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    陶瓷基復合材料在發動機熱端部件修理上的特點

    更新日期:2017-09-25
    摘要:

    作為飛機的心臟,發動機的功能會直接影響飛機功能的各項方針,而最能體現發動機功能的參數之一就是推重比。

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    航空職業業內人士應該清楚,航空發動機熱端部件修理是極其重要的。而關于陶瓷基復合材料,它發動機熱端部件修理上的工藝特色有哪些呢?我們一起來了解一下!

     

    作為飛機的心臟,發動機的功能會直接影響飛機功能的各項方針,而最能體現發動機功能的參數之一就是推重比?,F代航空發動機尋求的方針就是不斷進步推重比,推重比的不斷增加,必定導致現代高功能燃氣渦輪發動機的渦輪前溫度進一步升高?,F有推重比10一級的發動機渦輪進口溫度達到了1 800~2 000K,而推重比15~20一級發動機渦輪進口溫度將達到2 100~2 400K,這遠遠超過了發動機中高溫合金材料的熔點溫度?,F在工藝老練的發動機熱端部件材料,只能滿意推重比10一級發動機的規劃要求,要展開更高推力的先進航空發動機,有必要展開新式耐高溫材料規劃技能的研討。一起,還要處理航空發動機結構輕、持久性強、可靠性高等一系列問題,這就需求運用新式材料和工藝技能,特別在航空發動機熱端部件上?,F在,耐高溫功能較好的陶瓷基復合材料技能已成為航空發動機制作的一個展開趨勢。怎么運用陶瓷基復合材料(CMC)進步航空發動機的結構功率并下降成本,是航空發動機制作面對的首要技能難題之一。 陶瓷基復合材料在航空發動機熱端部件中的運用多見于國外報導。有材料顯現,在航空發動機熱端部件中引進陶瓷基復合材料后,能夠使熱端部件在高溫環境中作業,并下降發動機冷卻氣體流量15%~25%,可有用 進步發動機功率。在國內陶瓷基復合材料的研討盡管取得了必定成效,但在航空發動機熱端部件中的運用研討才剛剛起步,沒有進入工程運用階段。

     

    1、陶瓷基復合材料的簡介

     

    陶瓷基復合材料是在陶瓷基體中引進第二相材料,構成多相復合材料。陶瓷具有耐高溫、抗氧化、耐磨耗、耐腐蝕等長處,但耐性差,難加工。陶瓷基復合材料是一種超高溫復合材料,作業溫度高達1 650℃,在非冷卻條件下,能夠在高于1 200℃環境作業并具有高的強度堅持率。陶瓷基復合材料具有重量輕、模量高、抗拉強度高、吸振性好、耐溫性好、成本低及不易疲憊損壞等特色,密度僅為鎳基合金的1/4~1/3,并且跟著溫度的升高,強度不會下降,甚至比室溫時還高。 在陶瓷中加入纖維,能大幅度進步強度、改進脆性,并進步運用溫度。接連纖維增韌陶瓷基復合材料具有相似金屬的開裂行為,對裂紋不靈敏,戰勝了一般陶瓷材料脆性大、可靠性差等喪命弱點?,F在運用最為廣泛的陶瓷基復合材料首要有碳纖維增韌碳化硅(Cf/SiC)和碳化硅纖維增韌碳化硅(SiCf/SiC)2種,Cf/SiC的運用溫度為1 650℃[1-2],SiCf/SiC為1 450℃,這2種材料具有高溫強度大、重量輕、耐腐蝕和耐磨損性好等優異功能,且其高溫才能將改進發動機功能、推重比和耗油率,可用于長壽命航空發動機的制作。 陶瓷基復合材料增強渦輪盤的結構規劃利用了陶瓷基復合材料密度小的特色,能夠起到對渦輪盤減重作用。SiC型密度為2.0~2.5g/cm3,僅是高溫合金和鈮合金的1/4~1/3、鎢合金的1/10~1/9。 陶瓷基復合材料在發動機熱端部件上運用的關鍵技能有:具有高溫穩定性的先進碳化硅纖維、新的纖維涂層、出產高密度復合材料的制作工藝和避免功能退化的環境涂層。

     

    2、工藝特點

     

    陶瓷材料具有硬度高、耐高溫、耐化學腐蝕等優異功能,但它的脆性和很強的缺陷靈敏性,約束了它在熱結構材料領域的運用,因而陶瓷材料的研討重點是怎么戰勝脆性。改進陶瓷材料脆性的辦法有多種,包含接連纖維增韌、相變增韌、微裂紋增韌以及晶須晶片增韌等。其中接連纖維增韌效果顯著,得到了大力的展開。接連纖維增韌碳化硅基復合材料是現在研討最多的陶瓷基復合材料。航空發動機熱端部件中運用的陶瓷基復合材料一般是碳化硅纖維增強的碳化硅基材料。與常規鎳基合金比較,其密度只要后者的1/4~1/3,可接受溫度高出110~220℃。 制備工藝包含化學氣相滲透法(CVI)、前驅體轉化法(PIP)、反響性熔體燒結法(RMI)、反響燒結法(RB)以及溶膠-凝膠法(Sol-gel)等。研討標明,材料的終究功能很大程度上取決于制備工藝水平。在長時間的研討探究過程中,逐步趨向于以CVI和PIP工藝為代表的現代制備辦法。

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