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【行業聚焦】碳化硅陶瓷基複合材料行業深度報告

為了提高航空發動機的推重比和降低燃料消耗,最根本的措施是提高發動機的渦輪進口溫度。 而渦輪前溫度與航空發動機熱端部件材料的最高允許工作溫度直接相關。陶瓷基複合材料是21世紀中可替代高溫合金的發動機熱端結構首選材料。20世紀80年代,法國率先研製出 SiC/SiC 陶瓷基複合材料,並成功應用於M88-2發動機和F100型發動機。法國賽峰集團設計的陶瓷基複合材料(CMC)尾噴口在2015年6月16日搭載在 CFM56-5B 發動機上完成了首次商業飛行。GE公司曾預測:2013-2023年航空發動機市場對CMC的需求將遞增10倍。那麼,碳化硅陶瓷基複合材料將會成為航空航天材料的下一個藍海。

目錄

1.SIC/SIC 陶瓷基複合材料概述
1.1 SIC/SIC 陶瓷基複合材料——航空發動機高溫合金首選替代材料
1.2 SIC/SIC 陶瓷基複合材料的性能特點
2.SIC/SIC 陶瓷基複合材料構件的應用
2.1 SIC/SIC 陶瓷基複合材料構件的應用趨勢
2.2 國外 SIC/SIC 陶瓷基複合材料研製脈絡
2.3 世界三大航空發動機巨頭對陶瓷基複合材料的應用研究
2.3.1 GE 公司
2.3.2 羅·羅公司
2.3.3 普·惠公司
3.SIC/SIC 陶瓷基複合材料製造工藝與加工工藝
3.1 SIC/SIC 陶瓷基複合材料製造工藝
3.2 SIC/SIC 陶瓷基複合材料加工工藝
4.SIC 纖維概述
4.1 SIC 纖維生產工藝
4.2 SIC 纖維的代際劃分及主要性能
5.國內 SIC 陶瓷基複合材料及 SIC 纖維研製概況
5.1 國內 SIC 陶瓷基複合材料構件研製情況
5.2 國內 SIC 纖維研製情況
6.SIC 陶瓷基複合材料構件及 SIC 纖維市場前景
6.1 國際航空發動機巨頭對 SIC 陶瓷基複合材料市場前景的判斷
6.2 SIC 陶瓷基複合材料在航空航天發動機領域的應用前景

SiC/SiC 陶瓷基複合材料概述SiC/SiC 陶瓷基複合材料——航空發動機高溫合金首選替代材料

為了提高航空發動機的推重比和降低燃料消耗,最根本的措施是提高發動機的渦輪進口溫度。數據顯示航空發動機渦輪前溫度每提高100 度,在發動機尺寸不變的條件下,推重可以增加 10%。渦輪前溫度與航空發動機熱端部件材料的最高允許工作溫度直接相關。


50 至 60 年代,發動機熱端部件材料主要是鑄造高溫合金,其使用溫度為 800~900°C; 70 年代中期,定向凝固超合金開始推廣,其使用溫度提高到接近 1000°C;進入 80 年代以後,相繼開發出了高溫單晶合金、彌散強化超合金以及金屬間化合物等,並且熱障塗層技術得到了廣泛的應用,使熱端部件的使用溫度提高到 1200~1300°C,已接近這類合金熔點的 80%。雖然通過各種冷卻技術可進一步提高渦輪進口溫度,但作為代價降低了熱效率,增加了結構複雜性和製造難度,而且對小而薄型的熱端部件難以進行冷卻,因而再提高的潛力極其有限。


陶瓷基複合材料正是人們預計在 21 世紀中可替代高溫合金的發動機熱端結構首選材料。
陶瓷材料的耐高溫、低密度、高比強、高比模、抗氧化和抗燒蝕等優異性能,使其具有替代金屬成為新一代高溫結構材料的潛力。但陶瓷材料的脆性大和可靠性差等致命弱點阻礙了它的實用化。而連續纖維增強陶瓷基複合材料(CFRCMC, Continuous Fiber Reinforced
Ceramic Matrix Composites,簡稱 CMC)彌補了陶瓷材料的短板。它基於陶瓷組分,採用高強度、高彈性纖維與成分相同或相近的陶瓷基體相互複合而成。由連續纖維補強增強陶瓷基體複合成材的混搭組合,類似於「鋼筋+混凝土」的優勢互補,連續的陶瓷纖維根據需要,可編織成二維或三維的「鋼筋」骨架(即纖維預製體)、 「混凝土」則為骨架周圍緊密填充的陶瓷基體材料「水泥」,形成「1+1>2」的效果,具備高比模、耐高溫、抗燒蝕、抗粒子沖蝕、抗氧化和低密度的優勢。它可以具有類似金屬的斷裂行為、對裂紋不敏感、沒有災難性損毀。連續纖維增強陶瓷基複合材料主要包括碳纖維增強碳化硅( C/SiC)和碳化硅纖維增強碳化硅( SiC/SiC)兩種。由於 C/SiC 抗氧化性能較 SiC/SiC 差,國內外普遍認為,航空發動機熱端部件最終獲得應用的是 SiC/SiC。

SiC/SiC 陶瓷基複合材料的性能特點

SiC/SiC 陶瓷基複合材料是指在 SiC 陶瓷基體中引入 SiC 纖維作為增強材料,形成以引入的 SiC 增強纖維為分散相,以 SiC 陶瓷基體為連續相的複合材料。

SiC/SiC 陶瓷基複合材料保留了 SiC 陶瓷耐高溫、高強度、抗氧化、耐腐蝕、耐衝擊的優點,同時兼具 SiC 纖維增強增韌作用,克服了 SiC 陶瓷斷裂韌性低和抗外部衝擊載荷性能差的先天缺陷。這種材料可以在 1316°C 的高溫環境下保待其理化特性不退化。當 SiC/SiC 材料表面噴有熱障塗層時,其最高工作溫度可繼續增加至 1480°C。儘管現代商用發動機渦輪前溫度可達 1650°C,額外的 170°C 溫差仍需採用壓氣機引氣冷卻來彌補,但這一引氣量相比使用傳統高溫合金材料的葉片已大為減少。據初步計算,採用耐溫 1480°C 的 CMC 材料高壓渦輪葉片可使發動機燃油消耗率降低 6%。同時,採用 CMC 材料製成的燃燒室高溫襯墊所需的冷卻氣量也大幅減少,進而降低冷卻空氣同燃油摻混后不完全燃燒生成氮氧化物的機會,其氮氧化物的減排潛力可達 33%。

SiC/SiC 陶瓷基複合材料構件的應用SiC/SiC 陶瓷基複合材料構件的應用趨勢

SiC/SiC 陶瓷基複合材料在航空領域的應用主要包括發動機燃燒室內襯、燃燒室筒、噴口導流葉片、機翼前緣、渦輪葉片和渦輪罩環等部位。


國外在碳化硅陶瓷基複合材料構件的研究與應用方面,基於先易后難(先靜止件後轉動件,從低溫到高溫)的發展思路,首先發展中溫和中等載荷的靜止件,例如尾噴管調節片/密封片和內椎體等;再發展高溫、中等載荷靜止件,例如火焰筒、火焰穩定器及渦輪外環、導向葉片。更高載荷的靜止件或轉動件,例如渦輪轉子和渦輪葉片還處於探索階段。

國外 SiC/SiC 陶瓷基複合材料研製脈絡

20 世紀 80 年代,法國率先研製出牌號為 CERASEPR 系列的SiC/SiC 陶瓷基複合材料,並成功應用於 M88-2發動機(配套法國陣風戰鬥機)噴管外調節片和 F100 型發動機(配套美國 F-15/F-16 戰鬥機)調節片上。

隨後各個國家持續加大對 SiC/SiC 陶瓷基複合材料製造技術領域投入,如美國 NASA 的 HIPTET、 HSR/EPM和 UEET 計劃,日本的AMG 計劃等, SiC/SiC 陶瓷基複合材料製造技術逐漸成熟,應用範圍也日益廣泛。據報道, SiC/SiC 陶瓷基複合材料目前已經成功應用於F110-GE-129 發動機尾噴管、 F136 發動機渦輪葉片、F414 發動機和CFM LEAPX 發動機渦輪罩環等構件。

CFM 是 GE 和法國賽峰集團( SAFRAN)旗下斯奈克瑪公司( SNECMA)對半合資成立的公司,已向波音和空客提供了 2.5 萬餘台中型客機用噴氣發動機。其經典之作 CFM-56 是全球裝機最多的一款發動機產品,堪稱傳奇。


法國賽峰集團設計的陶瓷基複合材料(CMC)尾噴口在 2015 年 6月 16 日搭載在 CFM56-5B 發動機上完成了首次商業飛行。賽峰通過旗下兩家公司 Herakles 和 SNECMA 設計、製造了該尾噴口驗證件並進行了地面試驗。在 2012 年於 A320 上執行了初始試驗后, CMC 尾
噴口驗證件於 2015 年 4 月 22 日通過歐洲航空安全局(AESA)商業飛行使用認證。賽峰認為這項認證確認了其開發先進 CMC 零件的能力,能夠滿足日益增長的航空要求。


CFM 公司針對單通道客機的新一代發動機 LEAP-X已經於 2016年投放市場,該發動機將配備由 CMC 材料製造而成的高壓渦輪導向葉片。這被業內公認為商用發動機製造技術的又一次革新。

世界三大航空發動機巨頭對陶瓷基複合材料的應用研究1

GE 公司

21 世紀初, GE 公司引入 CMC 材料製造地面燃機的渦輪罩環,同時從靜子部件、開始擴展 CMC 在噴氣發動機上的應用範圍。 2016年投入使用的 LEAP-1 發動機的渦輪罩環由 CMC 材料製造,將實現CMC 在商用航空發動機上的首次應用。一旦 GE9X 發動機在 2020 年之後投入使用,將極大擴展 CMC 在商用發動機上的應用範圍。該發動機的燃燒室火焰筒、第一級高壓渦輪噴管和罩環以及第二級高壓渦輪噴管都由 CMC 製造。2015 年初, GE9X 發動機的首個全套 CMC零部件在一台改造過的 GEnx-1B 發動機上開始試驗。 2014 年末, GE在一台 F414渦扇發動機平台上驗證了由 CMC製成的低壓渦輪葉片的耐溫性和耐久性,這是 CMC 材料在旋轉部件上的首次成功應用。

2

羅· 羅公司

羅· 羅計劃將 CMC 引入其軍民用發動機產品線。其計劃內容包括在 Advance 系列的較小型號發動機上使用帶有 CMC 內襯的無罩環渦輪以及 urtraFan 概念里的 CMC 噴管。 2015 年前後,羅羅公司還與Orbital-ATK公司一道加入了波音公司的 787 環保演示驗證機項目,在美國聯邦航空管理局( FAA)的 Cleen 項目指導下利用一台 Trent1000發動機測試陶瓷噴管。試驗結果顯示 CMC 材料系統的耐高溫性能超過了超合金,重量比鈦合金降低了 20%, 有效降低了燃油消耗。


羅· 羅公司 2015 年收購了位於美國加州的專業 CMC 生產商Hyper-Therm 公司,該公司與 NASA 合作開發了首先用於液體火箭推進系統的主動冷卻、連續纖維增強 SiC 基複合材料推力室。

3

普· 惠公司

普· 惠公司十分注重耐高溫陶瓷基複合材料在軍民用發動機熱端轉子部件上的應用研究,而對 CMC 在熱端靜子部件上的應用效果卻並不看好。一部分原因源於普· 惠新發動機的低壓渦輪級數配置,另一部分原因則是普· 惠更加偏愛現金合金材料的熱傳導性能。與其他廠商5~7 級的低壓渦輪相比,普· 惠發動機的低壓渦輪只有 3 級,因此普惠主要關注能夠承受 2700°C 以上高溫的 CMC 材料,並認為 CMC 應用於轉子件上才能帶來最大收益。普· 惠還打算在未來高壓渦輪轉子葉片上使用耐高溫能力更強的 CMC 材料,這也是CMC 材料低密度特性的價值所在。

普· 惠公司認為,除製造成本外, CMC 在靜子件的應用還面臨很多問題,其中一個問題就是熱傳導性。CMC 的傳熱性相對較弱,而靜子部件的重量要求又沒有轉子部件那麼苛刻,因此具有更強傳熱能力的合金材料可能比 CMC 更適合製造靜子部件。

SiC/SiC 陶瓷基複合材料製造工藝與加工工藝SiC/SiC 陶瓷基複合材料製造工藝

SiC/SiC 陶瓷基複合材料的製造工藝主要包括聚合物浸漬裂解工藝( PIP, Polymer Infiltrationand Pyrolysis)、化學氣相滲透工藝( CVI,ChemicalVapor Infiltration)和反應浸滲工藝( RI, Reaction Infiltration)等。日本和法國分別以 PIP 和 CVI 技術見長,德國在 RMI 技術領域技術世界領先,美國以CVI 和 PIP 技術為主。目前在 SiC/SiC 陶瓷基複合材料製造工藝領域領先的研究機構主要有法國Boreleaux 大學、美國 Oak-Ridge 國家實驗室和日本 Osaka Prefecture 大學等。上世紀七十年代初期法國Bordeaux 大學 Naslian 教授發明了 CVl製造連續纖維增韌碳化硅陶瓷基複合材料 (簡稱 CMC- SIC)的新方法,現已發展成為工程化技術,而後美國購買了法國專利。

SiC/SiC 陶瓷基複合材料加工工藝

由於 SiC/SiC 陶瓷基複合材料的硬度大,特別是材料由基體、纖維等多部分構成,具有明顯的各向異性,加工后 SiC/SiC 陶瓷基複合材料的表面形貌、尺寸精度和位置精度等對構件的安全性、可靠性和使用壽命等都有重要影響,已成為制約 SiC/SiC 陶瓷基複合材料構件工程化應用的主要瓶頸之一。


SiC/SiC 陶瓷基複合材料的加工主要包括切邊、鑽孔、三維成型和微槽成型等內容。加工工藝主要包括機械加工、水射流加工、激光加工 3 類。

SiC 纖維概述SiC 纖維生產工藝

SiC/SiC 陶瓷基複合材料通常由 SiC 纖維、界面層、 SiC 陶瓷基體和熱防護塗層組成。


SiC 纖維位於 SiC/SiC 陶瓷基複合材料的上游,是整個產業鏈至關重要的一環。 由於 SiC 纖維有著其它纖維無可替代的作用,發達國家紛紛投入大量資金致力於此類陶瓷纖維的研製與開發。目前世界上僅日本和美國能批量提供通用級和商品級的 SiC 纖維,已實現產業化產能達百噸級的僅有日本碳公司和日本宇部興產株式會社,典型產品牌號分別為 Nicalon NL-200 及 Tyranno Lox M。


目前製備連續 SiC 纖維的方法主要有:先驅體轉化法( 3P,Preceramic Polymer Pyrolysis)、化學氣相沉積法( CVD ,Chemical VaporDeposited)、活性碳纖維轉化法( CVR, Chemical Vapor Reaction)等。其中,化學氣相沉積法已逐漸被淘汰,先驅體轉化法是目前比較成熟且已實現工業化生產的方法,是 SiC 纖維製備研究的主流方向。

先驅體轉化法製備 SiC 纖維,其工藝路線可分為聚碳硅烷( PCS)合成、熔融紡絲、不熔化處理和高溫燒成 4 大工序,即首先由二甲基二氯硅烷脫氯聚合為聚二甲基硅烷,再經過高溫( 450~500℃)熱分解、重排、縮聚轉化為聚碳硅烷;在 250~350℃下,聚碳硅烷在多孔紡絲機上熔紡成連續聚碳硅烷纖維,再經過空氣中約 200 ℃的氧化交聯得到不熔化聚碳硅烷纖維,最後在高純氮氣保護下 1000℃以上裂解得到 SiC 纖維。

SiC 纖維的代際劃分及主要性能

1975 年日本東北大學的 Yajima(矢島聖使)教授用先驅體轉化法成功開發出連續 SiC 纖維,奠定了先驅體法製備 SiC 纖維工業化的基礎。 1978 年日本碳公司取得 Yajima 教授的 SiC 纖維專利實施權后,在日本新技術開發事業團的支持下,組織國內 30 多名頂級材料專家,經近 10 年的努力,耗資約 11 億日元,於 1989 年完全實現了纖維的工業化生產,產品以 Nicalon 商品名正式進入市場銷售。日本宇部興產公司也於 1988 年產業化製成功另一種連續 Si-Ti-C-O 纖維,以Tyranno 商品名銷售。美國也於同期製備了多晶纖維,並以 Sylramic商品名銷售。


根據纖維組成、結構及性能的發展變化過程,先驅體法製備的 SiC纖維可分為三代,第一代為高氧碳 SiC 纖維,第二代為低氧高碳含量SiC 纖維,第三代為近化學比 SiC 纖維。其中,第一、二代 SiC 纖維基本是低密度、高碳含量、無定形纖維,其耐溫性能一般不超過1300℃;第三代為高密度、近化學計量比、多晶 SiC 纖維,其耐溫性能大於 1700℃,能夠滿足許多尖端裝備需要。
第一代 SiC 纖維
以日本碳素公司( Nippon Carbon)的 Nicalon 200 纖維和宇部興產( Ube Industries)的 Tyranno LOX-M 纖維為代表的高氧碳 SiC 纖維,一代纖維均採用氧化交聯方式,最終纖維中的氧質量分數為10%~15%,當使用溫度達到 1200℃以上,纖維中的 SiCxOy 相發生分解反應,納米 SiC 晶體長大,導致力學性能急劇下降。
第二代 SiC 纖維
以日本碳素公司的 Hi-Nicalon 纖維和宇部興產公司的 TyrannoLOX-E、 Tyranno ZM 和 Tyranno ZE 等低氧、高碳含量 SiC 纖維為代表,主要採用電子束交聯,第二代 SiC 纖維中氧的質量分數降低,自由碳的質量分數相對較高, SiC 晶粒尺寸較第一代大,纖維使用溫度由 1200℃提高到 1300℃。
第三代 SiC 纖維
以日本碳素公司的 Hi-NicalonType S、宇部興產的 Tyranno SA 以及美國道康寧( Dow Corning)公司的 Sylramic 等牌號的近化學計量比 SiC 纖維為代表,在組成上接近 SiC 化學計量比,遊離碳和雜質氧含量明顯降低,在結構上表現為高結晶度的 SiC 多晶結構,其耐溫能力大幅提升至 1700℃。

國內 SiC 陶瓷基複合材料及 SiC 纖維研製概況國內 SiC 陶瓷基複合材料構件研製情況

從 20 世紀 80 年代開始,就有張立同院士領導的西北工業大學研發團隊,以及中航工業復材中心、航天材料及工藝研究所、國防科大、中科院硅酸鹽研究所等單位先後跟蹤國際前沿啟動研發工作。「硅陶瓷基複合材料」課題被列入總裝「九五」預研計劃,要求該課題在「九五」期間完成製備工藝研究,並對 CMC-SiC 的模擬件在發動機試驗台上考核,結果僅用 5 年時間就實現了由製造工藝研究到構件考核的跨越。


目前國內已經突破第二代 SiC 纖維和 SiC/SiC 複合材料研製關鍵技術,具備了構件研製和小批量生產能力,但在工程產業化方面與西方發達國家尚存在明顯差距。根據西北工業大學張立同院士 2003 年 1 月發表在《航空製造技術》上的《新型碳化硅陶瓷基複合材料的研究進展》, 「高推重比航空發動機的研製對陶瓷基複合材料也提出了需求,CMC-SiC 燃燒室浮壁模擬件和尾噴管調節片構件已分別在發動機試驗台和發動機上成功地進行了初步驗證。 」; 「西北工業大學超高溫複合材料實驗室經過近 7 年的努力,自行研製成功擁有自主知識產權的 CVI 法製備CMC-SiC 的工藝及其設備體系, CVI-CMC-SiC 的整體研究水平已躋身國際先進行列。 」; 「目前已成功研製了 20 余種 160 余件 CVI-CMC-SiC 構件,其中液體火箭發動機全尺寸 C/SiC 噴管通過了高空台試車, CMC-SiC 浮壁瓦片模擬件和調節片分別通過了航空發動機環境的短時間考核, C/SiC 固體火箭發動機導流管通過了無控飛行考核。 」由此可見早在十餘年前碳化硅陶瓷基複合材料的工程化研製工作就已取得較大進展。


根據 2006 年 10 月西工大張立同院士及廈門大學陳立富教授聯合署名發表的《高性能碳化硅陶瓷纖維現狀、發展趨勢與對策》, 「已打破國際封鎖,自主攻克了碳化硅陶瓷基複合材料構件批量製造技術,但是由於缺少高性能 SiC 纖維,目前只能用碳纖維代替。但是碳纖維耐氧化性差,嚴重限制了 SiC/SiC 在高溫長時熱力氧化環境中的應用,不能滿足航空發動機熱結構部件的要求。 」由此可見, 十年前 SiC 纖維的研製工作尚無法滿足下游結構件的發展需要。

國內 SiC 纖維研製情況

SiC 纖維因其特殊性,一直被作為軍事敏感材料,國外對實行技術封鎖和產品壟斷。國內必須獨立自主的開發和研究 SiC 纖維,尤其是耐超高溫的 SiC 纖維,才能促進國內先進複合材料的發展和武器裝備的研製,提高軍事實力和綜合國力。研究 SiC 纖維的主要單位有國防科技大學、廈門大學等,並取得了卓有成效的成果;蘇州賽力菲陶纖有限公司是首家成功實現連續 SiC 纖維產業化生產的企業。從 20 世紀 80 年代開始 SiC 纖維的研究,比日本晚 8 年左右,而與美國和德國幾乎同步。

20 世紀 90 年代和 21 世紀初,國防科技大學和廈門大學分別開展了含鋁 SiC 纖維和低氧 SiC 纖維、含雜 SiC 纖維的研究。在師昌緒、才鴻年、張立同和劉大響等一批院士的建議和支持下,這些研究獲得國家有關科技計劃的支持。國防科技大學是最早開展先驅體法製備 SiC 纖維和含鈦 SiC纖維研究的單位,經歷了實驗室製得短纖維到製備連續纖維和工業化開發過程。以馮春祥教授為首的科研團隊經過艱苦的探索,於 1991年建成了國內第一條連續碳化硅纖維實驗生產線。目前已建成了產能500kg/年的 SiC 纖維中試生產線,製得了具有較好力學性能的連續 SiC纖維及含鈦碳化硅纖維。工程院張立同院士的領導下,廈門大學特種先進材料實驗通過自主開發以及與國際合作研製,形成了國際先進、國內唯一的高性能連續陶瓷纖維的製造平台。製得的 SiC 纖維性能接近日本同類產品水平,目前正在進行小批量生產技術的完善。廈門大學的特色在於通過電子束輻射和熱化學交聯的方式,實現了 SiC 原絲纖維的非氧氣氛交聯,製得低氧含量的交聯纖維,再經過高溫燒成製得低氧含量的高耐溫 SiC 纖維。蘇州賽力菲陶纖有限公司(簡稱蘇州賽力菲) 2005 開始進行碳化硅材料研發, 技術來源於國防科大。 2011 年,蘇州賽力菲成功實現連續 SiC 纖維的產業化,並開始向國內相關單位提供可用纖維,使成為繼日本和美國后又一個能實現連續 SiC 纖維產業化的國家。目前蘇州賽力菲已經實現連續第一代 SiC 纖維 SLF-I 纖維的工程化生產,基本突破第二代 SiC 纖維製備關鍵技術, 2~3 年時間內可實現連續第二代 SiC 纖維工程化生產(年產能噸級)。

與國外產品相比,賽力菲 SLF-I 纖維的力學性能與編製性能接近或達到國外產品,但在綜合性能和產能上仍有一定的差距。目前蘇州賽力菲陶纖有限公司已經實現產能噸級連續 SiC 纖維,產能 10 噸/年的產業化基地正在建設中。

SiC 陶瓷基複合材料構件及 SiC 纖維市場前景國際航空發動機巨頭對 SiC 陶瓷基複合材料市場前景的判斷

來自 GE 公司官方的預測: 2013-2023 年航空發動機市場對 CMC的需求將遞增 10 倍。據此,為應對 CMC 部件需求增長帶來的產能壓力, 2013 年 6 月 GE 投資 1.25 億美金,在美國北卡羅萊納州的阿什維爾建設 1.16 萬 m2 的生產基地,用以支撐 LEAP-X 發動機 CMC 部件的量產,也為日後 GE9X 發動機供應所需 CMC 批產部件,並將逐步應用到為波音 787 和 747-8 提供動力的 GEnx 上,以及在 CFM 的新一代 LEAP 發動機上全面推廣。


為確保高端 SiC 纖維的供應, 2012 年 4 月 GE 還攜手 SNECMA對外發布,將聯合日本碳素公司合資成立 NGS 公司( NGS AdvancedFibers Co. Ltd.),生產和售「Nicalon」品牌 SiC 連續纖維,以確保「兩強」對 CMC 關鍵原材料 SiC 纖維的持續供應能力。

GE 正努力將 CMC 應用到發動機的各種部件,包括渦輪葉片升級用到 F414 中,預計到 2016~2018 年間將日產 800 個 CMC 成品部件,以兌現大力拓展 CMC 發動機部件應用的承諾。CFM 準備從 2016 年開始由 CFM56 的生產逐漸過渡到 LEAP-X發動機,到 2020 年實現年產 1700 台發動機。為實現這一產能需求,計劃投資 7.5 億美元,在美國密西西比州埃利斯維爾新建和擴建廠房,總面積擴至 139350m2,用於量產 CMC 材料部件。

SiC 陶瓷基複合材料在航空航天發動機領域的應用前景

根據《航天報》 2014 年 5 月的報道,航天科技集團公司六院 11 所研製生產的陶瓷基複合材料噴管首次參加地面試車,順利通過了發動機方案驗證。


根據商用航空發動機公司研究員 2014 年發表在《航空製造技術》的《商用航空發動機陶瓷基複合材料部件的研發應用及展望》,商用航空發動機處在追趕先進的研製階段,不遠的將來,也將推出裝配具有自主知識產權 CMC 部件的國產長江系列商用航空發動
機。


由此可見,航空航天發動機產業對 SiC 陶瓷基複合材料的研製正在穩步推進。 SiC 陶瓷基複合材料與 SiC 纖維應用前景值得期待。(來源:材料十)

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