■ 杨金华 董禹飞 杨瑞 刘虎 程玲 焦健 / 中国航发航材院

随着航空发动机性能的不断提高，对于先进材料的需求也日趋迫切。近年来，各大发动机厂商均加大投入力度，瞄准新一代耐高温材料——陶瓷基复合材料（CMC）。

陶瓷基复合材料（CMC）由于具备低密度、耐高温、抗氧化等特性，成为航空发动机用高温材料的热点。发动机的高温部件主要包括燃烧室、高/低压涡轮及喷管等，其中高/低压涡轮部件主要包含导向器叶片、转子叶片及涡轮外环。在应用陶瓷基复合材料之前，这些部件主要采用高温合金，其耐温能力发展变化如图1所示[1]。从图中可以看出，从20世纪40年代开始，高温合金的耐温能力逐渐提升，尤其是在20世纪40—50年代，锻造高温合金的耐温能力提升明显，之后处于缓慢提升期，基本上每10年增加约35℃。目前，高温合金的耐温极限维持在1100℃附近，而陶瓷基复合材料的应用将发动机部件的耐温能力提升至1200～1350℃，并且陶瓷基复合材料构件质量通常为镍基高温合金构件质量的1/4～1/3，不仅可以通过提高构件的工作温度提高燃油经济性，还可以通过减轻质量实现燃油经济性的提高。

图1 在拉伸载荷137MPa，持久寿命1000h条件下，材料所能承受的温度极限[1]

航空发动机用陶瓷基复合材料目前主要包含两大类：一类是碳化硅纤维增强的碳化硅基复合材料（SiC/SiC复合材料），包括衍生出的SiBCN、SiCN基复合材料等；另一类是氧化物纤维增强的氧化物基复合材料（OX/OX复合材料），主要是氧化铝纤维增强的氧化铝基复合材料。……