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用在航空發(fā)動機上的所有材料解析

2016-02-18 15:29:41 作者：本網(wǎng)整理來源：

航空航天發(fā)動機發(fā)展水平是一國綜合國力、工業(yè)基礎(chǔ)和科技水平的集中體現(xiàn)，它的研制集中了現(xiàn)代工業(yè)最尖端的技術(shù)、最先進的工業(yè)成果。今天就為您揭秘，航空航天發(fā)動機上所用的材料。

合金

1、鋁合金

鋁合金具有比模量與比強度高、耐腐蝕性能好、加工性能好、成本低廉等突出優(yōu)點，因此被認為是航空航天工業(yè)中用量最起著至關(guān)重要的作用。

主要應(yīng)用位置：發(fā)動機艙、艙體結(jié)構(gòu)、承載壁板、梁、儀器安裝框架、燃料儲箱等。

2、鈦合金

與鋁、鎂、鋼等金屬材料相比，鈦合金具有比強度很高、抗腐蝕性能良好、抗疲勞性能良好、熱導(dǎo)率和線膨脹系數(shù)小等優(yōu)點，可以在350~450℃以下長期使用，低溫可使用到-196℃。

主要應(yīng)用位置：航空發(fā)動機的壓氣機葉片、機匣、發(fā)動機艙和隔熱板等。

3、超高強度鋼

超高強度鋼具有很高的抗拉強度和足夠的韌性，并且有良好的焊接性和成形性。

主要應(yīng)用位置：航天發(fā)動機殼體、發(fā)動機噴管、軸承和傳動齒輪。

4、鎂合金

鎂合金是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有密度小、比強度高、抗震能力強、可承受較大沖擊載荷等特點。

主要應(yīng)用位置：航天發(fā)動機機匣、齒輪箱等。

復(fù)合材料

航空發(fā)動機的發(fā)展之快，尤其是越來越嚴苛的溫度和重量要求，漸進提高的傳統(tǒng)材料已然不能滿足，轉(zhuǎn)而呼喚材料科學(xué)開辟新的體系，那就是復(fù)合材料。根據(jù)復(fù)合材料各自的特點，可用于發(fā)動機不同的零部件上。

1、碳碳復(fù)合材料

C/C基復(fù)合材料，即碳纖維增強碳基本復(fù)合材料，它把碳的難熔性與碳纖維的高強度及高剛性結(jié)合于一體，使其呈現(xiàn)出非脆性破壞。由于它具有重量輕、高強度，優(yōu)越的熱穩(wěn)定性和極好的熱傳導(dǎo)性，是當(dāng)今最理想的耐高溫材料，特別是在 1000-1300℃的高溫環(huán)境下，它的強度不僅沒有下降，反而有所提高。是近年來最受重視的一種更耐高溫的新材料。最顯著的優(yōu)點是耐高溫（大約2200℃）和低密度，可使發(fā)動機大幅度減重，以提高推重比。

主要應(yīng)用位置：碳碳復(fù)合材料如果能夠解決表面以及界面在中溫時的氧化問題，并能在制備時提高致密化速度，并降低成本，則有望在航空發(fā)動機中得到大量的實際應(yīng)用。

目前已有部分應(yīng)用，例如美國的F119發(fā)動機上的加力燃燒室的尾噴管，F(xiàn)100發(fā)動機的噴嘴及燃燒室噴管，F(xiàn)120驗證機燃燒室的部分零件已采用C/C基復(fù)合材料制造。法國的M88-2發(fā)動機，幻影2000型發(fā)動機的加力燃燒室噴油桿、隔熱屏、噴管等也都采用了C/C基復(fù)合材料。

2、陶瓷基復(fù)合材料

陶瓷基復(fù)合材料（CMC）由于其本身耐溫高、密度低的優(yōu)勢，在航空發(fā)動機上的應(yīng)用呈現(xiàn)出從低溫向高溫、從冷端向熱端部件、從靜子向轉(zhuǎn)子的發(fā)展趨勢。

CMC材料具有耐溫高、密度低、類似金屬的斷裂行為、對裂紋不敏感、不發(fā)生災(zāi)難性損毀等優(yōu)異性能，有望取代高溫合金滿足熱端部件在更高溫度環(huán)境下的使用，不僅有利于大幅減重，而且還可以節(jié)約甚至無須冷氣，從而提高總壓比，實現(xiàn)在高溫合金耐溫基礎(chǔ)上進一步提升工作溫度400～500℃，結(jié)構(gòu)減重50%～70%，成為航空發(fā)動機升級換代的關(guān)鍵熱結(jié)構(gòu)用材。

主要應(yīng)用位置：短期目標(biāo)為尾噴管、火焰穩(wěn)定器、渦輪罩環(huán)等；中期目標(biāo)是應(yīng)用在低壓渦輪葉片、燃燒室、內(nèi)錐體等；遠期目標(biāo)鎖定在高壓渦輪葉片、高壓壓氣機和導(dǎo)向葉片等應(yīng)用。

3、樹脂基復(fù)合材料

先進樹脂基復(fù)合材料是以高性能纖維為增強體、高性能樹脂為基體的復(fù)合材料。與傳統(tǒng)的鋼、鋁合金結(jié)構(gòu)材料相比，它的密度約為鋼的1/5,鋁合金的1/2,且比強度與比模量遠高于后二者。

主要應(yīng)用位置：航空發(fā)動機冷端部件（風(fēng)扇機匣、壓氣機葉片、進氣機匣等）和發(fā)動機短艙、反推力裝置等部件上得到廣泛應(yīng)用。

4、金屬基復(fù)合材料

金屬基復(fù)合材料主要是指以Al、Mg等輕金屬為基體的復(fù)合材料。在航空和宇航方面主要用它來代替輕但有毒的鈹。這類材料具有優(yōu)良的橫向性能、低消耗和優(yōu)良的可加工性，已成為在許多應(yīng)用領(lǐng)域最具商業(yè)吸引力的材料，并且在國外已實現(xiàn)商品化。

主要應(yīng)用位置：適合用作發(fā)動機的中溫段部件。

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