先进高温材料

<正>随着航空发动机推重比的提高,急需发展集轻质、高强韧、耐高温、长时间、抗烧蚀于一体的高温结构材料,以满足愈加苛刻的服役环境。金属间化合物、碳/碳复合材料及陶瓷基复合材料,因具有优异的性能而在高推重比航空发动机领域具有巨大的应用潜力,被视为新一代重点发展的革命性高温结构材料。在可靠性、耐久性、工艺性及性能综合平衡基础上优化重量,实现材料与工艺、结构与     

陶瓷基复合材料在航空发动机热端部件应用及热分析研究进展

陶瓷基复合材料(CMC)具有密度低、耐高温的优异特性而被视为新一代航空发动机的战略热结构材料,其制备工艺、性能设计及其在燃烧室和涡轮等热端部件的应用已成为现阶段航空发动机研究领域的热点.然而,由于编织特征导致的各向异性特性,给CMC在热端部件的应用和加工带来巨大挑战.本文总结了有关陶瓷基复合材料在航空发动机热端部件上的...     

陶瓷基复合材料关键技术

<正>陶瓷基复合材料具有高比模量、高比强度以及良好的耐高温耐腐蚀等特点,在航空航天领域具有广阔发展前景,成为未来航空发动机高温部件的重要候选材料,是实现减重增效"升级换代材料"之首选。     

SiC/SiC复合材料及其在航空发动机上的应用

采用新型的陶瓷基复合材料,可以在满足高温使用要求的前提下,大幅度减轻发动机的重量、降低发动机的复杂程度,SiC/SiC复合材料因其优异的抗氧化性能,能够满足航空发动机长时间使用、轻质、耐高温要求而备受关注,成为高推重比发动机的首选材料。     

复合材料与未来航空发动机

未来高性能航空发动机在很大程度上依赖于先进复合材料的发展。本文根据树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料和碳碳复合材料的性能，特别是耐温性，讨论它们在未来航空发动机上的可能应用范围和前景，并概述这些材料的发展现状。     

陶瓷基复合材料及其环境障涂层发展现状研究

陶瓷基复合材料(Ceramic Matrix Composites,CMC)具有耐高温、低密度、抗氧化、抗腐蚀、耐磨损等一系列优越性能,被视为新一代高推重比航空发动机高温部件的首选材料。但CMC在应用环境中存在抗水汽氧化性能不足等问题,需要在环境障涂层(Environmental Barrier Coatings,EBCs)的保护下长期服役。首先介绍了陶瓷基复合材料和环境障涂层的整体发展现状,其次分别对陶瓷基复合材料和环境障涂层进行详细论述;综述了陶瓷基体、纤维、界面层和陶瓷基复合材料的研究进展、应用情况以及近些年国内外学者新的研究成果;同时介绍了环境障涂层的研究进展、制备方法,并综述了其失效机理的研究进展;总结了陶瓷基复合材料和环境障涂层当前存在的问题,并对今后研究工作的重点作出了展望。     

纤维增韧高温陶瓷基复合材料(C_f,SiC_f/SiC)应用研究进展

纤维增韧陶瓷基复合材料除了具有耐高温、高比强度、高比模量、高热导率、低热膨胀系数等一系列优良性能外,还具有基体致密度高、耐热震、抗烧蚀、耐辐照及低放射活性、抗疲劳和抗蠕变等特性,展现了优越的高温热力学和微观组织稳定性,是一种集结构承载和耐苛刻环境的轻质新型复合材料。在空天飞行器的热防护系统、航空发动机、火箭发动机、高性能制动以及先进核能等高温热结构部件上拥有巨大的应用潜力。该类材料的使用可以提高结构的热学性能、力学性能和耐高温性能,减少系统自重和提高系统安全可靠性。针对近年来纤维增韧高温陶瓷基复合材料的研发设计、制备及服役环境对材料性能的影响进行了综述,并对该类材料未来的应用前景进行了展望。     

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。     

先进树脂基复合材料在航空发动机上的应用及研究进展

随着先进树脂基复合材料在航空发动机上用量的增加和应用范围的扩大,航空发动机部件对材料本身的性能要求也越来越高。从不同种类树脂基体方面综述了近些年航空发动机各部件上先进树脂基复合材料的应用和耐高温性能的研究进展情况,提出了未来的可能发展趋势。     

航空发动机陶瓷基复合材料涡轮部件研究进展

陶瓷基复合材料因其密度小、耐高温等优点,成为当前航空发动机涡轮部件材料研究的热点.尽管我国对其制备技术、性能、检测等方面开展的研究较少,但从长远来看,它仍是我国航空发动机制造商和维修服务供应商必须开展研究的方向.因此,本文对这一研究的进展情况进行了较为详细的梳理.     

连续纤维增韧陶瓷基复合材料的发展及在航空发动机上的应用

介绍了连续纤维增韧陶瓷基复合材料的结构组成以及陶瓷基体材料、增强体纤维、界面层的发展情况,概述了连续纤维增韧陶瓷基复合材料在国内外航空发动机热端部件上的应用。从工程运用角度,探讨了连续纤维增韧陶瓷基复合材料工程化运用面临的问题及解决措施。结合我国航空发动机的发展需求及连续纤维增韧陶瓷基复合材料研究、应用现状,提出了加快连续纤维增韧陶瓷基复合材料研究及工程化应用的建议。     

典型涡扇发动机陶瓷基复合材料涡轮叶片概念设计

为了推动先进航空发动机陶瓷基复合材料（CMCs）涡轮叶片设计技术进步,以典型涡扇发动机基准性能参数为原始数据,按照涡轮叶片正向设计流程,从气动设计,到结构设计,再到变形及强度分析,梳理出以材料强度为约束,发动机推力和耗油率为输入值,涡轮叶片叶身模型为结果的概念设计方法。设计了一种陶瓷基复合材料低压涡轮转子叶片,该叶片实心无冷却,设计工况下的气动性能、强度和振动特性仿真结果满足设计要求。安全储备系数可达1.8,涡轮盘外载预估减少50%,验证了陶瓷基复合材料用于先进航空发动机热端部件的可行性。涡轮效率提高0.98%～1.17%表明陶瓷基复合材料具有提升先进航空发动机热端部件性能的潜力。     

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上的应用

碳化硅纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料(SiC/SiC CMC)具有低密度、高强高模、耐高温抗氧化、抗蠕变、抗热冲击、耐腐蚀、材料热膨胀系数小等性能优点,在航空发动机上具有巨大的应用潜力。从碳化硅纤维、制备工艺、界面相和涂层等方面综述了国内外SiC/SiC CMC的发展现状,并基于SiC/SiC CMC的性能特点对其在航空发动机燃烧室火焰筒、混合器、涡轮罩环/静子叶片/转子叶片、喷管调节片等热端部件上的应用情况进行了介绍。     

高温材料研究进展及其在航空发动机上的应用

随着航空发动机推重比的提高,急需发展集轻质、高强韧、耐高温、长时间、抗烧蚀于一体的高温结构材料,如TiAl系和Ni3Al基金属间化合物、Cf/C复合材料、陶瓷、CMC-SiC复合材料等,以满足航空发动机愈加苛刻的工作环境。简要介绍了适用于高推重比航空发动机的高温结构材料的研究进展、成果、应用现状及存在问题,指出了高推重比航空发动机用高温结构材料是今后的研究目标和发展方向。     

碳化硅陶瓷基复合材料的自愈合及结构吸波一体化研究进展

为满足高推重比航空发动机在长时热力氧化环境下的使用需求和航空发动机关键热结构部件的隐身需求,碳化硅陶瓷基复合材料正朝着自愈合抗氧化、兼具承载和吸波性能的结构吸波一体化发展。本文分别介绍了碳化硅陶瓷基复合材料在强韧化、自愈合抗氧化、电磁波吸收三方面的设计原则,综述了在这三方面的研究现状。一种材料同时具有高强度高韧性、自愈合抗氧化和吸收电磁波三方面的性质将是结构功能一体化CMC-SiC未来发展的大趋势。     

航空发动机先进结构与关键制造技术

目前,航空发动机普遍采用轻量化、整体化结构,如整体叶盘、叶环结构,钛合金、镍基高温合金,以及比强度高、比模量大、抗疲劳性能好的树脂基复合材料,耐高温、抗疲劳及蠕变性能好的金属基复合材料等。本文基于国内外发展高推重比发动机的技术需求,对可能采用的新结构、新技术进行阐述和分析。     

无损检测新的机遇与挑战:连续纤维增韧陶瓷基复合材料

陶瓷基复合材料(CMC)是一种重要的超高温材料,具有耐高温、低密度、高比强、高比模、抗氧化和抗烧蚀等优异性能,可以用作发动机高压压气机叶片和机匣、高压与低压涡轮盘及叶片、燃烧室、加力燃烧室、火焰稳定器及排气喷管等发动机热端材料[1-2].然而,在诸多优点显现的同时,其最致命的弱点——脆性阻碍了这一材料的应用.为克服这一缺点,已发展了多种强韧化途径来制备陶瓷基复合材料,目前应用广泛,研究较为热门,并且性能最好的一种是连续纤维增韧陶瓷基复合材料(CFCC).它是以陶瓷材料为基体,以连续纤维作为增强体,通过界面层来调节二者的匹配关系,从而达到兼顾材料的强度和韧性的目的.     

复合材料在航空发动机上的应用

树脂基复合材料在发动机的外涵机匣、静子叶片、转子叶片、包容机匣以及发动机短舱、反推力装置等部件上得到大量应用;金属基复合材料具有优于传统金属材料的比强度、比刚度、耐高温和结构稳定性,在不久的将来将取代镍、钛合金,成为未来航空发动机的主要材料;金属间化合物具有密度低、刚度高、高温强度好和防火能力强等特点,早已被列为先进航空发动机的候选材料     

自愈合碳化硅陶瓷基复合材料研究及应用进展

为了满足高推重比航空发动机长时热力氧化环境的使用需求,连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料正朝自愈合方向发展.本文介绍自愈合碳化硅陶瓷基复合材料的微结构与性能,自愈合与强韧化机理,制造方法和工艺特点及其在航空发动机热端部件的应用情况,表明多元多层微结构形成了"层层设防,就地消灭"的氧化防御体系,是复合材料实现自愈合与强韧化的关键.自愈合碳化硅陶瓷基复合材料能够满足发动机高温服役环境要求,显著降低发动机的结构重量,从而有效提高发动机的推重比.     

涡轮发动机用陶瓷基复合材料涡轮转子研究进展

高性能飞行器对涡轮发动机性能需求不断提升,对涡轮转子的耐温性和轻质化提出了苛刻要求。而目前高温合金涡轮转子性能逼近材料极限,难以满足未来涡轮发动机大幅减重提温的需求,先进陶瓷基复合材料（CMCs）涡轮转子成为必然趋势。介绍了涡轮转子用CMCs复合材料的设计、制备、加工、检测,以及各国在CMCs涡轮转子研制方面的进展,研究表明CMCs涡轮转子在液体火箭发动机、先进航空发动机领域具有巨大优势和应用潜力。当前连续纤维增强CMCs复合材料涡轮转子的耐温性能、抗热冲击性能已初步得到验证,而材料强度和韧性不足是制约CMCs在航空发动机涡轮转子上应用的主要因素,发展高强度、高韧性涡轮转子用CMCs材料成为当前研究热点和未来必然趋势。