解陶瓷基复合材料的应用在火箭发动机领域具有巨大的潜力。
它们不仅能够提高发动机的性能和可靠性，还能够降低发动机的重量，提升整个火箭系统的效率。
然而，陶瓷基复合材料的制造成本较高，并且在应用过程中需要注意其脆性和易损性。
在实际应用中需要平衡成本和性能之间的关系，寻求合适的应用方式和工艺。
4. 总结与展望陶瓷基复合材料在火箭发动机上的应用为我们带来了许多机遇和挑战。
通过提供高温、高强度和高耐磨性能，它们能够提高火箭发动机的性能和可靠性。
然而，制造成本和工艺控制仍然是需要解决的问题。
未来，我们可以继续研究和优化陶瓷基复合材料的制备工艺，以提高其性能和降低成本，进一步推动其在火箭发动机领域的应用。
陶瓷基复合材料在欧美军民用航空发动机上的发展
陶瓷基复合材料在欧美军民用航空发动机上的发展作者：姚改成郭双全黄璇璇刘俊伶张良成叶勇松来源：《航空维修与工程》2018年第10期摘要：陶瓷基復合材料作为航空发动机候选材料之一，具有广泛的应用前景，本文主要概述了陶瓷基复合材料在欧美军民用航空发动机尾喷口、燃烧室和涡轮等热端部件方面的发展和应用。
关键词：陶瓷基复合材料;航空发动机;尾喷口;燃烧室;涡轮0 引言陶瓷基复合材料（CMC）作为一种轻质、高性能的结构复合材料在高温领域应用广泛，优异的高温性能使其可替代高温合金材料成为在航空发动机上特别是在航空发动机核心机上使用的候选材料之一。
国外在陶瓷基复合材料构件的研究与应用方面，基于先易后难、先低温后高温、先静子后转子的层层递进的发展思路，充分利用现有的成熟发动机进行考核验证。
首先发展中温（700℃～1000℃）和中等载荷（低于120MPa）的静子件，如尾喷口调节片和密封片;再发展高温（1000℃～1300℃）中等静子件，如火焰筒、火焰稳定器、涡轮导向叶片和涡轮外环等;而更高载荷（高于120MPa）的静子件或转子件，如高压涡轮转子和静子，现已在研究和试验阶段[1]。
本文主要就CMC在欧美军民用航空发动机上的发展做一概述。
1 CMC在军用发动机上的发展1.1 CMC在尾喷口上的发展20世纪70年代，碳/碳（ C/C）复合材料作为高温复合材料在航天发动机上首次使用。
随后，由于化学气相渗透（CVI）制备工艺的出现，C/C复合材料在飞机刹车盘上获得成功应用[2]。
20世纪80年代，CMC作为高温热防护材料在航天飞机的热防护系统上首次使用。
随后，法国斯奈克玛公司开展了CMC在航空发动机尾喷口部件的应用研究[3]，先后研制出C/SiC （ Sepcarbinox262）和SiC/SiC（ Sepcarbinox 300），并分别在M88-2尾喷口的外调节片和内调节片上进行试车考核。
其中，Sepcarbinox262复合材料强度较高，强度从室温到700℃可以保持在250MPa左右，相比镍基高温合金减重30%。
纤维增强复合材料在航空中的应用
纤维增强复合材料在航空中的应用航空航天领域纤维增强复合材料在飞机上的应用很早可以追溯到30年前，美国海军F-14和空军F-15战斗机尾翼部分采用硼纤维环氧树脂材料。
在这之后，人们发现了碳纤维复合材料的优异性能，开始逐渐应用在军队及运输机上。
碳纤维复合材料首次被应用在飞机上，主要是一些二级结构，包括整流罩、控制仪表盘和小的机舱门。
但随着工艺技术的进步，碳纤维复合材料也逐渐被用于机翼、机身等其它部分。
航天工业之所以选择使用碳纤维复合材料，不仅是因为这种材料能够减轻机身重量，同时其具备耐腐蚀、抗疲劳等优良特性。
但是与传统金属材料相比，碳纤维复合材料由于成本过高仍然未被广泛应用。
陶瓷基材料在航空发动机中的应用
陶瓷基复合材料（CMC）由于其本身耐温高、密度低的优势，在航空发动机上的应用呈现出从低温向高温、从冷端向热端部件、从静子向转子的发展趋势。
CMC材料具有耐温高、密度低、类似金属的断裂行为、对裂纹不敏感、不发生灾难性损毁等优异性能，有望取代高温合金满足热端部件在更高温度环境下的使用，不仅有利于大幅减重，而且还可以节约甚至无须冷气，从而提高总压比，实现在高温合金耐温基础上进一步提升工作温度400～500℃，结构减重50%～70%，成为航空发动机升级换代的关键热结构用材。
主要应用位置：短期目标为尾喷管、火焰稳定器、涡轮罩环等；中期目标是应用在低压涡轮叶片、燃烧室、内锥体等；远期目标锁定在高压涡轮叶片、高压压气机和导向叶片等应用。
陶瓷基复合材料在飞机上的应用
陶瓷基复合材料在飞机上的应用答案：陶瓷基复合材料在飞机上的应用非常广泛，主要涉及航空航天领域，包括飞机发动机、航天飞机等。
陶瓷基复合材料（CMC）以其优异的耐高温性能、高强度、硬度大、耐磨、抗高温蠕变、低热导率、低热膨胀系数、耐化学腐蚀等特点，在航空领域得到了广泛应用。
例如，美国NASA在航天飞机上采用了碳化硅陶瓷基复合材料制造燃料泵的泵壳，显著提高了耐高温性能和使用寿命。
波音公司也成功地将陶瓷基复合材料应用于飞机发动机的制造中，有效提升了发动机的性能和可靠性。
此外，陶瓷基复合材料还用于制造航天飞机的鼻锥、机翼前缘及其他高温部件，以及飞机上的制动器，显著减轻了飞机的重量。
为了防止氧化，可采用涂层陶瓷对航天飞机上的CMC施加保护或用浸喷法使CMC防氧化寿命大大提高。
在航空发动机方面，陶瓷基复合材料具有巨大的应用潜力。
它们能够承受1000°～1500℃的高温，且结构耐久性更好。
CMC的固有断裂韧性和损伤容限高，适用于燃气涡轮发动机热端部件，能在较高的涡轮进口温度和较少的冷却空气下运行，显著改善发动机效率和耗油率。
目前，陶瓷基复合材料在航空发动机中的应用主要集中在发动机燃烧室及内衬、涡轮外环、涡轮转子叶片、导向叶片、喷管鱼鳞片、加力燃烧室等热端部件。
其中，CMC高压涡轮转子叶片的研制代表了当前CMC技术发展与应用的最高水平。
国外在陶瓷基复合材料在航空发动机上的研究时间较长，成果较多。
美、俄、英等国投入巨大人力物力，力争占领以SiC/SiC复合材料为代表的先进武器装备材料技术制高点。
例如，美国航空航天局（NASA）在“超高效发动机技术”（UEET）项目下，开发了能承受涡轮进口温度1649℃的CMC发动机热端结构，冷却需求量比同类高温合金部件减少15%～25%。
这表明CMC在航空发动机热端部件的应用取得了新突破，展现了其在未来军民用航空发动机的广泛应用前景。
纤维增强复合材料在航空航天领域中的应用研究
纤维增强复合材料在航空航天领域中的应用研究近年来，纤维增强复合材料在航空航天领域中的应用越来越受到重视。
以其轻质、高强度、高刚度和耐腐蚀等独特特性，它在飞行器巨大的气动荷载、复杂的工作环境和长期的使用寿命要求下展现了优势，逐渐取代了传统的金属材料，成为未来飞行器领域的关键材料。
首先，纤维增强复合材料在飞行器结构中的应用引发了深刻的革新。
与传统的金属结构相比，复合材料具有更高的比强度和比刚度，能够更好地抵御飞行器在飞行过程中所面临的各种气动荷载和外界环境的侵蚀。
同时，纤维增强复合材料还能够自由设计结构，实现各种复杂的弯曲、弯扭、曲率等形状，为飞行器设计提供了更大的自由度。
其次，纤维增强复合材料在航空航天领域中也广泛应用于飞行器的外壳和机身结构。
相比金属，纤维增强复合材料在重量上具有巨大的优势，能够大幅度减轻飞行器的整体重量，从而提高燃料效率和续航能力。
此外，与金属相比，纤维增强复合材料的腐蚀性也更小，能够更好地抵抗恶劣的天气条件和长时间的暴露，延长飞行器的使用寿命。
此外，纤维增强复合材料在航空航天领域中还有着广泛的应用前景。
例如，炭纤维增强复合材料在卫星结构中的应用已经成为一个新的热点。
卫星作为太空探索和通讯的重要工具，对结构性能和重量要求非常高。
炭纤维增强复合材料以其卓越的力学性能和轻量化特性，非常适合用于卫星的结构制造。
此外，纳米增强复合材料的研究也为航空航天领域的性能提升提供了新思路。
然而，纤维增强复合材料在航空航天领域中的应用也面临一些挑战。
首先，复杂的生产制造过程需要高度技术储备和成本投入。
纤维增强复合材料的制造需要多道工序，包括纤维预浸料的制备、层压成型、热固化等。
这些复杂的工艺要求高度的自动化和控制技术，以确保产品的质量和性能。
其次，纤维增强复合材料在使用过程中的检测和维修也是一个难题。
由于纤维增强复合材料的结构复杂，传统的检测方法往往难以实现全面检测。
此外，一旦发生损伤，纤维增强复合材料的维修也面临着诸多技术和经济问题。
陶瓷基复合材料在航空发动机中的应用和发展
陶瓷基复合材料在航空发动机中的应用和发展发布时间：2022-10-24T06:34:49.845Z 来源：《科学与技术》2022年第6月第12期作者：李晨霏，李彤，周涛，张来，[导读] 陶瓷基复合材料由连续纤维增韧补强陶瓷基体李晨霏，李彤，周涛，张来，沈阳航空航天大学，民用航空学院摘要陶瓷基复合材料由连续纤维增韧补强陶瓷基体，具有耐高温、低密度、高比强、高比摸、抗氧化等优异特性。
是航空航天领域战略性热结构材料可显著提高航空发动机热结构件的使用温度减轻结构重量从而提高推重比，被视为取代高温合金、实现减重增效“升级换代材料”之首选。
本文介绍了陶瓷基复合材料的基本概况，同时分析讨论陶瓷基复合材料在航空发动机上的应用，探讨了陶瓷基复合材料在航空发动机领域的研究发展趋势。
关键词：陶瓷基复合材料；应用；航空发动机；关键问题；SiC/SiC复合材料；作为飞机的心脏，发动机的性能会直接影响飞机性能的各项指标，而最能体现发动机性能的参数之一就是推重比[[[]文生琼,何爱杰.陶瓷基复合材料在航空发动机热端部件上的应用[J].航空制造技术,2009(S1):4-7.]]。
近半个世纪以来航空发动机技术，尤其是燃烧室技术的进步，发动机的推重比得到了显著提高，飞机的性能因此得以大幅提升。
随着终端用户对飞行航程和速度要求的不断提高，导致发动机的增压比、涡轮前温度、燃烧室温度以及转速也必须不断提升。
就材料而言，当前高效航空发动机喷射出高热气体——足以达到传统钛合金、镍基高温合金使用温度的极限，现有合金材料方案无法完全满足下一代先进发动机设计对耐热的需求，在实际应用中，不得不对高温部件采取气冷以及热障涂层防护等措施。
不仅增添了加工难度，且研制和维护费用也随之提高。
目前，耐高温性能较好的陶瓷基复合材料技术已成为航空发动机制造的一个发展趋势。
如何运用陶瓷基复合材料（CMC）提高航空发动机的结构效率并降低成本，是航空发动机制造面临的主要技术难题之一。
【行业动态】投入超过15亿美元，新材料在GE航空发动机上应用提升
【行业动态】投入超过15亿美元，新材料在GE航空发动机上应用提升导读：在过去十年中，GE公司已经花费了超过15亿美元在陶瓷基复合材料的应用和批产攻关上，期望在以后进一步扩大新材料在航空发动机上的应用。
你可以把它认为是拿全部家当做筹码的豪赌。
但是，当美国通用电气GE航空事业部的官员谈论对新技术的大量投资时，他们更喜欢将其称之为一种经过考量且有必要的风险。
据GE公司统计，在过去十年中，它已经花费了超过15亿美元，将一系列用陶瓷材料制成的航空零部件投入市场。
它必须快速交付成果，因为近2年来，它与法国赛峰集团合作的LEAP系列商用发动机已经开始陆续的进入市场服役，自家的GE 9X发动机也正在进行测试，即将在2018年获得适航认证，因此GE航空希望确保这些新技术能够更多的应用在这些航空发动机上，带来效益。
CMC材料制成的涡轮导叶由陶瓷基复合材料（CMC，ceramic matrix composites）制成的航空发动机零部件重量只有金属合金制成件重量的三分之一。
它们允许燃气轮机和航空发动机运行在更高的温度，因为它们更耐高温，这使得装配这些新材料部件的发动机效率更高，并有助于降低飞机的整体重量。
俄亥俄埃汶代尔(Evendale)的CMC Fastworks实验室经理Chris Connor表示：“如果您从历史的角度看，将新材料系统的引入航空发动机需要很长的时间，大约是10~20年。
而我们做这件事已经好几年了，我们希望在未来，陶瓷矩阵复合材料能更多的应用在现有型号和新型号上。
”如果GE公司在这些新材料技术上能够真正的突破，飞机制造商将愿意提供数十亿美金的订单，因为航空公司对提高燃料效率非常渴望，即使是在油价较为低迷的今天。
截至2017年3月底，GE航空及合资伙伴已经售出了超过12,200台LEAP发动机，这些发动机都带有由陶瓷基复合材料制成的零部件。
GE公司对航空事业部的研究非常重视，在所有的GE事业部和子公司中，航空占公司研发支出的最大份额，2015年达到了近53亿美元。
连续纤维补强陶瓷基复合材料概述
连续纤维补强陶瓷基复合材料概述摘要：八十年代以来，连续纤维补强陶瓷基复合材料材料以其优异的性能特别是高韧性、高强度得到世界各国的高度重视，并取得了令人瞩目的发展。
连续纤维补强陶瓷基复合材料开始在航空航天、国防等领域得到应用。
本文介绍连续纤维补强陶瓷基复合材料（FRCMC）的选材要求及其分类，通过分析连续纤维补强陶瓷基复合材料失效过程，阐述FRCMC的增韧机理。
介绍制备连续纤维补强陶瓷基复合材料的方法，并指出各种方法的优缺点。
关键词：纤维，FRCMC，增韧机理，制备方法作为结构材料，陶瓷具有耐高温能力强、抗氧化能力强、硬度大、耐化学腐蚀等优点，缺点是呈脆性，不能承受剧烈的机械冲击和热冲击，因而严重影响了他的实际应用，为此人们采用连续纤维增韧的方法来改进其特性，将耐高温的植物纤维植入陶瓷基体中形成了一种高性能的符合材料进，即连续纤维增强陶瓷基复合材料( Continuous Fiber Reinforced Ceramic Matrix Composites，简称FRCMC)。
20世纪70年代初，J Aveston在连续纤维增强聚合物基复合材料和纤维增强金属基复合材料研究基础上，首次提出纤维增强，陶瓷基复合材料的概念，为高性能陶瓷的研究与开发开辟了一个方向。
随着纤维制备技术和其它相关技术的进步，人们逐步开发出制备这类材料的有效方法，使得纤维增强陶瓷基复合材料的制备技术日渐成熟。
20多年来，世界各国特别是欧美日等对纤维增强陶瓷基复合材料的制备工艺和增强理论进行了大量的研究，取得了许多重要的成果，有的已经达到实用化水平。
如法国生产的“Cerasep”可作为“Rafale”战斗机的喷气发动机和“Hermes”航天飞机的部件和内燃机的部件；SiO2纤维增强SiO2复合材料已作为“哥伦比亚号”和“挑战者号”航天飞机的隔热瓦。
由于纤维增强陶瓷基复合材料有着优异的耐高温性能、高韧性、高比强、高比模以及热稳定性好等优点，能有效地克服对裂纹和热震的敏感性，因此，在重复使用的热防护领域有着重要的应用和广泛的市场。
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颖结构应该占贡献的７０％。 先进航空燃气涡轮发动机高温部
件的工作温度很高，大大超出目前高 温合金的安全使用范围，因而在实际 应用中，对高温部件不得不采用各种 高效气冷结构以及先进热障涂层等措 施。但是，采用气冷结构，一方面减 少了较多的燃烧空气，降低了发动机 的燃烧效率；另一方面，使部件结构 设计复杂化，不仅增加了设计、加工 的难度，而且也增加了研制和使用费 用。由于陶瓷基复合材料（特别是纤 维增强陶瓷基复合材料）具有极好的 高温稳定性和较好的力学性能，而成 为航空发动机设计与制造商所青睐的 未来高性能航空燃气涡轮发动机高温 部件（如燃烧室火焰筒、涡轮工作叶
虽然纤维增强陶瓷基复合材料的 研究已经取得了很大的进展，但是在 航空发动机上广泛地应用，还需要解 决以下问题。
（１）由于纤维增强陶瓷基复合材 料的结构强度具有很大的随机性，因 此，作为航空燃气涡轮发动机的高温 部件不能采用常规金属部件惯用的确 定性设计方法（即安全系数法），必 须采用概率设计方法，且需要进行可 靠性分析。这些方法还需要进行开 发、验证和改进。
（３）具有较高的氧化稳定性。纤 维增强陶瓷基复合材料高温部件可以
不使用昂贵且沉重的隔热涂层或氧化 保护涂层，从而大大简化加工工艺， 降低研制和使用费用。
（４）相对单相陶瓷而言，陶瓷基 复合材料的应变容限大大提高。例 如，采用化学气相浸渍等工艺研制的 ＳｉＣ／ＳｉＣ材料应变量为单，Ｗｓｉｃ的ｌ ０ 倍。这不仅有利于部件的加工，而且 还可以在材料破坏之前检测出性能的 恶化，从而提高对寿命预测的可靠 性。 ２问题
上。首先，对试样进行了低循环疲劳 基复合材料调节片加上前后的物理特
试验验证。这些试验是在比实际发 性见表１。前６个调节片分别在ＰＷ公
动机工作环境更苛刻的环境（从标准 司西棕榈滩海平面试验台和阿诺德工
空气条件至｜』 ９０％蒸气条 件）下完成 的。在确定纤
羹霎莩害翥
表１ 陶瓷基复合材料采样平板和密封片／调节片的物理特性
片、涡轮导向叶片和喷管调节片等） 的重要候选材料，并得到迅速发展。
纤维增强陶瓷基复合材料 的优势与问题
作为结构材料，陶瓷具有耐高温 能力强、抗氧化能力强、抗高温蠕变 性好、硬度大、耐磨损、线性膨胀系 数小、耐化学腐蚀等优点，缺点是塑 性变形能力差（呈现脆性），不能承 受剧烈的机械冲击和热冲击，因而严 重影响了它的实际应用。为此，除了 采用控制晶粒和相变韧化方法进行改 进外，人们通过采用连续纤维增韧方 法改进其特性，进而研发出连续纤维 增强陶瓷基复合材料。该种材料采用 碳或陶瓷等纤维进行增强，使陶瓷基
（４）纤维增强陶瓷基复合材料部 件的研制成本较高。
纤维增强陶瓷基复合材料在 航空燃气涡轮发动机上的
应用研究现状
２ ０世纪８ ０年代以来，法国的 ＳＮＥＣＭＡ和美国的ＧＥＡＥ、ＰＷ等发 动机设计与制造商、Ｈ本政府与其发 动机设计与制造商，研究并试验验证
了陶瓷基复合材料航空燃气涡轮发动 机高温部件上的应用，尝试应用或已 经应用到Ｆ１００－ＰＷ－２２９等第３代改 进型战斗机发动机上，以及Ｍ８８—２、 Ｆ１１９等第４代战斗机发动机，未来超 高涵道比发动机和高推重比战斗机发 动机上。 １法国ＳＮＥＣＭＡ公司
材料 Ａ４１０平板（数据库） Ａｓｏｏ甲板ｃ数据库，
纤繁积 ／（０烹呻 ≥萋
３４
２．３１
１３．ｏ
ａ。
ｚ．。ａ
－ｏ－。
喷管调节片 Ａ４１０ ｃＴ调节片
３４
２·１５
１７－ｏ
应用于Ｆ１００ 一ＰＷ ２２９发
Ａ４１０ ＶＴ调节片
３４
Ａ５００ ＣＴ调节片４４
２．１３ ２．０３
１８．０ １２．３
动机的可行 性后，先后加 工了８个喷管
煮这些黧调薹节名片
分别是：２个
Ａ５００ ＰＹＢＢＮ调节片
４４
２．０５
１２．０
表２陶瓷基复合材料密封片／调节片在发动机上试验时数总结
密蝴姚种类
嚣黧麓咒驾袭篇 瑁卅、戥 叫戥“１ “““１
Ａ４１０ ＣＴｉ闶节Ｐｆ（１）为全寿命４８５１
１２９４·９
９７·６
ＣＥＲＡＳＥＰＲ Ａ４１０ ＶＴ调节片（２）为全寿命４６２３
２０世纪９０年代，为了解决上一 代陶瓷／纤维、碳中间相出现的由氧 化损伤所造成的寿命较短的问题， ＳＮＥＣＭＡ公司开发了采用自密封基 体技术的新一代陶瓷基复合材
２００６年第３期－航牵制造技术４１
万方数据
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图１ Ｍ８８－２发动机陶瓷基 复合材料喷管外调节片
料－ＳＥＰＣＡＲＢＩＮＯＸＲ Ａ５００和 ＣＥＲＡＳＥＰＲ Ａ４１０。自密封技术的基 本内涵是在微裂纹中消耗一部分进入 的氧气，以便防止氧气进入碳纤维基 体界面。ＣＥＲＡＳＥＰＲ Ａ４１ ０和 ＳＥＰＣＡＲＢＩＮＯＸＲ Ａ５００基体相同， 都是由化学蒸发渗透工艺沉积的碳和 按特定顺序排列的Ｓｉ，Ｃ，Ｂ系统构 成，功用是通过在给定温度下由碳化 物层气化造成玻璃体形成，从而密封 微裂纹；而纤维有所不同，前者采用 平面多层增强的Ｈｉ ＮｉｃａｌｏｎＴＭ纤 维，而后者采用碳纤维。这样，这２ 种材料的抗疲劳强度羽Ｉ寿命都明显提 高（图３）。目前，在Ｍ８８－２Ｅ４研制型 发动机上，ＳＮＥＣＭＡ公司已经成功 地完成了ＣＥＲＡＳＥＰＲ Ａ４１０复合材
￡ＱｙＥＲ
Ｃ＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝ｊ 固定剖面密封片设计
岳＝＝芝＝＝＝＝！＝＝≈ 可变剖面密封片设计
Ｐ１００－ＰＷ－２２９发动机陶 瓷基复合材料喷管密封片ＰＹＢＢＮ Ａ５００陶瓷基复合材料调节片
图４ ＳＮＥＣＭＡ公司与ＰＷ公司合作研制的陶瓷基复合材料调节片
验，其中，在Ｆ１００一ＰＷ一２２９发动机 上完成了８７％的试验，在Ｆ１００一ＰＷ一 ２２０发动机上完成了１３％的试验。试 验表明，所有这些试验的密封片都满 足了其所替代的金属密封片的４６００ 个总加速循环寿命的要求，且没有出 现分层问题（表２）。其中２个密封片 的试验时数大大超出这一水平，试验 时间最长的１个达至１Ｊ６５８２个总加速循 环。
梁春华： 高级工程师，从事航空发动机情报研究 工作１５年，获部级科技成果奖３项，所 级科技成果进步奖１ ５项，发表论文２５ 篇
随着气动热力学、结构力学和材 料科学等的飞速发展，较高的性能、 良好的经济性、极好的环保特性和很 高的可靠性已经成为运输机涡轮发动 机研制的主要目标，而“突出的性能 （特别是高推重比）、较低的油耗、较 少的信号特征、极高的可靠性”则已 经成为战斗机涡轮发动机研制的主要 目标。研究表明，在不改变目前发动 机结构布局的前提下，要取得上述目 标的突破，创新的材料及其相应的新
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纤维增强陶瓷基复合材料 在国外航空发动机上的应用
沈阳发动机设计研究所梁春华
由于纤维增强陶瓷基复合材料具有优异的高温性能和较 好的韧性，法国、美国等航空发动机技术先进国家大量 开展了将其应用于航空燃气涡轮发动机高温部件的研究， 并已经少量实际应用到现役的和在研的发动机上。相信 随着研究的深入和技术的成熟，纤维增强陶瓷基复合材 料将陆续应用到先进的第４代战斗机改进型发动机上， 并最终成为第４代战斗机发动机和未来高性能航空燃气 涡轮发动机高温部件的关键技术
由于陶瓷基复合材料能够使航空 燃气涡轮发动机喷管部件的质量减 轻、高温耐久性提高，ＳＮＥＣＭＡ公 司于２０世纪８０年代初，就尝试在Ｍ８８ 发动机上应用陶瓷基复合材料的喷管 内调节片。当时，虽然陶瓷基复合材 料喷管调节片较高温合金调节片的价 格高且寿命短，但是考虑到其发展潜 力很大，ＳＮＥＣＭＡ公司还是进行了 大量的研究和试验。２０世纪８０年代， ＳＮＥＣＭＡ公司和ＳＥＰ公司合作开发 了碳化硅纤维增强的碳化硅陶瓷基复 合材料ＣＥＲＡＳＥＰＲ Ａ３００系列和碳 纤维增强的碳化硅陶瓷基复合材料 ＳＥＰＣＡＲＢＩＮＯＸＲ Ａ２６２。中等温度 的寿命为１００ｈ的碳纤维增强碳化硅 陶瓷基复合材料ＳＰＥ ＣＡＲＢＩＮＯＸ Ａ２６２，包括碳纤维多层增强层、高温 碳中间相、碳化硅化学气相渗透基 体，并采用改进的精细处理技术，提 高了抗氧化特性。该材料的特点是非 脆性、室温失效强度为２５０ＭＰａ、在 低于９７３Ｋ的温度条件下寿命较长。 ＳＮＥＣＭＡ公司于１９９６年将该材料成 功地应用在Ｍ８８－２发动机喷管外调 节片（图１）上，大大减轻了质量。２００２ 年，ＳＮＥＣＭＡ公司已经验证了其寿 命目标，并开始投入批生产。同时， ＳＮＥＣＭＡ公司也尝试将陶瓷基复合 材料应用到Ｍ８８－２发动机的承受很 高热应力的内调节片上，以提高其使 用寿命，见图２。
目前，世界航空发动机设计与制 造商比较集中地研究和开发了具有抗 氧化能力的纤维增强陶瓷基复合材 料。这种材料具体包括金属丝（或纤 维）增强的、碳纤维增强的、陶瓷纤维 增强的和晶须增强的陶瓷基复合材 料，如碳纤维／碳化硅基（Ｃ／ＳｉＣ）、 碳化硅纤维／碳化硅基（ＳｉＣ／ＳｉＣ）、 碳纤维／氮化硅基（ｃ／ｓｉ。Ｎ。）、碳纤 维／氧化铝基（Ｃ／Ａ１，Ｏ，）、碳化硅纤 维／氧化铝基（ＳｉＣ／Ａ１，Ｏ，）等复合 材料。本文重点介绍前２种材料的研 究和发展。 １连续纤维增强陶瓷基复合材料的优
（２）航空燃气涡轮发动机部件工 作在高温氧化环境下，要经受强烈的 热应力，并要承受水汽、氧和燃烧的 固体颗粒的侵蚀。而目前纤维的性能 （如强度、蠕变抗力和热稳定特性等） 大多还不能很好地满足高性能航空燃 气涡轮发动机研制的要求。
（３）航空发动机设计师缺乏纤维 增强陶瓷基复合材料的性能数据和设 计经验，也缺少在特定应用条件下对 其进行预期寿命评估的数据与工具。
程发展巾心的海平面与高空试验舱 中，在Ｆ１００一ＰＷ一２２９和］Ｆ１００～Ｐｗ一
调节片；２个ＳＥＰＣＡＲＢＩＮＯＸＲ ２２０发动机上进行了地面加速任务试
图２高温合金与复合材料喷管调节片的比较 ４２航空制造技术－２００６年第３期
万方数据
图３ Ａ４１ ０陶瓷基复合材料的疲劳寿命
ｓＩＱ８Ｙ．ｉ璧量Ｉ！盟
１３１４．８