新型材料让航空发动机更高效！

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新型材料让航空发动机更高效！

引用

澎湃

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来源

https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_29539109

http://www.21jingji.com/article/20240529/herald/cf6e083b4a0dfb5107b76294572dea17.html

https://roll.sohu.com/a/852669382_121924584

http://www.am-expo.net/cnt_157.html

http://www.ecorr.org.cn/dhTJDAOHANG/fhjs/jishuyingyong//2024-05-30/190959.html

https://www.yongcailiao.com/hangkong/1871.html

https://www.aerospacepower.cn/article/2256

航空发动机被誉为“工业之花”，其性能直接关系到飞机的飞行效率和安全性。近年来，随着新材料技术的不断突破，航空发动机正在经历一场革命性的变革。本文将重点介绍碳/碳复合材料、陶瓷基复合材料、树脂基复合材料和金属基复合材料在航空发动机中的应用及其带来的性能提升。

新型材料：航空发动机性能提升的关键

随着航空航天技术的快速发展，对发动机性能的要求越来越高。传统金属材料已难以满足高温、高压、高转速等极端工况下的使用需求。新型材料因其优异的物理化学性能，成为提升发动机性能的关键因素。

四大新型材料在航空发动机中的应用

碳/碳复合材料：耐高温性能卓越

碳/碳复合材料是由碳纤维及其织物增强的碳基体复合材料，具有低密度（<2.0g/cm³）、高强度、高比模量、高导热性、低膨胀系数、摩擦性能好，以及抗热冲击性能好、尺寸稳定性高等优点。尤其是在1650℃以上应用的少数备选材料，最高理论温度更高达2600℃，因此被认为是全球最有发展前途的高温材料之一。

虽然碳/碳复合材料在温度高于400℃的有氧环境中会发生氧化反应，但通过涂层防护等技术手段，这一问题已得到有效解决。目前，碳/碳复合材料已在多个先进发动机型号中得到应用，如美国的F119发动机加力燃烧室尾喷管、法国的M88-2发动机加力燃烧室喷油杆等。

陶瓷基复合材料：轻质高强且耐高温

陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类材料，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。通过与高强度、高弹性的纤维复合，可以有效提高陶瓷的韧性和可靠性。

陶瓷基复合材料已广泛应用于液体火箭发动机喷管、导弹天线罩、航天飞机鼻锥、飞机刹车盘和高档汽车刹车盘等。在航空发动机领域，美国F120发动机的高压涡轮密封装置、法国M88-2发动机的燃烧室和喷管等都采用了陶瓷基复合材料。

树脂基复合材料：冷端部件的理想选择

树脂基复合材料是由有机聚合物基体与纤维增强体组成的复合材料，具有密度小、比强度高、比模量高、抗疲劳性能好、减震性能好、成型工艺性好等特点。其服役温度一般不超过350℃，因此主要应用于航空发动机的冷端部件。

树脂基复合材料在航空涡扇发动机上的应用研究始于20世纪50年代，经过60余年的发展，GE、PW、RR以及MTU、SNECMA等公司投入了大量精力进行研发，取得了很大进展，已经将其工程化应用到现役航空涡扇发动机，并且还有进一步扩大应用量的趋势。

金属基复合材料：综合性能优异

金属基复合材料是以金属及其合金为基体，与一种或几种金属或非金属增强相人工结合成的复合材料。其增强材料大多为无机非金属，如陶瓷、碳、石墨及硼等，也可以用金属丝。它与聚合物基复合材料、陶瓷基复合材料以及碳/碳复合材料一起构成现代复合材料体系。

金属基复合材料具有高强度、高模量、低密度、耐高温、耐磨耐蚀和良好的韧性，已用于高速切削工具和内燃机部件上。但这类材料发展较晚，其潜能尚待进一步发挥。研究重点是将其应用于高温材料和耐磨、耐蚀材料，比如大功率内燃机的增强涡轮、航空航天器的热部件以及代替金属制造车辆发动机、石油化工容器、废物垃圾焚烧处理设备等。