商用航空发动机陶瓷基复合材料部件的研发应用及展望

陶瓷基复合材料由连续纤维增韧补强陶瓷基体,具有低密度、高硬度、耐热和耐化学气氛,加之其固有的性能,在广泛的领域,如航空发动机热端结构件、尾喷系统以及内燃机应用中,被视为取代高温合金、实现减重增效"升级换代材料"之首选。     

SiC/SiC复合材料MI工艺制备技术

以碳化硅纤维或其他无机纤维复合陶瓷基体的新型材料兼具纤维与陶瓷的优点,具备高比强度、高比模量、抗氧化、耐烧蚀等优势,是下一代商用航空发动机耐热结构件的理想材料。以连续SiC纤维增韧SiC陶瓷基复合材料为代表的CMC,作为热端部件首选的复合材料,与传统的高温合金相比,其优势在于拥有更低的密度和更高的耐温能力。     

国外航空结构材料发展概况——高性能金属材料

本文分两部分概述国外航空结构材料发展现状与趋势。第一部分介绍高性能金属材料，包括铝合金、铝锂合金、钛合金和高温合金。第二部分介绍先进复合材料，包括树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料。     

航天用超耐热梯度功能材料

梯度功能材料是基于一种全新的材料设计概念合成的新型复合材料。它以金属、陶瓷和塑料等为原材料通过控制材料组成和显微结构的梯度分布来消除传统金属-陶瓷涂层复合材料的宏观界面,使材料性能也呈梯度变化。这种材料由于能够缓和热应力,是未来航天飞机器用的理想耐热、隔热材料。本文着重介绍了梯度功能材料的研究开发背景、设计思想、研究现状和有关合成方法。     

新型航天结构材料的发展

本文概要介绍了国外航天结构材料近期研究情况,并就聚合物和聚合物复合材料、常用高级轻合金、快速固化合金、金属基复合材料、层压材料、陶瓷复合材料等进行了阐述,从而给今后的研究和应用指出了方向。     

先进材料在战斗机发动机上的应用与研究趋势

美国、英国等国家特别重视战斗机发动机材料的发展,通过制订和实施一系列先进材料研究计划,开发和验证轻质高强度材料,为发动机研制提供技术保障.综述各国现役、在研和预研战斗机发动机的材料应用情况,总结树脂基复合材料、钛基复合材料、钛铝金属间化合物、单晶高温合金、粉末高温合金、陶瓷基复合材料、陶瓷热障涂层等材料及其工艺应用趋势.先进材料研究的发展趋势:①向低密度高强度发展,以减轻质量;②向高强度与高耐温能力发展,以提高涡轮进口温度;③向一体化(材料、工艺与结构设计)发展,以实现材料特性与结构的最优组合.     

未来航空发动机材料的发展

本根据未来航空发动机的要求，综述了各种先进材料（第三代单晶合金、双性能高温粉末合金、热障涂层、钛合金及钛铝复合材料、金属基复合材料、陶瓷及其复合材料、高温结构c/c复合材料及聚合物基复合材料等）的性能、特点及应用情况，从而为新材料的选用提供参考，并作为今后进一步论证的起点。     

难加工材料超声辅助切削加工技术

高性能合金(如高温合金、钛合金、高强度钢等)、复合材料、硬脆材料(如光学玻璃、工程陶瓷和功能晶体)等先进材料具有优异的性能,在航空、航天、军工、电子和汽车等领域得到越来越广泛的应用.     

纤维增强SiBN陶瓷基复合材料的制备及性能

为了满足不同马赫数飞行器对透波材料提出的集透波、承载、防热、耐蚀、抗冲击于一体的性能要求,本文开展了不同耐热区间纤维增强陶瓷基复合材料的研究。采用PIP工艺分别制备了氧化铝、莫来石、石英、氮化硅纤维增强SiBN陶瓷基复合材料,并对其介电和力学性能进行了测试与评价。结果发现莫来石纤维增强SiBN陶瓷基复合材料的介电常数和介电损耗分别为4.1~4.2和1.0×10-2~9.7×10-3,抗弯、拉伸、压缩强度分别为95.12、34.95和80.92 MPa,具有最佳的综合性能。     

航空材料数据的管理与应用

飞机及发动机对航空材料提出挑战性的要求,设计师要在避免风险的同时充分利用合金、复合材料以及陶瓷等具有的特性.在这当中,对材料性能数据的采集、管理以及应用至为关键.     

浅谈陶瓷基复合材料无损检测方法及其进展

陶瓷基复合材料由于其具有耐高温、密度低、抗氧化性好等多种优良特性目前已广泛地应用于航空航天领域。采用无损检测方法对陶瓷基复合材料进行相关检测对保证材料产品质量以及提高产品使用的可靠性等都具有重要意义。综述了陶瓷基复合材料无损检测发展现状,阐述了太赫兹、X射线、工业CT、红外热成像、超声波及声发射技术等常用陶瓷基复合材料检测手段的原理并介绍了其在陶瓷基复合材料无损检测方面的应用实例。     

耐高温陶瓷基结构吸波复合材料研究进展

陶瓷基结构吸波复合材料具有耐高温、耐腐蚀、抗氧化等诸多优点,是解决武器装备热端隐身问题的关键材料,具有重要应用前景和战略意义。本文介绍了陶瓷吸波材料的微观-宏观多级设计方法,综述了掺杂改性碳化硅陶瓷、钡铁氧体陶瓷、聚合物转化陶瓷(PDCs)、3D打印多孔陶瓷及陶瓷蜂窝、连续纤维增强陶瓷基复合材料(CFCMC)等新型陶瓷基复合材料的最新研究进展,展望了结构吸波一体化的陶瓷基复合材料的发展趋势,提出微观-宏观多级结构设计的纤维增强陶瓷基复合材料将是未来高温隐身材料领域的重要发展方向。     

HfC涂层性能研究和制备工艺

碳基复合材料（C/C、C/SiC）具有高比强度、高比模量、低密度、低热膨胀系数、耐腐蚀、耐热震的优良高温力学性能,被认为是最有前景的高温结构材料之一。但碳基复合材料一般在500℃开始发生氧化,而且存在较大孔隙率,无法实现高压密封,这极大地限制了碳基复合材料应用前景。在高温高压气流冲刷环境下,超高温陶瓷基保护涂层可以有效地抑制碳基复合材料（C/C、C/SiC）中碳成分的降解,工件在极端环境下可以更加稳定地工作,延长使用寿命。其中碳化铪（HfC）的熔点高达3890℃,为已知单一化合物中熔点最高者,热导率仅为5.6 W/（m·K）,维氏硬度高达26 GPa,耐烧蚀性好,同时还具有低导热系数、低氧扩散系数、低表面蒸汽压。作为火箭喷嘴和鼻锥等极端耐热部件的抗氧化烧蚀涂层已获得应用。综述了超高温陶瓷HfC涂层材料的研究背景、基本性质、制备工艺、抗氧化/烧蚀机理和热膨胀系数（CTE）失配问题,并指出了超高温陶瓷HfC涂层材料目前存在的挑战,同时对未来的发展趋势做出了展望。     

树枝晶-非晶复合材料进展

复合材料的性能对工艺的依赖性非常强,特别是金属基复合材料。如果工艺水平一般,制备出的复合材料的性能往往也就是混合律的水平,其优势无法得到很好的发挥。目前非晶合金复合材料主要有3种(:1)固溶体树枝晶-非晶合金复合材料(;2)金属丝-非晶合金复合材料(;3)陶瓷颗粒或孔隙-非晶复合材料。本文主要阐述固溶体树枝晶-非晶复合材料。     

难熔金属在陶瓷基复合材料上的应用

论述了钽、铌及其合金在SiC陶瓷、Cf /SiC复合材料连接方面的应用,铱在C/C复合材料、石墨抗氧化方面的应用。指出了难熔金属在陶瓷基复合材料应用上存在的问题,并提出了解决问题的方法。     

TiC/Cu熔渗复合材料耐烧蚀与耐热震性能研究

采用粉末冶金熔体自浸渗工艺制备了相对密度大于98%的TiC/Cu复合材料,并对其耐烧蚀与耐热震性能进行了研究。TiC/Cu复合材料在等离子烧蚀过程中产生了“发汗冷却”效果,随着复合材料中Cu含量的提高,TiC/Cu的弯曲强度与耐热震性能显著提高。TiC陶瓷骨架相对密度为72%的TiC/Cu复合材料的弯曲强度达到955 MPa,较热压纯TiC陶瓷材料有大幅度的提高。     

航天材料及工艺研究所金属材料及特种工艺加工事业部

航天材料及工艺研究所金属材料及特种工艺加工事业部主要从事我国导弹,航天运载火箭型号产品所用黑色金属,有色金属,金属基复合材料,高温抗氧化涂层及特种加工工艺研究和型号产品的研制,生产.多年来,紧密结合航天型号的发展,逐渐形成了具有航天特色的金属材料研制和特种工艺的开发.在箭体、弹体用铝合金，铝锂合金，硼铝复合材料，钛合金，发动机喷管用铌合金，发动机燃烧室铜合金（铜锆合金，铜银锆合金）。     

Al-Cu-Mg-Ag系新型耐热铝合金研究进展

从合金成分设计、合金的微观组织演变及热处理工艺对合金性能的影响等方面,系统阐述近年来国内外对Al-Cu-Mg-Ag系新型耐热铝合金的研究及其进展情况.与第二代超音速飞机的其他备选材料相比,Al-Cu-Mg-Ag系合金具有较好的耐热性能和成本优势,代表了中强耐热铝合金的发展方向.     

聚焦陶瓷基复材结构研发 推进工程应用——访中航工业复合材料技术中心技术发展部副部长焦健

<正>陶瓷基复合材料因其优异的综合性能具有重要的应用潜力,请介绍一下您所在团队在陶瓷基复合材料领域开展了哪些方面的科研工作。焦健:目前,航空发动机已成为限制我国航空发展的瓶颈。国外经验证实,提高材料的耐高温能力是提升发动机性能最根本的解决途径,也是未来发动机材料发展的必然趋势。陶瓷基复合材料通常指以陶瓷为基体与纤维复合的一类材料,这类材料具有密度低、耐高温、耐磨损等特点。常见的陶瓷基复合材料体系包括纤     

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。