陶瓷基复合材料在发动机热端部件修理上的特点

更新日期:2017-09-25
摘要:

作为飞机的心脏,发动机的功能会直接影响飞机功能的各项方针,而最能体现发动机功能的参数之一就是推重比。

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航空职业业内人士应该清楚,航空发动机热端部件修理是极其重要的。而关于陶瓷基复合材料,它发动机热端部件修理上的工艺特色有哪些呢?我们一起来了解一下!

 

作为飞机的心脏,发动机的功能会直接影响飞机功能的各项方针,而最能体现发动机功能的参数之一就是推重比。现代航空发动机寻求的方针就是不断进步推重比,推重比的不断增加,必定导致现代高功能燃气涡轮发动机的涡轮前温度进一步升高。现有推重比10一级的发动机涡轮进口温度达到了1 800~2 000K,而推重比15~20一级发动机涡轮进口温度将达到2 100~2 400K,这远远超过了发动机中高温合金材料的熔点温度。现在工艺老练的发动机热端部件材料,只能满意推重比10一级发动机的规划要求,要展开更高推力的先进航空发动机,有必要展开新式耐高温材料规划技能的研讨。一起,还要处理航空发动机结构轻、持久性强、可靠性高等一系列问题,这就需求运用新式材料和工艺技能,特别在航空发动机热端部件上。现在,耐高温功能较好的陶瓷基复合材料技能已成为航空发动机制作的一个展开趋势。怎么运用陶瓷基复合材料(CMC)进步航空发动机的结构功率并下降成本,是航空发动机制作面对的首要技能难题之一。 陶瓷基复合材料在航空发动机热端部件中的运用多见于国外报导。有材料显现,在航空发动机热端部件中引进陶瓷基复合材料后,能够使热端部件在高温环境中作业,并下降发动机冷却气体流量15%~25%,可有用 进步发动机功率。在国内陶瓷基复合材料的研讨尽管取得了必定成效,但在航空发动机热端部件中的运用研讨才刚刚起步,没有进入工程运用阶段。

 

1、陶瓷基复合材料的简介

 

陶瓷基复合材料是在陶瓷基体中引进第二相材料,构成多相复合材料。陶瓷具有耐高温、抗氧化、耐磨耗、耐腐蚀等长处,但耐性差,难加工。陶瓷基复合材料是一种超高温复合材料,作业温度高达1 650℃,在非冷却条件下,能够在高于1 200℃环境作业并具有高的强度坚持率。陶瓷基复合材料具有重量轻、模量高、抗拉强度高、吸振性好、耐温性好、成本低及不易疲惫损坏等特色,密度仅为镍基合金的1/4~1/3,并且跟着温度的升高,强度不会下降,甚至比室温时还高。 在陶瓷中加入纤维,能大幅度进步强度、改进脆性,并进步运用温度。接连纤维增韧陶瓷基复合材料具有相似金属的开裂行为,对裂纹不灵敏,战胜了一般陶瓷材料脆性大、可靠性差等丧命弱点。现在运用最为广泛的陶瓷基复合材料首要有碳纤维增韧碳化硅(Cf/SiC)和碳化硅纤维增韧碳化硅(SiCf/SiC)2种,Cf/SiC的运用温度为1 650℃[1-2],SiCf/SiC为1 450℃,这2种材料具有高温强度大、重量轻、耐腐蚀和耐磨损性好等优异功能,且其高温才能将改进发动机功能、推重比和耗油率,可用于长寿命航空发动机的制作。 陶瓷基复合材料增强涡轮盘的结构规划利用了陶瓷基复合材料密度小的特色,能够起到对涡轮盘减重作用。SiC型密度为2.0~2.5g/cm3,仅是高温合金和铌合金的1/4~1/3、钨合金的1/10~1/9。 陶瓷基复合材料在发动机热端部件上运用的关键技能有:具有高温稳定性的先进碳化硅纤维、新的纤维涂层、出产高密度复合材料的制作工艺和避免功能退化的环境涂层。

 

2、工艺特点

 

陶瓷材料具有硬度高、耐高温、耐化学腐蚀等优异功能,但它的脆性和很强的缺陷灵敏性,约束了它在热结构材料领域的运用,因而陶瓷材料的研讨重点是怎么战胜脆性。改进陶瓷材料脆性的办法有多种,包含接连纤维增韧、相变增韧、微裂纹增韧以及晶须晶片增韧等。其中接连纤维增韧效果显著,得到了大力的展开。接连纤维增韧碳化硅基复合材料是现在研讨最多的陶瓷基复合材料。航空发动机热端部件中运用的陶瓷基复合材料一般是碳化硅纤维增强的碳化硅基材料。与常规镍基合金比较,其密度只要后者的1/4~1/3,可接受温度高出110~220℃。 制备工艺包含化学气相渗透法(CVI)、前驱体转化法(PIP)、反响性熔体烧结法(RMI)、反响烧结法(RB)以及溶胶-凝胶法(Sol-gel)等。研讨标明,材料的终究功能很大程度上取决于制备工艺水平。在长时间的研讨探究过程中,逐步趋向于以CVI和PIP工艺为代表的现代制备办法。

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