國防高科技重要戰(zhàn)略材料CM概況

國防高科技重要戰(zhàn)略材料CM概況軍工特種陶瓷材料作為增強纖維特別適用于制備陶瓷基復合材料（CMC）,CMC被視為取代航空發(fā)動機高溫合金、實現(xiàn)減重增效“升級換代材料”之首選.預1010CMC10倍.高性能特種陶瓷纖維的量CMC材料的量產(chǎn),CMC的大量應(yīng)用.一、CMC材料概況：航空發(fā)動機關(guān)鍵熱結(jié)構(gòu)替代用材陶瓷基復合材料航空發(fā)動機關(guān)鍵熱結(jié)構(gòu)替代用材陶瓷基復合材料是以陶瓷為基體與各種纖維復合的一類復合材料,顯著優(yōu)勢,具體可應(yīng)用于：1）航空發(fā)動機1）航空發(fā)動機,燃燒室-噴管、整體導向器、整體渦輪、導向葉片、渦輪間過渡機匣、尾噴管等表面溫度高、氣動載荷大的區(qū)域；2）導彈,發(fā)動機部件等；33）大型運載火箭,擴張段等；4）航天飛機,頭部和機翼前緣等.航空發(fā)動機領(lǐng)域應(yīng)用對比CMC僅為高溫合金的1/4~1/3，用/50%左右。耐高溫性能航空發(fā)動機領(lǐng)域應(yīng)用對比CMC僅為高溫合金的1/4~1/3，用/50%左右。耐高溫性能CMC耐熱性能最好的鎳基高溫合金材 工作溫度高料工作溫度在 達1650℃。1200℃長1100℃左右。期使用。高溫抗氧化性能--CMC在高溫有氧環(huán)境保持較高的穩(wěn)定性，降低了熱防護涂層成本。之首選之首選.CMC在航空航天、兵器、核工業(yè)等高技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用前景非常廣闊.CMCCMC與高溫合金的性能對比對比項高溫合金CMC密度7.93~8.4g/cm32~3.2g/cm3進口平均溫度超過1800℃.然而,目前耐熱性能最好的鎳基高溫合金材料工作.10進口平均溫度超過1800℃.然而,目前耐熱性能最好的鎳基高溫合金材料工作溫度在溫度在1100℃左右,且必須采用隔熱涂層以及設(shè)計最先進的冷卻結(jié)構(gòu).因此,現(xiàn)有的高溫合金材料體系（鎳基等）,難以滿足先進航發(fā)的熱結(jié)構(gòu)用材需求,CMC工作溫度高達1650℃,將成為替代航發(fā)高溫合金最具應(yīng)用潛力的材料金最具應(yīng)用潛力的材料.對于民航發(fā)動機：降低油耗、提高發(fā)動機使用壽命是研制焦點.預測截至202029%~31%,17%~19%源于發(fā)動機,特別是受益于陶瓷基復合材料的廣泛應(yīng)用.CMCCMC用于軍用發(fā)動機F100CMC用于民航發(fā)動機CMC用于民航發(fā)動機Leap-X二、CMC市場空間55CMC100噸/年.隨著中國高推重比航空發(fā)動機的,將大量需要陶瓷基復合材料產(chǎn)品.此外,陶瓷基復合材料在民用領(lǐng)域中也已經(jīng)展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿?預計中國未5100噸/年,CMC重量30%計算,30噸/年.CMCCMC在航空發(fā)動機的應(yīng)用層面已逐漸打開,端向熱端部件、從靜子向轉(zhuǎn)子的發(fā)展趨勢.短期應(yīng)用目標為：尾噴管、火焰穩(wěn)定器、渦輪罩環(huán)等；中期應(yīng)用目標為：低壓渦輪葉片、燃燒室、內(nèi)錐體等；遠期應(yīng)CMC在國外已成功應(yīng)用于多款發(fā)動機型號并實現(xiàn)工程化生產(chǎn),將成為航空發(fā)動機制造的主流趨勢,市場空間巨大.陶瓷基復合材料在航空發(fā)動機上的應(yīng)用情況陶瓷基復合材料在航空發(fā)動機上的應(yīng)用情況發(fā)動機型號 材料體系Cf/XXX

應(yīng)用部位 效果2002年開始投入批生產(chǎn)，在國際上M88-2 外調(diào)節(jié)片 首次實現(xiàn)陶瓷基復合材料在發(fā)動機材料上的應(yīng)用。F119 XXX

矢量噴管內(nèi)壁 有效減重，從而解決飛機重心后板和外壁板 問題。F414 XXX

燃燒室

能夠提供較大的溫升，較長的壽命，需要的冷卻空氣較少。F100XXX密封片F(xiàn)100-PW-229XXX基密封片密封片F(xiàn)100XXX密封片F(xiàn)100-PW-229XXX基密封片密封片在Pratt&Whitney（FL）和Arnold600h2005F-16F-15E累計工作時間500h，1200℃/100h，F(xiàn)110 XXXf/XXX 調(diào)節(jié)片 增加推力35％。取樣性能測試結(jié)果表明，XXXf/XXX無明顯損傷。XTC76/3XTC77/1

XXXf/XXXXXX

燃燒室火焰筒燃燒室火焰

1589K靜子葉片XTC97 XXX復合材料 燃燒室

冷卻空氣量減少。在目標油氣比下獲得了較小的分布因子XTE76/1

低壓渦輪靜子 提高了強度和耐久性，明顯減少葉片 冷卻空氣需要量。燃燒室、火焰 通過了軍用發(fā)動機試驗臺、軍用EJ200 XXXf/XXX 穩(wěn)定器和尾噴 證發(fā)動機的嚴格審定，在高溫高管調(diào)節(jié)片 燃氣下未受損傷。Trent800F136（配裝F35）

0XXX料CMC

可大幅度節(jié)省冷卻氣量、提高工扇形渦輪外環(huán) 溫度、降低結(jié)構(gòu)重量并提高使用命。耐溫能力可達1200℃，重量僅有渦輪3級導向 合金的1/3可能是陶瓷基復合材葉片 在噴氣發(fā)動機熱端部件上得到的首次商業(yè)應(yīng)用。Trent CMC 尾椎

2013173h，熱或結(jié)構(gòu)應(yīng)力問題發(fā)生。Leap-X CMC

低壓渦輪導向葉片

質(zhì)量僅為傳統(tǒng)材料的1/2甚至更輕，但可以耐1200℃以上的高溫，并且不需要冷卻，易于加工。三、CMC產(chǎn)業(yè)格局結(jié)構(gòu)陶瓷；界面層：連接增強相纖維和連續(xù)相基體的紐帶；增強纖維：主要承力CMC3部分組成,分別是,陶瓷基體：高溫部分,C纖維、高性能特種陶瓷纖維、氧化物纖維等.結(jié)構(gòu)陶瓷；界面層：連接增強相纖維和連續(xù)相基體的紐帶；增強纖維：主要承力CMCCMC