航空发动机是作为飞机、火箭等飞行器的核心部件,是航空工业和整个飞行器领域的动力心脏。
由于长期置身于高温、高压和高转速的极端环境中,行业技术难度极大,因此被誉为“工业皇冠上的璀璨明珠”。
随着现代战机对航空发动机性能需求的不断攀升,传统金属材料的运用遭遇瓶颈。
提升发动机效率的核心在于提高工作温度,而材料科学的突破则是实现这一目标的关键。陶瓷基复合材料作为新兴材料的代表,应用比例有望迅速攀升。
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陶瓷基复合材料(CMC)凭借其耐高温、低密度与抗腐蚀性能已成为打造新型高推重比航空发动机等装备高温部件的首选材料。
据Stratview Research公司最新分析预测,飞机发动机中的CMC市场规模将从2022年的1.68亿美元显著增长至2028年的4.211亿美元。
CMC材料由三大核心组成部分构成:增强纤维、界面层以及陶瓷基体。
其中,陶瓷基体涵盖非氧化物基体、氧化物基体及玻璃陶瓷基体;增强纤维主要包括碳纤维、碳化硅纤维及氧化物纤维;界面层则涉及热解碳界面层、BN界面层以及复合界面层等。
陶瓷基复合材料产业链:
陶瓷基复合材料可以用于喷气发动机的关键部件上,如涡轮叶片、燃烧室衬里以及热交换器。
以美国通用电气公司GE为例,在其自适应通用发动机技术计划中,陶瓷基复合材料被应用于低压涡轮和高压涡轮的前缘部分。
随着技术的不断进步,陶瓷基复合材料在自适应发动机技术的后续发展中应用更加广泛,拓展到了排气部件等领域。
根据《CMC材料发展现状及其在航空发动机上的应用》的研究报告,国内在陶瓷基复合材料(CMC)结构件的研发方面,已有多家单位崭露头角,包括航空工业复材中心、北京航材院、西北工业大学、航天材料及工艺研究所、国防科技大学等。
我国已经构建了陶瓷基复合材料的完整产业链,从上游的陶瓷基体、PCS以及增强纤维材料,到中游的陶瓷基复合材料制备,再到下游的各类应用领域,均已实现覆盖。
根据公开资料显示,在上游产业链中,火炬电子、苏州赛力菲、众兴新材等企业已具备一定的产业化能力;在中游的陶瓷基复合材料制备环节,西安鑫垚、西安超码、中航复材等公司则是行业引领者。
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