由于操作过于频繁,请点击下方按钮进行验证!

中国航空发动机材料又获突破 涡轮叶片重量降低70%

近日中国电科二所对外透露,他们在大直径碳化硅(SIC)单晶生长研究之中取得突破,实现了高线度SIC粉批量生产,标志着中国在这个材料领域取得了长足进展。

SIC单晶被认为是运用最广泛新型材料之一,它最大特点就是性能稳定,耐热、耐磨性能都非常好,让这种材料在机械电子等领域有着广泛用途,是国防建设和国民经济急需的关键材料之一。

SIC材料最让人关心的用途就是在发动机上运用,尤其是航空发动机,航空发动机设计要求就是用更轻重量,提供更大的推力,实现这个目标提高发动机工作温度,也就是我们经常听到的涡轮前温度,不过提高涡轮前温度意味着材料要具备更好耐高温性能,这样就会降低对发动机冷却要求,简化发动机结构,降低重量,一般认为发动机重量1公斤,飞机重量会降低3公斤,如果材料不过关,就需要采用复杂冷却手段,结果就是发动机结构会更加复杂,重量增加,发动机重量增加又会导致飞机重量进一步上升,高温材料对于发动机和飞机贡献可想而知。

从国内外航空发动机研究进展来看,金属高温材料已经趋近极限,未来发展重点就是陶瓷基复合材料(CMC),CMC材料利用纤维韧性弥补陶瓷材料易碎的缺点,前面说过SIC材料具备优秀耐高温、耐磨等方面性能,所以陶瓷基复合材料之中又SIC材料最受关注,目前国外已经在航空发动机上面运用CMC材料,例如新一代LEAP涡扇发动机就采用了CMC材料,从而让发动机重量降低数百公斤,进而让飞机减少结构重量接近1吨,极大改善了飞机经济性能,可以说效果显著,国内也在此领域开展了跟踪研究,完成了基于CMC材料的涡轮叶片,并且进行了地面试车,从相关资料来看,基于CMC材料的涡轮叶片与金属涡轮叶片相比,重量降低70%左右,可以让发动机性能得到有效提高。

除了发动机叶片之外,CMC材料还可以用于发动机其他部件,例如燃料室、尾喷口等等,还可以铺设在飞行器表面,作为耐热层,防止气动加热引起机体温度升高对飞机结构造成不利影响。

SIC运用领域不仅仅局限在机械领域,还在半导体领域有广泛用途,传统硅基(SI)材料耐高温性能较差,一般认为SI基集成电路工作温度不能超过250度,这样就限制器件工作必,随着电子设备性能要求提高,对于设备功率、电压、环境等方面性能要求也越来越高,而SIC材料性能要比SI材料好的多,例如耐电压是后者10倍,碳化硅的能带间隔为硅的2.8倍(宽禁带),达到3.09电子伏特。其绝缘击穿场强为硅的5.3倍,其导热率是硅的3.3倍,因此更加适合制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件。有消息说美国福特级变电系统就采用SIC基器件,从而设备体积和重量降低50%左右。

综上所述我们可以看到,中国相关单位在SIC材料取得突破,为国产发动机、电子设备性能提高打下了坚实基础,从而为国产武器装备研制提供了有力支撑和保障。


声明:本网站所收集的部分公开资料来源于互联网,转载的目的在于传递更多信息及用于网络分享,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,也不构成任何其他建议。本站部分作品是由网友自主投稿和发布、编辑整理上传,对此类作品本站仅提供交流平台,不为其版权负责。如果您发现网站上所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题,请第一时间告知,我们将根据您提供的证明材料确认版权并按国家标准支付稿酬或立即删除内容,以保证您的权益!联系电话:010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。

网友评论 匿名:

分享到

相关主题