現代商用飛機“飛得更高、更快和更安靜”的需求，對發動機的動力和效率提出了新的要求。為了提高航空發動機的推重比和降低燃料消耗，除了進行先進的結構設計以外，還必須采用先進復合材料。除了目前在(zai)航空發(fa)動(dong)機(ji)風扇葉片(pian)和機(ji)匣上(shang)(shang)等部位采用的樹脂基(ji)復合材料之外，陶瓷(ci)基(ji)復合材料（CeramicMatrix Composite，簡稱CMC ）也(ye)在(zai)航空發(fa)動(dong)機(ji)上(shang)(shang)具有較大的應用前景(jing)。

　　CMC是由高性能纖維和陶瓷基體組成，陶瓷基體可為氮化硅、碳化硅等高溫(wen)(wen)結構陶瓷(ci)。CMC具有(you)密度(du)低、硬度(du)高、熱(re)穩定性(xing)能(neng)優異(yi)及化學耐受(shou)性(xing)強等突出特點，其(qi)密度(du)僅為(wei)高溫(wen)(wen)合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)1/3，強度(du)為(wei)其(qi)2倍，能(neng)夠承(cheng)受(shou)1000°～1500℃的(de)(de)高溫(wen)(wen)（比高溫(wen)(wen)合(he)金(jin)(jin)高200～240℃），且(qie)(qie)結構耐久性(xing)更好(hao)。同時，CMC固(gu)有(you)的(de)(de)斷裂韌性(xing)和(he)(he)損傷容限高，適用于燃氣渦(wo)輪(lun)(lun)發動(dong)機(ji)熱(re)端部件，并能(neng)在(zai)較高的(de)(de)渦(wo)輪(lun)(lun)進(jin)口溫(wen)(wen)度(du)和(he)(he)較少(shao)的(de)(de)冷卻(que)(que)空氣（大(da)于1300℃）下(xia)運(yun)行，發動(dong)機(ji)效率和(he)(he)耗油率明顯(xian)改善(shan)。同時可(ke)大(da)幅降低冷卻(que)(que)結構和(he)(he)冷卻(que)(que)介質，甚至可(ke)取消(xiao)冷卻(que)(que)結構設計(ji)，進(jin)而有(you)效提升發動(dong)機(ji)工作穩定性(xing)和(he)(he)使用壽命。目前在(zai)航(hang)空發動(dong)機(ji)中應用的(de)(de)鎳基高溫(wen)(wen)合(he)金(jin)(jin)可(ke)用CMC來替(ti)代，其(qi)能(neng)夠承(cheng)受(shou)2700℉的(de)(de)高溫(wen)(wen)，且(qie)(qie)不需(xu)要環境障涂層這種特殊(shu)設計(ji)的(de)(de)陶瓷(ci)涂層。

　　陶(tao)瓷基復合材料(liao)(liao)在(zai)航(hang)空發動機(ji)方(fang)面(mian)潛在(zai)的(de)(de)應(ying)用(yong)主要(yao)有發動機(ji)燃燒室及(ji)內(nei)襯(chen)，渦(wo)輪外環、渦(wo)輪轉子葉片(pian)、導向葉片(pian)、噴管(guan)魚鱗(lin)片(pian)、加力(li)燃燒室等。其中，CMC高壓渦(wo)輪轉子葉片(pian)的(de)(de)研(yan)制(zhi)，代表(biao)了當前CMC技(ji)術(shu)發展與(yu)應(ying)用(yong)的(de)(de)最高水平，是“發動機(ji)高溫結(jie)構材料(liao)(liao)的(de)(de)技(ji)術(shu)制(zhi)高點”。

　　國外在陶瓷基復合材料在航空發動機上的研究時間較長，成果較多。美、俄、英投入巨大人力物力，力爭占領以SiC/SiC復合材料為代表的先進武器裝備材料技術制高點。如美國航空航天局(ju)（NASA）在(zai)“超高效(xiao)發(fa)(fa)動(dong)機技術(shu)”（UEET）項目下，開(kai)發(fa)(fa)CMC發(fa)(fa)動(dong)機熱端結(jie)構，能承受渦(wo)輪(lun)進口溫度1649℃，冷(leng)卻(que)需求量比(bi)同(tong)類(lei)高溫合金部(bu)件減少15%～25%。因此，發(fa)(fa)動(dong)機制造商高度重視CMC技術(shu)開(kai)發(fa)(fa)，努力將該材(cai)料引入過渡件、燃燒室內(nei)襯、噴管導(dao)向葉片(pian)甚至渦(wo)輪(lun)轉子件等熱端部(bu)件。

　　CFM公(gong)司(si)在(zai)LEAP-1A民用(yong)(yong)渦扇(shan)發(fa)(fa)動機(ji)上(shang)配(pei)(pei)裝(zhuang)了(le)(le)(le)陶瓷基復(fu)合材(cai)料(liao)制(zhi)備的(de)高(gao)(gao)壓渦輪罩環，裝(zhuang)配(pei)(pei)該發(fa)(fa)動機(ji)的(de)空(kong)客(ke)A320neo飛(fei)機(ji)已于2015年(nian)5月19日成功(gong)完(wan)成了(le)(le)(le)首飛(fei)，表(biao)明(ming)CMC在(zai)航(hang)空(kong)發(fa)(fa)動機(ji)熱端部件(jian)應用(yong)(yong)取得了(le)(le)(le)新突破。作為CFM公(gong)司(si)的(de)50%投資(zi)方，美國通用(yong)(yong)電氣公(gong)司(si)（GE）自2015年(nian)以(yi)來還(huan)在(zai)F414軍用(yong)(yong)渦扇(shan)發(fa)(fa)動機(ji)上(shang)，驗(yan)證了(le)(le)(le)CMC低壓渦輪轉子葉片的(de)耐高(gao)(gao)溫和耐久性能，并(bing)在(zai)GEnx民用(yong)(yong)渦扇(shan)發(fa)(fa)動機(ji)的(de)高(gao)(gao)壓渦輪葉片和燃(ran)燒(shao)室上(shang)開展了(le)(le)(le)一系列試(shi)驗(yan)，進一步驗(yan)證了(le)(le)(le)CMC在(zai)發(fa)(fa)動機(ji)熱端部件(jian)的(de)應用(yong)(yong)潛(qian)力(li)，彰顯了(le)(le)(le)CMC在(zai)未來軍民用(yong)(yong)航(hang)空(kong)發(fa)(fa)動機(ji)的(de)廣(guang)泛應用(yong)(yong)前(qian)景。

　　我國(guo)(guo)在(zai)連續纖維增(zeng)強碳化(hua)硅陶瓷基復合材料研究方(fang)(fang)面起步相(xiang)對較晚。近年來通過(guo)國(guo)(guo)家項目的(de)支(zhi)持，目前國(guo)(guo)內相(xiang)關高校和(he)研究單位在(zai)航(hang)空發動機用連續纖維增(zeng)強碳化(hua)硅陶瓷基復合材料和(he)構件制造技術方(fang)(fang)面已取得(de)可喜的(de)技術突破(po)，形成(cheng)了(le)較為完備的(de)CVI和(he)PIP工(gong)程(cheng)化(hua)制造技術體系。

　　北京航(hang)空制(zhi)造工(gong)程研究所采(cai)用(yong)聚合(he)物浸漬裂解法(PIP)成功制(zhi)備(bei)出適用(yong)于航(hang)空發(fa)(fa)動(dong)機(ji)高(gao)(gao)溫部件(jian)的Cf／SiC復(fu)合(he)材(cai)料，其(qi)密度(du)為1.839／cm3。在發(fa)(fa)動(dong)機(ji)典型工(gong)作(zuo)溫度(du)1200℃條件(jian)下(xia)，通過本工(gong)藝(yi)制(zhi)備(bei)Cf／SiC材(cai)料的彎曲(qu)(qu)強度(du)高(gao)(gao)達712MPa，略高(gao)(gao)于材(cai)料的室溫彎曲(qu)(qu)強度(du)(641MPa)。

　　目(mu)前(qian)國內已經突破第二代(dai)SiC纖維和SiC/SiC復(fu)合(he)材(cai)料研(yan)(yan)制(zhi)關(guan)鍵技術(shu)，具備(bei)了(le)構件(jian)研(yan)(yan)制(zhi)和小批量生(sheng)產能力(li)，但在工(gong)(gong)程產業化方面與西方發(fa)達國家(jia)尚存在明(ming)顯差距。根據(ju)西北工(gong)(gong)業大學張立同(tong)院士2003年1月發(fa)表在《航空制(zhi)造技術(shu)》上的(de)《新型碳化硅陶(tao)瓷基(ji)復(fu)合(he)材(cai)料的(de)研(yan)(yan)究進展》，“我國高推(tui)重比航空發(fa)動(dong)機的(de)研(yan)(yan)制(zhi)對陶(tao)瓷基(ji)復(fu)合(he)材(cai)料也提出了(le)需(xu)求，CMC-SiC燃燒室浮壁模擬件(jian)和尾(wei)噴管調(diao)節片構件(jian)已分別(bie)在發(fa)動(dong)機試驗(yan)臺和發(fa)動(dong)機上成功(gong)地進行了(le)初步驗(yan)證”。

    根據《中國航(hang)天報》2014年5月(yue)的報道，中國航(hang)天科技集團公司(si)六院11所研制生(sheng)產(chan)的陶瓷(ci)基復(fu)合(he)材料噴管首(shou)次參加地面(mian)試(shi)車，順利通過了(le)發動機方案驗證。

     根據中國商(shang)用航(hang)空(kong)發(fa)動機(ji)(ji)公(gong)司研(yan)究員2014年(nian)發(fa)表在(zai)(zai)《航(hang)空(kong)制(zhi)造技(ji)術》的(de)(de)《商(shang)用航(hang)空(kong)發(fa)動機(ji)(ji)陶瓷基復合(he)材(cai)料部件(jian)的(de)(de)研(yan)發(fa)應(ying)用及(ji)展望》，我(wo)國商(shang)用航(hang)空(kong)發(fa)動機(ji)(ji)處在(zai)(zai)追趕先(xian)進的(de)(de)研(yan)制(zhi)階段，不(bu)遠的(de)(de)將來(lai)，也(ye)將推出裝(zhuang)配(pei)具有自主知識產權CMC部件(jian)的(de)(de)國產長(chang)江系列商(shang)用航(hang)空(kong)發(fa)動機(ji)(ji)。

     由(you)此(ci)可見，我國航(hang)(hang)空航(hang)(hang)天發動機(ji)產業(ye)對(dui)SiC陶瓷基復合材(cai)料(liao)的(de)研制正(zheng)在穩步推進。SiC陶瓷基復合材(cai)料(liao)與SiC纖(xian)維應用前景值得期待。

　　作者簡介：王(wang)新筑：重慶大(da)學(xue)航(hang)空航(hang)天學(xue)院(yuan)副教授，碩士生(sheng)導師(shi)，英國利(li)物浦大(da)學(xue)訪問學(xue)者，博(bo)士畢業于哈爾濱(bin)工業大(da)學(xue)航(hang)天學(xue)院(yuan)復合材料與(yu)結構(gou)研究(jiu)所。