下一代航空发动机新材料:自愈合“蜂窝状”纤维成键陶瓷

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研发具有更快飞行速度、更长工作寿命及更低能耗的高推重比航空发动机是世界各航空强国不断追求的目标。但随着推重比的提高,航空发动机工作温度也随即升高,这对发动机材料的耐温能力提出了严峻的挑战。传统高温镍基合金的最高服役温度仅为1150℃左右,而SiCf/SiC复合材料长时间工作温度亦不宜超过1350℃,均难以满足高推重比航空发动机的高温工作环境。近年来,具有低气孔率(<1%)、高纤维体积分数(≥98%)的“蜂窝状”SiC纤维成键陶瓷展现出了良好的高温氧化自愈合、高温强度高、抗蠕变等特性,可在超过1500℃下长时间稳定工作,被认为是下一代高推重比航空发动机高温部件的极佳候选材料。但前期受限于SiC纤维制备技术壁垒,SiC纤维成键陶瓷开发技术仅由日美等少数国家掌握,而国内还未见相关研究报道。本作品将立足国内现有碳化硅陶瓷纤维,开发制备自愈合“蜂窝状”SiC纤维成键陶瓷,研究材料制备工艺,评估材料性能,揭示材料“工艺-组成-结构-性能”之间的相互关系,以期获得耐高温、高强韧SiC纤维成键陶瓷材料,为我国未来高推重比航空发动机的发展提供材料与技术支撑。 作为一种新型的轻质耐高温结构材料,自愈合“蜂窝状”SiC纤维成键陶瓷不仅耐高温、抗氧化,而且具有较高的高温强度与断裂功,具备极大的潜力应用于航空发动机涡轮、燃烧室、尾喷管等热端部件,为我国下一代高推重比航空发动机的发展提供材料与技术支撑。另外,优异的高温性能使得SiC纤维成键陶瓷在高超声速飞行器、核能工业等高温热防护领域也极具应用前景,进而有望推动相关应用领域的进一步发展。