航(hang)空发(fa)动(dong)机(ji)先(xian)进(jin)材料(liao)发(fa)展现状和(he)趋势研究

航(hang)空(kong)发动(dong)机作(zuo)为(wei)飞(fei)机(ji)的(de)核心(xin)动(dong)力装(zhuang)置(zhi)，为飞机(ji)提供(gong)源(yuan)源不(bu)断(duan)的动力，需要(yao)在高温、高(gao)压(ya)、高(gao)转(zhuan)速恶劣(lie)环(huan) 境(jing)条件下长(zhang)期(qi)反(fan)复(fu)服役，对(dui)飞(fei)机(ji)的性能(neng)、安(an)全性(xing)和(he)可靠(kao)性(xing)具有决定性的(de)作(zuo)用(yong)，其(qi)发(fa)展水平(ping)已经成为衡量(liang)一(yi)个 国(guo)家军事装(zhuang)备水(shui)平(ping)、科技(ji)工业(ye)实(shi)力和综合(he)国(guo)力(li)的重要标志(zhi)。航空(kong)发(fa)达(da)国家(jia)实(shi)施(shi)的(de)综合化高(gao)性(xing)能(neng)涡轮(lun)发动(dong)机(ji)技 术计(ji)划(hua)（ＩＨＰＴＥＴ )和先进(jin)核心(xin)军(jun)用发(fa)动机(ji)(ACME)计(ji)划，在(zai)高推重(zhong)比，低耗(hao)油率(lv)，低成本(ben)航(hang)空(kong)发动(dong)机上 取(qu)得了(le)很(hen)大进展[1-2] 。

材料是(shi)航空(kong)发动机(ji)发展的物质基(ji)础，是(shi)决定(ding)航(hang)空发动(dong)机现(xian)代(dai)化(hua)水(shui)平(ping)的(de)关(guan)键因素(su)之一(yi)。“一代(dai)材(cai)料、一(yi)代 发(fa)动(dong)机(ji)”，材料是航(hang)空发动机(ji)性(xing)能、耐(nai)久(jiu)性、维(wei)修性和(he)成(cheng)本的(de)决定性因(yin)素(su)[3] 。近(jin)年(nian)来(lai)，新(xin)一代(dai)航空发(fa)动机(ji) 提(ti)出了(le)更(geng)高的(de)增压比、推(tui)重比和(he)涡轮(lun)前(qian)进(jin)口温(wen)度(du)，航(hang)空发动机性能指标(biao)的大(da)幅提高，使得材料(liao)的服役(yi)条件越 加(jia)恶(e)劣，因(yin)此(ci)对(dui)材(cai)料性能有(you)着更(geng)加(jia)苛(ke)刻的(de)要(yao)求(qiu)，目前(qian)推重(zhong)比(bi)为10的(de)发动机(ji)涡(wo)轮进口(kou)温(wen)度已(yi)达(da)1850Ｋ～1900Ｋ ，推(tui)重比12～15发(fa)动机涡轮(lun)进口(kou)温度超过(guo)2000Ｋ[4-5] 。为了满(man)足先(xian)进航(hang)空发动机(ji)对材料越(yue)来越苛(ke)刻(ke)的(de)要求(qiu) ，高(gao)温、高(gao)强(qiang)、低(di)密(mi)度(du)材(cai)料(liao)的研(yan)究(jiu)不断(duan)加快(kuai)，图 1 列(lie)出(chu)了部(bu)分(fen)不(bu)同(tong)温(wen)度下服役的(de)先(xian)进(jin)材(cai)料。

而(er)航空发(fa)动机先(xian)进(jin)新(xin)材(cai)料要达到成熟(shu)应(ying)用(yong)必须走完材料(liao)研制和应用(yong)研(yan)究(jiu)两(liang)个全过程(cheng)。通(tong)过(guo)实(shi)际使用(yong)环(huan)境(jing) 下(xia)的(de)考核(he)验(yan)证，且性(xing)能(neng)稳定、可(ke)靠(kao)，即技(ji)术成(cheng)熟度(du)必须(xu)达(da)到７～8级(ji)，才能(neng)在型(xing)号上(shang)应(ying)用(yong)[6] 。因此(ci)，能(neng)应(ying) 用(yong)在(zai)航(hang)空(kong)发动(dong)机上(shang)先进(jin)材(cai)料(liao)的研(yan)制(zhi)周期(qi)非常(chang)长，为了确保(bao)型号(hao)的研制(zhi)进度，往(wang)往需(xu)要(yao)提(ti)前(qian)开(kai)展关(guan)键(jian)技(ji)术(shu)的攻(gong) 关。所以有必(bi)要对可应用(yong)于航空(kong)发(fa)动(dong)机(ji)先(xian)进材料(liao)的发展(zhan)情(qing)况进行研究分(fen)析(xi)，掌(zhang)握(wo)国内外先(xian)进材(cai)料(liao)的(de)研(yan)究(jiu)和应 用(yong)情况(kuang)，为(wei)发动(dong)机(ji)主机设计(ji)单(dan)位技(ji)术(shu)规划(hua)提(ti)供(gong)支撑(cheng)，同(tong)时为(wei)材(cai)料(liao)研(yan)制单(dan)位进一(yi)步发展指明方向(xiang)。

因(yin)此，本(ben)文(wen)对近(jin)年(nian)来(lai)航空(kong)发(fa)动(dong)机先(xian)进(jin)材(cai)料(liao)的国(guo)内外(wai)研究(jiu)进展(zhan)和应(ying)用(yong)情况进(jin)行分(fen)析总结(jie)，并(bing)结(jie)合(he)航(hang)空(kong)发(fa)动 机型(xing)号和未(wei)来(lai)新一代(dai)先(xian)进(jin)航(hang)空(kong)发动机材料(liao)的(de)需(xu)求(qiu)，提出(chu)发(fa)展建议。

1、国内外研(yan)究(jiu)进展

1.1　 高温(wen)材料

为了进一步提(ti)升(sheng)材(cai)料(liao)的(de)性能，满(man)足航(hang)空(kong)发动(dong)机零(ling)部(bu)件(jian)愈(yu)加苛刻(ke)的(de)性(xing)能要(yao)求，于是材(cai)料(liao)科学家(jia)们开始通(tong)过(guo) 深(shen)入研(yan)究(jiu)传统高温合金制造(zao)工艺来进(jin)一(yi)步挖(wa)掘(jue)材(cai)料(liao)的(de)性(xing)能，如(ru)涡(wo)轮(lun)叶(ye)片采(cai)用(yong)单(dan)晶(jing)铸(zhu)造工(gong)艺，涡轮盘(pan)采(cai)用粉(fen)末(mo) 冶金工艺(yi)等，应(ying)用这些(xie)工(gong)艺后传(chuan)统高温合金(jin)性(xing)能得(de)到了极大(da)的(de)提升(sheng)，为三(san)代航空(kong)发动机(ji)的研制提(ti)供了(le)基础， 而材(cai)料(liao)性能已趋(qu)近(jin)极限(xian)，要(yao)满足(zu)新一(yi)代(dai)先进航空发(fa)动(dong)机(ji)对材(cai)料的要求，传统(tong)高温(wen)合金不(bu)再(zai)能满(man)足于(yu)先(xian)进发动(dong) 机的(de)发(fa)展(zhan)，急需开展新材(cai)料(liao)及(ji)工(gong)艺研(yan)究(jiu)，向(xiang)着高(gao)比强度(du)、高比刚度、抗(kang)氧(yang)化、耐腐蚀(shi)等新型材料发(fa)展[5] 。

1.1.1　 陶(tao)瓷基(ji)复合(he)材料

陶(tao)瓷基(ji)复(fu)合材料(liao)工作(zuo)温(wen)度(du)可达 1650℃ ，与镍(nie)基高温(wen)合(he)金(jin)的性能(neng)比(bi)较(jiao)如图2所(suo)示(shi)，与(yu)高(gao)温(wen)合(he)金(jin)相(xiang)比具有(you) 更(geng)低(di)的(de)密度(du)、更好的抗(kang)氧(yang)化性和更(geng)高的(de)承(cheng)温能(neng)力(li)等优势。作为(wei)发(fa)动(dong)机热端(duan)部件材(cai)料(liao)不仅能(neng)实现(xian)减重、降低(di)油(you) 耗(hao)、提(ti)高涡(wo)轮(lun)前温度，而(er)且能够(gou)承受极(ji)端高(gao)温(wen)环境(jing)下的应力要(yao)求，延(yan)长部(bu)件(jian)服役寿命(ming)[７] 。

当前(qian)陶瓷(ci)基复合材(cai)料主(zhu)要应(ying)用(yong)于发动机(ji)低(di)压(ya)涡轮(lun)静子叶片(pian)、喷管(guan)等热(re)端(duan)部(bu)件非(fei)转(zhuan)子组件，向(xiang)着(zhe)高压涡(wo)轮 叶(ye)片等(deng)服(fu)役(yi)环(huan)境(jing)更加恶劣的(de)高(gao)温部件(jian)。国外(wai)经(jing)过四(si)十年的发(fa)展(zhan)， ＧＥ 、罗罗(luo)和 ＨｙｐｅｒＴｈｅｒｍ　 ＨTC等公(gong)司针(zhen)对(dui)陶瓷基(ji)复(fu)合(he)材(cai)料在航(hang)空发(fa)动机热端(duan)部(bu)的应(ying)用开展了大(da)量的(de)研究工作(zuo)，已(yi)成(cheng)功应用(yong)于多款型航 空发动机(ji)并实(shi)现(xian)了工程(cheng)化(hua)生(sheng)产，并逐渐从低(di)承力(li)部件（尾喷(pen)管(guan)，火(huo)焰(yan)筒)发展(zhan)到高承力部(bu)件（涡轮(lun)导(dao)向(xiang)器叶 片(pian)和涡(wo)轮(lun)转(zhuan)子(zi)叶(ye)片(pian))。国内陶(tao)瓷基(ji)复合(he)材料的(de)在(zai)材(cai)料研制和(he)构(gou)件(jian)制备(bei)上开(kai)展了(le)一系(xi)列的研究(jiu)工作(zuo)，具备(bei)了构(gou) 件研制(zhi)和小(xiao)批(pi)量(liang)生产能力，但是在航(hang)空(kong)发(fa)动(dong)机热(re)端(duan)部(bu)件的(de)应(ying)用(yong)研究尚属于(yu)起步阶(jie)段，仅(jin)部(bu)分(fen)静(jing)子件(jian)上(shang)开(kai)展(zhan)了(le) 试验考(kao)核[8-12] 。

陶瓷(ci)基(ji)复合(he)材(cai)料由陶瓷(ci)基(ji)体(ti)、增(zeng)强纤维(wei)和(he)界(jie)面(mian)层(ceng)构成，在(zai)陶瓷基(ji)体中(zhong)通过(guo)引入纤(xian)维作为(wei)增(zeng)强材(cai)料(liao)，即(ji)保 留了陶瓷(ci)材(cai)料(liao)的(de)耐(nai)高温(wen)、抗(kang)氧(yang)化(hua)、耐磨(mo)耗、耐(nai)腐蚀等优点，同(tong)时纤维增(zeng)强相(xiang)的增(zeng)韧(ren)机制(zhi)使得(de)材料对(dui)裂(lie)纹(wen)不敏 感，克服了陶瓷材(cai)料(liao)脆性大、可(ke)靠性低(di)等(deng)缺(que)点[13-14] 。陶(tao)瓷(ci)基复(fu)合材料(liao)构(gou)件(jian)制备流(liu)程可分(fen)为 4 个(ge)阶(jie)段(duan)， 如图 3 所示[15-16] 。

目前(qian)，应用最多的(de)是(shi)碳纤(xian)维(wei)增(zeng)强碳化硅陶瓷(ci)基复合材(cai)料(liao)，其(qi)综合性(xing)能(neng)优(you)越，但(dan)是在(zai)燃(ran)气环(huan)境(jing)中(zhong)长(zhang)时(shi)间服 役(yi)需(xu)要借助环(huan)境热障(zhang)涂(tu)层(ceng)技(ji)术。环(huan)境障涂(tu)层结(jie)构(gou)致(zhi)密(mi)，具(ju)有高的(de)熔点(dian)、良好(hao)的表面(mian)稳(wen)定性(xing)、低的氧(yang)渗(shen)透(tou)能(neng)力(li) 低等特点，除了能够(gou)抵(di)抗(kang)环(huan)境腐蚀，同时还(hai)兼(jian)具阻(zu)碍(ai)及愈(yu)合(he)裂纹(wen)和空(kong)隙(xi)的(de)作用[1７-18] 。相(xiang)比美(mei)国等少(shao)数 国家掌(zhang)握(wo)的连(lian)续纤(xian)维(wei)碳(tan)化硅(gui)陶瓷(ci)基复合(he)材(cai)料(liao)产业化(hua)技术(shu)，中国陶(tao)瓷基复(fu)合(he)材(cai)料的成(cheng)形工艺和(he)高性(xing)能纤(xian)维制(zhi)备 技(ji)术(shu)与(yu)国(guo)外(wai)相(xiang)比还有差距，局限(xian)了(le)陶(tao)瓷基(ji)复(fu)合(he)材(cai)料的(de)批量(liang)生(sheng)产(chan)。

1.1.2　 碳／碳复合(he)材料

碳／碳复合材(cai)料是一种新(xin)型(xing)的(de)高温(wen)材料(liao)，具有低的(de)密(mi)度（理论(lun)密度为(wei) 2.2ｇ ／ cm² )、低(di)的(de)热膨(peng)胀系(xi) 数、高的强(qiang)度和良好的耐高温性(xing)能，同时还具(ju)有力(li)学(xue)性能随温度的升高而升高(gao)的特(te)点。将(jiang)其(qi)应(ying)用于航空发动(dong) 机具有(you)提(ti)高发动(dong)机(ji)推重比／功(gong)重(zhong)比(bi)和(he)热端(duan)部(bu)件(jian)工(gong)作(zuo)温(wen)度等(deng)优(you)点(dian)[19] 。

然(ran)而(er)，碳(tan)在3７0℃空(kong)气(qi)中、在(zai)650℃水(shui)蒸气中、在(zai)７50℃的CO₂ 中(zhong)就(jiu)会发生氧(yang)化(hua)[20] ，氧(yang)化使得碳／碳(tan) 复合材(cai)料(liao)结(jie)构疏(shu)松(song)和(he)不连续，从而使得(de)力(li)学性(xing)能大(da)幅度的(de)下降[21] 。较(jiao)差(cha)抗氧化性能限制其应用(yong)，因(yin)此涂 层和(he)基体(ti)改性等(deng)抗(kang)氧(yang)化(hua)技术(shu)被(bei)应用(yong)到了碳(tan)／碳复(fu)合(he)材(cai)料中(zhong)。目前国外在一(yi)定(ding)温度(du)范围内的(de)抗(kang)氧化(hua)技术(shu)已经较(jiao) 为(wei)成熟，特别是多(duo)层(ceng)涂覆(fu)技术已满(man)足了(le) 1７00℃ 以上的(de)抗(kang)氧化要求。

Ｆ100 航(hang)空发动机的(de)喷嘴(zui)和(he)加力燃(ran)烧(shao)室喷管均采(cai)用碳／碳复(fu)合(he)材料(liao)进(jin)行(xing)制备(bei)。近年来，随(sui)着碳(tan)／碳(tan)复合(he) 材(cai)料技术(shu)的发(fa)展，美(mei)国(guo) LTV公司(si)已生产出(chu)了碳／碳复合材(cai)料整(zheng)体涡轮(lun)叶(ye)盘(pan)，并(bing)已完(wan)成(cheng)地(di)面超转(zhuan)试(shi)验(yan)。此外(wai)， 俄(e)罗斯(si)、德国、法(fa)国(guo)也(ye)已经生(sheng)产(chan)出碳碳复(fu)合材料(liao)的(de)涡(wo)轮转子外环、喷油杆等部件(jian)[19] 。

1.1.3　 金(jin)属(shu)间化合(he)物(wu)

金(jin)属(shu)间(jian)化(hua)合物是金(jin)属元素(su)之(zhi)间(jian)或(huo)金(jin)属元(yuan)素(su)与类金(jin)属元(yuan)素之间(jian)通(tong)过共价键连接，具有良好(hao)的耐(nai)高(gao)温(wen)、耐磨 损(sun)和(he)抗氧化(hua)性(xing)能的(de)新型耐高温(wen)材(cai)料(liao)[22] 。目(mu)前在航(hang)空发动机上应用趋势较为明(ming)显(xian)的有 Ti-Al 系金(jin)属间(jian)化(hua)合(he) 物(wu)。在(zai) Ti-Al 系(xi)金属(shu)间(jian)化合(he)物中(zhong)，主要(yao)研(yan)究(jiu)的是(shi) Ti3 Al 合(he)金(jin)、TiAl 合(he)金以及 Ti2AlNb合(he)金，其(qi)中 Ti3 Al 和(he) Ti2AlNb合(he)金(jin)长期(qi)工(gong)作温度(du)可(ke)达(da) 650℃～７00℃，而(er)TiAl 合金工作温度(du)则(ze)可(ke)达(da) ７60℃～800℃ 。采 用 TiAl 合金制造(zao)叶片可降低叶(ye)片(pian)零件

质量，实(shi)现系统的减(jian)重，同(tong)时显(xian)著降(jiang)低(di)轮盘(pan)载荷(he)。目(mu)前(qian) TiAl合(he)金叶(ye)片(pian)主要(yao)采(cai)用(yong)精密锻(duan)造(zao)工艺制(zhi)备，图(tu)4 为(wei)铸造TiAl合金(jin)与锻造(zao) TiAl 合(he)金(jin)及其它(ta)金属结(jie)构材(cai)料(liao)比强(qiang)度的比较，通(tong)过锻造变形，可(ke)以(yi)大幅(fu)度(du)提高(gao) TiAl合(he)金的(de)塑(su)性(xing)、强度(du)和(he)疲(pi)劳(lao)性能(neng)[23] 。图5为(wei)锻造TiAl合(he)金叶片(pian)的工艺路线图。

从 2000 年(nian)开始(shi)，国(guo)外开(kai)始(shi)采(cai)用锻造(zao)工艺制(zhi)造 TiAl 合金(jin)叶片(pian)， ＲOｌｌｓ－ ＲOｙｃｅ 公(gong)司研(yan)制(zhi)了(le) 锻(duan)造(zao) TiAl 高(gao)压压(ya)气机(ji) ７ 、8 、 9级(ji)叶片(pian)，并通(tong)过了(le)发(fa)动机试车(che)考核(he)；普(pu)惠 ＰＷ1100Ｇ发(fa)动(dong)机(ji)第三(san)级低(di) 压涡轮(lun)叶(ye)片(pian)装(zhuang)备(bei)空(kong)客(ke) Ａ320ＮｅO飞(fei)机，并(bing)于2014年(nian)9月首(shou)飞，如(ru)图(tu)6所示[24] 。国(guo)内，北京航空材(cai)料研(yan)究院 、西北工业大学(xue)、北京(jing)航(hang)空航(hang)天(tian)大(da)学、南京(jing)理(li)工大(da)学(xue)、北京(jing)科(ke)技(ji)大(da)学(xue)等在锻(duan)造(zao) TiAl合(he)金(jin)做了大量(liang)的研究(jiu)工 作，尤其(qi)突(tu)破(po)了大规(gui)格高(gao)纯净(jing)工(gong)业化铸锭(ding)制(zhi)备、包(bao)套(tao)挤(ji)压(ya)开坯、矩(ju)形截面(mian)细晶(jing)挤(ji)压(ya)棒(bang)材制(zhi)备(bei)、叶(ye)片(pian)等(deng)温模(mo)锻 、薄(bao)板包覆轧制(zhi)、复(fu)杂(za)构件超塑(su)成(cheng)形(xing)、叶片零件(jian)加工(gong)等一(yi)系列关(guan)键(jian)技术，逐(zhu)步(bu)缩短与国外(wai)的(de)差距。

1.2　 耐(nai)高(gao)温(wen)涂(tu)层材(cai)料(liao)

1.2.1　 高(gao)温(wen)防(fang)护(hu)涂(tu)层材(cai)料

高(gao)温材料(liao)的(de)应(ying)用(yong)可大大(da)提高热(re)端(duan)部件(jian)的(de)高(gao)温(wen)强度(du)，但新(xin)一(yi)代航空发动(dong)机(ji)涡轮(lun)进(jin)口温(wen)度(du)进(jin)一步提(ti)高(gao)，已超 过了镍(nie)基(ji)单(dan)晶(jing)高(gao)温(wen)合(he)金(jin)的熔(rong)点，高温(wen)合金(jin)的(de)承(cheng)温能力逐(zhu)渐(jian)不(bu)能(neng)满(man)足其需(xu)求(qiu)，而(er)采(cai)用(yong)高(gao)温涂(tu)层加(jia)冷却(que)结(jie)构结合(he) ，其使(shi)用温度可达(da)到 1650℃以上(shang)，保(bao)证(zheng)了(le)发(fa)动机的(de)可靠(kao)服役。因此(ci)，在(zai)材(cai)料(liao)表面涂(tu)覆(fu)抗(kang)高温(wen)性(xing)能优异的(de)防 护涂层(ceng)是(shi)提(ti)高(gao)热端(duan)部件(jian)的(de)性(xing)能和延(yan)长寿(shou)命(ming)的有效(xiao)措(cuo)施之一(yi)。

目(mu)前，航空(kong)发(fa)动(dong)机(ji)高温(wen)防(fang)护涂层(ceng)包(bao)括热(re)障涂层(ceng)、抗(kang)氧(yang)化涂层、内腔(qiang)涂层(ceng)等(deng)，对(dui)涡(wo)轮叶片(pian)内外(wai)表面进(jin)行防 护(hu)，涂(tu)层(ceng)结构(gou)如图 ７所(suo)示(shi)。热(re)障涂层主(zhu)要(yao)应(ying)用(yong)于(yu)涡轮叶(ye)片(pian)外表(biao)面，提(ti)高叶片(pian)材料的高(gao)温抗氧(yang)化(hua)腐蚀(shi)及隔热 ；抗(kang)氧(yang)化涂层主要应用于涡(wo)轮叶(ye)片的外表(biao)面(mian)，提(ti)高叶(ye)片(pian)材(cai)料的(de)高(gao)温抗氧化(hua)性能，同时还可(ke)以作为(wei)热障(zhang)涂层(ceng)的(de) 金属粘(zhan)接层，以(yi)改(gai)善热障涂(tu)层(ceng)间的(de)界(jie)面匹配性；内腔涂层(ceng)主要(yao)应(ying)用于涡轮(lun)叶(ye)片(pian)的内(nei)腔(qiang)，以提高内腔的高温抗(kang) 氧化(hua)性(xing)能(neng)[25] 。

1.2.1.1　 热(re)障(zhang)涂(tu)层

热(re)障(zhang)涂(tu)层的陶(tao)瓷层材料(liao)需(xu)要(yao)具有(you)难(nan)熔(rong)、相稳(wen)定、化(hua)学(xue)惰性(xing)和低热导、高(gao)热反射率(lv)等重(zhong)要(yao)物(wu)理(li)化(hua)学特征， 同(tong)时(shi)要考虑(lv)其热膨(peng)胀系数(shu)与(yu)基体(ti)材(cai)料(liao)之(zhi)间的匹配(pei)。 ＺｒO₂ 是(shi)目前应(ying)用广(guang)泛，综(zong)合性能(neng)较(jiao)好的热(re)障(zhang)涂(tu)层(ceng)材料 ，它具(ju)有高(gao)熔(rong)点(dian)、化(hua)学稳定性耐(nai)和高温(wen)氧化(hua)等(deng)特点，但(dan)纯(chun) ＺｒO ₂ 具有同(tong)素(su)异晶转(zhuan)变，温度升(sheng)高(gao)后(hou)由(you)单斜(xie) 结(jie)构(gou)转(zhuan)变为立方结(jie)构，伴(ban)随着4％～6％ 体积分数(shu)的(de)变(bian)化而产(chan)生内部热应(ying)力(li)，目(mu)前广泛(fan)使(shi)用 Ｙ ₂ O ₃ 作为 稳定剂，通过(guo)自由(you)膨胀(zhang)和(he)收(shou)缩来释(shi)放中间(jian)粘结(jie)层与(yu)陶(tao)瓷(ci)层(ceng)因热膨(peng)胀(zhang)系(xi)数不(bu)匹配而产(chan)生(sheng)的内(nei)部热(re)应力，达(da)到(dao)增(zeng) 韧的效(xiao)果(guo)，从(cong)而(er)提(ti)高(gao)材料的(de)抗(kang)热(re)震(zhen)性与(yu)寿(shou)命。20世(shi)纪(ji)80年代(dai)初，普惠公(gong)司(si)成功(gong)地开(kai)发了(le)ＰＷＡ264第(di)2代 热 障 涂(tu) 层，成 功(gong) 应(ying) 用(yong) 在(zai) 了(le)ＪＴ9Ｄ 、 ＰＷ2000 、 ＰＷ4000 和Ｖ2500等发 动(dong) 机 涡(wo) 轮 叶(ye) 片(pian) 上， 截(jie) 至1992年，该 涂 层(ceng) 用 于ＪＴ9Ｄ 、 ＰＷ2000 等(deng)发(fa)动机涡(wo)轮(lun)叶片(pian)上(shang)已经累(lei)计飞(fei)行了(le) 400 万小(xiao)时以上(shang) [26-2７] 。为了适(shi)应(ying)更高的温(wen)度(du)要(yao)求(qiu)，普(pu)惠公司(si)又(you)成(cheng)功(gong)地开发了(le) ＰＷＡ266第(di)3代(dai)涡(wo)轮叶片(pian)热(re)障(zhang)涂(tu)层(ceng)，涂层(ceng) 制(zhi)备(bei)工(gong)艺(yi)采用 ＥＢ-ＰＶＤ ，应 用(yong) 至 ＪＴ9Ｄ-７Ｒ4、 Ｖ2500 、 Ｆ100-ＰＷ-229 和(he)Ｆ119等发动(dong)机(ji)涡(wo) 轮叶片(pian)上(shang)，应用(yong)该(gai)涂(tu)层(ceng)后(hou)， Ｆ119发动(dong)机高(gao)压(ya)涡轮工(gong)作(zuo)叶(ye)片工(gong)作(zuo)温(wen)度(du)可提高150Ｋ左(zuo)右(you)[28-30] 。截(jie)至(zhi)目(mu)前(qian) 国外应用于(yu)热障涂(tu)层的陶瓷层(ceng)粉末(mo)和靶(ba)材(cai)技术已(yi)十(shi)分成熟(shu)，正(zheng)在开展更(geng)低(di)热导率的新(xin)型(xing)陶(tao)瓷(ci)材料(liao)、或者对(dui)现 役传统材料进(jin)行改进(jin)研究(jiu)，以(yi)提(ti)高涂层(ceng)的使(shi)用温度(du)和(he)隔(ge)热性能(neng)。

国(guo)内近(jin)十(shi)年来也(ye)开(kai)始自(zi)主(zhu)研(yan)制喷(pen)涂(tu)用YSZ粉(fen)末，尤其(qi)是(shi)纳米(mi)YSZ粉末(mo)取(qu)得了(le)一(yi)定(ding)的进(jin)展，然(ran)而(er)国内(nei)自(zi)主研 制(zhi)的(de)喷涂用(yong)YSZ粉(fen)末(mo)还存在 Ｃｌ－ 1含(han)量(liang)偏高(gao)、杂质元(yuan)素含(han)量超(chao)标(biao)、造粒度均(jun)匀(yun)性(xing)差(cha)等(deng)问题(ti)，此外纳米YSZ 粉(fen)末还存在团(tuan)聚前的(de)原(yuan)始(shi)晶(jing)粒(li)度偏大、粉末的流动(dong)性(xing)、喷(pen)涂工(gong)艺(yi)性较差(cha)等(deng)问(wen)题(ti)，且(qie)批(pi)次一(yi)致(zhi)性(xing)有待(dai)提(ti)高。

1.2.1.2　 抗氧(yang)化涂层(ceng)

目前报(bao)道(dao)获得应用(yong)的(de)高(gao)温抗氧化(hua)涂(tu)层(ceng)主要(yao)是(shi) ＭＣｒＡ －ｌＹ (Ｍ 是 过(guo) 渡 族 金(jin) 属(shu)Ni 、 CO 、或(huo) ＮｉCO )和 ＰｔAl 两 种。

ＭＣｒAlＹ涂层(ceng)的抗(kang)氧化(hua)机(ji)理一(yi)般是通过(guo)高温氧化(hua)环境中(zhong)，在表面首先形(xing)成(cheng) Al2O3 保护(hu)性氧化(hua)层(ceng)以阻(zu) 止(zhi)涂层的(de)进(jin)一步氧化，达(da)到(dao)保护(hu)基体的目的(de)。国(guo)外对 ＭＣｒAlＹ 涂层的研究(jiu)主(zhu)要(yao)集(ji)中(zhong)在改变成分含量以及 添(tian)加(jia)一(yi)些(xie)元(yuan)素(su)(Si 、 Ti、Ta 、 W 、 CO 、 Mo 、 Hf 、 Re )或(huo)氧(yang)化(hua)物(wu)以(yi)提(ti)高(gao)粘(zhan)结(jie)层(ceng)的(de)抗(kang)氧化和(he)耐热腐蚀 性(xing)能方面(mian)。 ＰｔAl 涂(tu)层由于贵(gui)金(jin)属(shu) Ｐｔ 的(de)加(jia)入(ru)使得涂层(ceng)在(zai)高(gao)温(wen)下保护膜的成膜性(xing)能更好，氧(yang)化(hua)膜(mo)自(zi)修复 性(xing)能(neng)更加突(tu)出(chu)。国外对ＰｔAl粘结层材(cai)料(liao)的研究(jiu)集(ji)中(zhong)在Ｐｔ含量(liang)对其抗(kang)氧(yang)化(hua)性能的(de)影响方(fang)面(mian)[31-34] 。

国内(nei)高(gao)温抗氧化(hua)涂层(ceng)的(de)承(cheng)温能(neng)力、抗氧(yang)化性(xing)能与(yu)国(guo)外还存在(zai)差(cha)距。目(mu)前(qian)实际(ji)应用(yong)较(jiao)多(duo)抗氧(yang)化(hua)涂(tu)层的是 ＭＣｒＡ －ｌＹ ，北(bei)京(jing)航空材(cai)料研究院(yuan)、金(jin)属所(suo)、中(zhong)国农业机械(xie)化(hua)科(ke)学研(yan)究院等(deng)单位先(xian)后研(yan)制了 ＭＣｒ AlＸ系涂(tu)层(ceng)(ＮｉＣｒAlＹ 、 ＮｉＣｒAl－ＹSi 、 ＮｉCOＣｒAlＹＴａ和 ＮｉCOＣｒAlＹ等)高(gao)温(wen)防护(hu) 涂(tu)层(ceng)，用(yong)于(yu)发(fa)动(dong)机涡(wo)轮(lun)叶片(pian)的(de)防(fang)护(hu)，并(bing)进入(ru)小(xiao)批量(liang)生产阶(jie)段。国内(nei)在ＰｔAl 涂层方面(mian)，还未开展 Ｐｔ 、 Al 的(de)相对含(han)量对(dui)抗氧化性能(neng)的影响研(yan)究，制备的 ＰｔAl 粘(zhan)结(jie)层(ceng)抗(kang)氧(yang)化性能还有(you)待(dai)提(ti)高。

1.2.1.3　 内(nei)腔(qiang)防护(hu)涂层(ceng)

内腔防护(hu)涂(tu)层(ceng)主要(yao)包括简单型(xing)铝化(hua)物涂层和(he)改进型铝化(hua)物涂层(ceng)两(liang)种(zhong)。简(jian)单型(xing)铝化(hua)物涂层是在高温(wen)合(he)金(jin)基(ji) 体(ti)上(shang)简单(dan)渗(shen)铝，具(ju)有良(liang)好(hao)的抗氧(yang)化(hua)性能，但其抗(kang)热(re)腐蚀能(neng)力(li)不(bu)足。近(jin)二十年来国(guo)外(wai)研究人员(yuan)在(zai)简(jian)单型铝化物 涂(tu)层中(zhong)加入少量(liang) Ｃｒ 、 Si 、 Ｐｔ等(deng)元(yuan)素，包(bao)括(kuo) Ｃｒ改性的铝化(hua)物(wu)涂(tu)层(Al－ Ｃｒ涂(tu)层)、 Si改性(xing)的(de)铝(lv) 化(hua)物(wu)涂层(ceng)(Al-Si涂层)、 Ｐｔ改(gai)性(xing)的铝化(hua)物涂层(ceng)(Ｐｔ－ Al涂层)和(he)稀(xi)土元素(su)改性铝(lv)化物(wu)涂层(ceng)(ＲＥ-Al涂层(ceng)) 等(deng)改进(jin)型铝化(hua)物涂层(ceng)，其(qi)具(ju)有比简(jian)单型铝(lv)化(hua)物涂(tu)层(ceng)抗(kang)热腐(fu)蚀性能[35-3７] 。

根据资料显(xian)示，美国(guo) Ｐ＆Ｗ 公司和 ＣＦＭ 国际发(fa)动(dong)机公(gong)司(si)生产的(de)民(min)用(yong)航空发(fa)动(dong)机(ji)涡轮叶(ye)片(pian)内(nei)腔(qiang)均(jun)有 铝(lv)化物(wu)防护 涂 层，并(bing) 已 在(zai) ＰＷ2000 、 ＰＷ4000-94 、 ＰＷ4000-100 、ＰＷ4000-112 、 ＰＷ4500 、 ＰＷ6000 、 ＰＷ8000 、 ＣＦＭ56-3 、ＣＦＭ56-5 、 ＣＦＭ56-７等(deng)发(fa)动(dong)机型号上(shang)应(ying)用(yong)。

铝(lv)化(hua)物内腔涂层主(zhu)要(yao)通过(guo)固体粉末渗(shen)、料(liao)浆(jiang)渗(shen)、气相渗(shen)和(he)化(hua)学(xue)气相沉(chen)积(ji)等工艺(yi)制备。化(hua)学(xue)气相(xiang)沉积(ji)被(bei)认 为是(shi)制备内(nei)腔(qiang)防(fang)护(hu)涂层最为理想的方法，美国(guo)完成(cheng)了化学(xue)气(qi)相(xiang)沉(chen)积(ji)工(gong)艺铝(lv)化物沉积过(guo)程(cheng)反应(ying)中(zhong)间体(ti)生成控制(zhi) 等(deng)关(guan)键(jian)技术(shu)突(tu)破，有(you)效(xiao)地(di)实(shi)现(xian)了叶(ye)片(pian)内(nei)腔的防护， ＧＥ 公司(si)和英国 Ｒ-Ｒ23公(gong)司(si)采(cai)用(yong)化学气(qi)相(xiang)沉积工(gong)艺制(zhi) 备(bei)涡轮叶(ye)片(pian)内(nei)腔铝(lv)化物(wu)涂层用(yong)于(yu)装(zhuang)备(bei) ＧＥ90 、 ＧＥ90-115Ｂ 、 ＲＢ211-535 、ＢＲ７00发动(dong)机(ji)。

与(yu)国外相(xiang)比较(jiao)，国内(nei)在(zai)叶片(pian)复(fu)杂(za)内腔防(fang)护(hu)涂(tu)层(ceng)技术(shu)成(cheng)熟度(du)仍需进一(yi)步(bu)提高(gao)，内(nei)腔涂(tu)层(ceng)的(de)均匀(yun)性(xing)、防(fang)护(hu)性(xing) 能等存在(zai)较大差(cha)距(ju)。采(cai)用(yong)的涂层(ceng)工艺技(ji)术以(yi)传统(tong)的(de)包埋渗、料(liao)浆渗(shen)和气(qi)相(xiang)渗为(wei)主(zhu)，化学气(qi)相(xiang)沉(chen)积(ji)技术(shu)应(ying)用(yong)于(yu) 叶片(pian)内腔涂层(ceng)制备(bei)的研(yan)究工(gong)作处于研(yan)制阶段。

1.2.2　 耐高温(wen)隐身涂(tu)层材(cai)料(liao)

航空(kong)发(fa)动机作为(wei)作(zuo)战(zhan)飞机重(zhong)要(yao)的雷达(da)散(san)射(she)源和红(hong)外辐射(she)源，其(qi)后腔(qiang)体(ti)及(ji)其(qi)内部(bu)件(jian)、边(bian)缘(yuan)等的(de)雷达散(san)射信 号(hao)和后(hou)腔(qiang)体及(ji)其(qi)热(re)端部(bu)件(jian)、尾(wei)喷流等(deng)的(de)红外(wai)辐(fu)射(she)信(xin)号(hao)占整(zheng)个(ge)飞(fei)机尾(wei)部特(te)征信(xin)号的 95％ 以(yi)上(shang)，因(yin)此发动(dong)机(ji)隐 身性能严重(zhong)影响着飞机(ji)的(de)作战能力和(he)生(sheng)存率。耐(nai)高温隐身(shen)涂层(ceng)作为(wei)飞行器高温隐身工(gong)程(cheng)化(hua)应用(yong)的主要技(ji)术(shu)途 径(jing)，具(ju)有(you)对飞(fei)行(xing)器(qi)外(wai)形(xing)影响小(xiao)、工(gong)艺简(jian)单、成本(ben)较低(di)与可靠(kao)性(xing)高(gao)等(deng)优(you)点。

耐(nai)高(gao)温(wen)隐身涂层(ceng)包(bao)括耐高(gao)温(wen)红(hong)外(wai)、雷达及兼(jian)容(rong)涂层(ceng)等，用(yong)于低压(ya)涡轮(lun)叶(ye)片(pian)、整(zheng)流支板(ban)、混(hun)合器(qi)、内(nei)锥体(ti) 、喷管(guan)唇(chun)口等(deng)部(bu)位(wei)，通(tong)过降(jiang)低目(mu)标(biao)的(de)红外辐射和(he)缩减(jian)目(mu)标(biao)的(de)雷达(da)散射截面达到(dao)隐身(shen)的(de)效(xiao)果。

传(chuan)统(tong)的(de)红外低发(fa)射(she)率(lv)涂(tu)层不能(neng)满足发动(dong)机(ji)苛(ke)刻(ke)的使(shi)用(yong)环(huan)境(jing)，新型材(cai)料(liao)如(ru)金属(shu)粉(fen)体涂层(ceng)、金属(shu)薄(bao)膜以及(ji)无(wu) 机涂(tu)层逐(zhu)渐成(cheng)为(wei)国(guo)外(wai)开展(zhan)耐高(gao)温红外隐身(shen)涂(tu)层(ceng)的研究(jiu)方(fang)向，其(qi)中(zhong)金属微粉(fen)（主要(yao)包(bao)括锌、铝(lv)、铁(tie)、镍(nie)、铜以(yi) 及(ji)银(yin)、金(jin)、铂(bo)等金(jin)属材(cai)料(liao))来源(yuan)广，效果(guo)好，是低发(fa)射(she)率(lv)涂层中(zhong)最常用的功能填(tian)料(liao)之(zhi)一(yi)，可以实(shi)现(xian) 3μ ｍ～ 5 μ ｍ 和(he) 8 μ ｍ～14 μ ｍ 波段的(de)全(quan)波段红外(wai)低发(fa)射率(lv)效(xiao)果[38-40] 。

耐高(gao)温雷(lei)达(da)吸(xi)波材料是(shi)由基体(ti)材料和(he)耐高温(wen)吸(xi)收剂所(suo)组(zu)成，通常(chang)将耐高温(wen)吸收(shou)剂(ji)分(fen)散在(zai)基(ji)体(ti)材(cai)料中，承(cheng) 担吸(xi)波功能(neng)。国外研(yan)究(jiu)及应(ying)用(yong)较多的是(shi)耐(nai)高温(wen)介电损耗吸(xi)波材(cai)料，基体(ti)主(zhu)要(yao) 分 为(wei) 陶(tao) 瓷(ci) 基 体(ti)(Si3 Ｎ 4 、 Al 2 O 3 、 AlＮ 、莫(mo) 来(lai)石(shi)、 ＺｒO2 等)和(he)玻(bo)璃(li)基体（磷(lin)酸盐、 Ｌｉ 2 O-Al 2 O 3-SiO 2 、 Ｌｉ 2 O －Ｂ 2 O 3-SiO 2 、 ＭｇO-Al2O 3-SiO 2 )两(liang)大(da)类(lei)；而(er)耐高(gao)温(wen)吸(xi)收(shou)剂(ji)主要有 SiＣ 、 Ｓｉ3 Ｎ 4 、 钛酸钡、硼(peng)硅酸铝、乙(yi)炔炭(tan)黑、碳纳米(mi)管、纳米 Si-Ｃ-Ｎ 、 Si-Ｃ-O 、 Si-Ｃ-Ｆｅ 等(deng)[41-42] 。

目前(qian)实现材料雷(lei)达／红(hong)外兼(jian)容(rong)隐(yin)身(shen)主要有两(liang)种技术(shu)途(tu)径(jing)：一(yi)是(shi)材(cai)料本(ben)身(shen)具(ju)有(you)雷(lei)达波高(gao)吸收、红(hong)外(wai)低(di)辐(fu)射 特(te)性(xing)（单(dan)一型雷(lei)达／红外兼(jian)容(rong)隐身材料(liao))；二(er)是利用(yong)结(jie)构(gou)设(she)计(ji)将雷(lei)达隐身(shen)材料(liao)和红外隐(yin)身(shen)材料(liao)复(fu)合(he)，复(fu)合后 可(ke)维(wei)持材料(liao)的雷(lei)达与红外隐身性能保持(chi)不(bu)变或变化不(bu)大（复(fu)合(he)型雷达／红(hong)外兼(jian)容(rong)隐身材料(liao))。但由于(yu)雷(lei)达隐 身(shen)与(yu)红(hong)外隐身的机(ji)理(li)有所(suo)不(bu)同，材料红外(wai)发(fa)射(she)率(lv)的(de)降(jiang)低(di)与(yu)雷达(da)波吸(xi)收(shou)能(neng)力(li)的提高(gao)存(cun)在(zai)着(zhe)一定(ding)矛(mao)盾(dun)，使得(de)它们 性(xing)能相(xiang)互制约，因此(ci)单一(yi)型雷(lei)达(da)／红(hong)外兼容(rong)隐身(shen)材(cai)料(liao)的雷(lei)达、红(hong)外(wai)隐身性能(neng)相(xiang)对有(you)限，目(mu)前发(fa)展最 多 的(de) 复(fu) 合 型 雷(lei) 达／红 外 兼(jian) 容(rong) 隐 身(shen) 材(cai) 料，如(ru) 英(ying) 国(guo)ＢＴＲＲＬＣ 公司(si)、澳(ao)大(da)利亚国(guo)防科(ke)技组织(zhi)的(de)材料 研究室、德(de)国 ＰＵＳＨ　ＧＵＮＴＥＲ以(yi)及瑞(rui)典巴拉(la)居达(da)公(gong)司(si)均(jun)研制(zhi)在(zai)新一(yi)代(dai)雷达(da)／红外(wai)兼容隐身涂层(ceng)技(ji) 术取得(de)了(le)很大(da)进(jin)展。

国外新(xin)一代先(xian)进(jin)战机用(yong)发动(dong)机(ji)均(jun)采用(yong)了隐身涂层技(ji)术，如(ru)美(mei)国 Ｆ-22 、 Ｆ-35 、 Ｆ-11７Ａ 、 Ｂ-2 以及(ji)法国(guo)幻(huan)影－2000战机(ji)。国(guo)外耐高(gao)温隐(yin)身(shen)涂(tu)层(ceng)技(ji)术发展(zhan)较早，多种(zhong)涂层均实现了工程(cheng)化(hua)应(ying)用(yong)，涂层及制备 技术都较为成(cheng)熟。相(xiang)比(bi)国(guo)外，中国(guo)的耐高温(wen)涂(tu)层(ceng)技(ji)术发展较晚(wan)，在现(xian)实(shi)应(ying)用(yong)中还(hai)存(cun)在较(jiao)多问(wen)题(ti)，如(ru)雷(lei)达吸波 涂(tu)层(ceng)的(de)低频隐(yin)身(shen)性能(neng)较(jiao)差，涂(tu)层厚(hou)度过(guo)厚，耐腐蚀性能(neng)不(bu)足等问题(ti)突(tu)出。

1.3　 中低温(wen)材(cai)料(liao)

1.3.1　 钛合(he)金(jin)

先进(jin)航(hang)空发(fa)动机(ji)钛(tai)合金用(yong)量(liang)约(yue) 30％～40％ ，钛合金(jin)主(zhu)要用于(yu)制造(zao)航(hang)空(kong)发动(dong)机(ji)压(ya)气机(ji)叶片(pian)、盘和机匣(xia)等(deng) 零部(bu)件，代替(ti)钢和(he)镍基(ji)合金(jin)减(jian)重(zhong)效(xiao)果可(ke)达(da)到40％左右(you)，显(xian)著提高推(tui)重比(bi)和工作效(xiao)率。

目前在(zai)中国(guo)航空(kong)发动(dong)机上获(huo)得应(ying)用(yong)的主要是(shi) α＋ β 型钛合金(jin)，具(ju)有(you)良好(hao)的(de)热加(jia)工(gong)性(xing)能，同时(shi)在(zai)中(zhong)温(wen) 环境下(xia)又(you)有良好的综 合(he) 性(xing) 能，工 作(zuo) 温(wen) 度 大(da) 多 在(zai) 500℃ 以(yi) 下，其(qi) 中 在(zai)400℃ 以(yi)下(xia)的(de)钛合金主(zhu)要(yao) 有 TC4 、 TC6 、 TC1７ ，应(ying)用于发动机(ji)工(gong)作温度(du)较低的风扇(shan)叶(ye)片和低(di)压(ya)压气(qi)机(ji)叶(ye)片(pian)，500℃ 左右工(gong)作的(de) 钛合(he)金有 TC11 、 TC25 、 ＴＡ15和 ＴＡ７合(he)金(jin)，其中TC11 是(shi)中国目(mu)前(qian)航(hang)空(kong)发(fa)动(dong)机上(shang)用(yong)量(liang)最大的钛合(he)金 [43-44] 。

随(sui)着(zhe)发(fa)动机(ji)零部(bu)件(jian)温(wen)度的要求越(yue)来(lai)越高(gao)，发展了(le)能(neng)在(zai)600℃使(shi) 用 的(de) 钛 合 金，如(ru) Ti60 以 及(ji) 国 外(wai) 的(de) ＩＭＩ834 、 Ti－1100 、 ＢＴ36 、 ＢＴ41等，国外600℃钛(tai)合金(jin)获得了广泛(fan)的应用，例如(ru)ＩＭＩ834 广泛(fan)应(ying)用于(yu) ＥＪ200发动机(ji)高(gao)压(ya)压气(qi)机第(di)3级(ji)整(zheng)体叶盘和隔(ge)圈(quan)、 Ｆ119发(fa)动机(ji)高(gao)压(ya)压(ya)气机后机匣(xia)等。

钛合金的发(fa)展(zhan)趋(qu)势(shi)如(ru)图 8 所示，使(shi)用温(wen)度越(yue)来(lai)越高(gao)，钛合金(jin)强化(hua)技术(shu)从(cong)固(gu)溶强化(hua)向(xiang)有序强化(hua)发展(zhan)，并 进(jin)一(yi)步向SiＣ纤维复合强化发(fa)展，国内、欧(ou)美(mei)和俄(e)罗斯(si)在不同(tong)温度段(duan)对应(ying)的(de)牌号(hao)如(ru)表 1 所(suo)示[44] 。

1.4　 树(shu)脂(zhi)基(ji)复合(he)材料(liao)

树脂基复合材(cai)料具有高(gao)的(de)比强度和比模(mo)量、疲(pi)劳(lao)性能和耐腐蚀性(xing)能(neng)好等(deng)特点，已(yi)在(zai)多(duo)型(xing)航空发动机(ji)的(de)风(feng) 扇叶(ye)片、风(feng)扇(shan)机(ji)匣(xia)、外(wai)涵机匣等部件(jian)上得(de)到成(cheng)熟应用，并朝(chao)着(zhe)结(jie)构(gou)形式更(geng)优(you)、材(cai)料(liao)性能(neng)更高(gao)、制(zhi)造(zao)成(cheng)本更(geng)低(di) 、自动(dong)化(hua)程度更(geng)高的方(fang)向发(fa)展，相(xiang)比(bi)于钛合金材(cai)料，采(cai)用树脂(zhi)基(ji)复(fu)合材料(liao)减重(zhong)效率提高了 25％ 以上[45- 46] 。树(shu)脂(zhi)基(ji)复(fu)合材(cai)料(liao)包(bao)括(kuo)增(zeng)强材料(liao)和(he)树脂基体，其(qi)中增(zeng)强材料(liao)有(you)碳(tan)纤(xian)维(wei)、玻(bo)璃纤(xian)维(wei)、 Ｋｅｖｌａｒ纤维(wei) 等，树脂基(ji)体有(you)环氧、聚(ju)酰亚胺、双马等(deng)。表(biao)2为(wei)树脂基复(fu)合(he)材(cai)料在(zai)国外航(hang)空(kong)发(fa)动机(ji)上(shang)的主要应(ying)用情况(kuang)，主 要(yao)用(yong)于(yu)发动(dong)机(ji)风(feng)扇叶片(pian)、机匣(xia)、出(chu)口(kou)导(dao)流(liu)叶(ye)片(pian)等(deng)部件(jian)[4７-52] 。当(dang)前航(hang)空发动(dong)机用树脂(zhi)基(ji)复(fu)合(he)材料(liao)主要为 碳纤(xian)维(wei)增强(qiang)树脂基(ji)复合材料(liao)。经过(guo)几(ji)十年的(de)技术(shu)攻关(guan)和发展，国(guo)内也(ye)形成了高(gao)韧性、耐(nai)高(gao)温(wen)复(fu)合材(cai)料(liao)体系(xi)及(ji) 热压(ya)罐(guan)和树(shu)脂传递(di)模塑(ＲＴＭ )制(zhi)造(zao)技术(shu)体(ti)系，图9为国内航空碳纤(xian)维(wei)复(fu)合(he)材料(liao)发展历(li)程[53-56] 。

在先(xian)进碳(tan)纤维(wei)和树脂的研制(zhi)上(shang)，国内(nei)已经(jing)初(chu)步建(jian)立了(le)国(guo)产(chan)碳(tan)纤维(wei)技(ji)术(shu)与(yu)评价(jia)体系，并成功研(yan)制了达(da)到 Ｔ300 ／Ｔ７00 ／ Ｔ800 级(ji)碳纤(xian)维(wei)，国产 Ｔ300/Ｔ800 级(ji)碳(tan)纤维(wei)实现(xian)了(le)在(zai)航(hang)空发动(dong)机(ji)上(shang)的(de)考(kao)核(he)和应用， 图(tu)10为国(guo)内(nei)外部分(fen)碳纤(xian)维(wei)的基(ji)本 力 学 性 能(neng)，国(guo) 内(nei) 先(xian) 进(jin) 树 脂(zhi) 长 期(qi) 使 用 温 度(du) 突 破350℃ ，韧 性 CAI 达(da)到(dao) 300ＭＰａ 以上(shang)，其(qi)中耐(nai)高(gao)温(wen)聚(ju)酰(xian)亚胺基(ji)体在航(hang)空发动(dong)机(ji)上(shang)得(de)到(dao)了(le)大量的(de)应(ying)用(yong)[5７-59] 。

国内(nei)外(wai)部分树脂基复合材料的(de)使(shi)用温(wen)度(du)和冲击后(hou)压(ya)缩强度(du)(CAI )如(ru)图11所示，向(xiang)着高温(wen)性能和高(gao)的(de)冲击 后压(ya)缩强(qiang)度(CAI )发展(zhan)，高的 CAI值可获(huo)得(de)更高的减(jian)重(zhong)效(xiao)率和损伤(shang) 安 全 性 能(neng)[58-60] 。 发(fa) 展 能(neng) 够 长(zhang) 期 使 用 温(wen) 度 达(da) 到(dao)350℃以(yi)上(shang)，同时要求(qiu)具(ju)有良(liang)好的热(re)氧(yang)化、稳定性和成(cheng)型工艺(yi)性(xing)能的树脂(zhi)基(ji)复(fu)合(he)材 料是(shi)满足(zu)新一(yi)代(dai)高推(tui)重(zhong)比(bi)航(hang)空(kong)发(fa)动机服(fu)役(yi)温(wen)度和(he)整(zheng)体(ti)结(jie)构成型必要(yao)要求(qiu)。

2、发展趋势与展望

一(yi)代新(xin)材(cai)料的(de)出现支(zhi)撑(cheng)了一代(dai)新(xin)装(zhuang)备(bei)的(de)研发，一代(dai)新(xin)装备(bei)的(de)研制(zhi)牵引一(yi)代新(xin)材料的应(ying)用(yong)。经过(guo)数(shu)十(shi)年(nian)的(de) 发(fa)展，中(zhong)国(guo)航空(kong)发(fa)动机(ji)材(cai)料技(ji)术取得了快(kuai)速(su)的进(jin)步(bu)，逐渐从引(yin)进、仿(fang)制走(zou)向(xiang)自(zi)主(zhu)研(yan)制，从(cong)上文(wen)对航空发(fa)动(dong)机 新(xin)材(cai)料(liao)国(guo)内(nei)外研(yan)究(jiu)进(jin)展的分(fen)析(xi)看(kan)，中国(guo)在(zai)先进(jin)复合(he)材(cai)料、金属间化(hua)合物(wu)、高温(wen)钛合金、涂(tu)层等先进高、中、 低(di)温材料(liao)的研究上(shang)取得(de)了一系(xi)列的(de)研究(jiu)进展，逐(zhu)渐缩(suo)短了和(he)欧美(mei)发(fa)达国(guo)家的差(cha)距，但(dan)材料的(de)成熟度(du)还不(bu)高(gao)， 很(hen)多(duo)关键(jian)技术成熟度亟待优(you)化(hua)，导(dao)致(zhi)产(chan)品合(he)格率较(jiao)低(di)，且(qie)型(xing)号(hao)应用(yong)研(yan)究(jiu)和考核不充分(fen)。

此外(wai)，随(sui)着(zhe)中国(guo)军用航(hang)空(kong)发(fa)动机(ji)向着(zhe)更(geng)加复(fu)杂严(yan)苛服役环(huan)境(jing)的转变，以(yi)及(ji)未(wei)来先(xian)进航空(kong)发(fa)动机(ji)的研制(zhi)需 求，目前(qian)航(hang)空发(fa)动(dong)机(ji)材料技(ji)术(shu)储备尚(shang)不(bu)能满(man)足高推(tui)重比(bi)高可靠(kao)发(fa)动(dong)机(ji)发展的迫(po)切(qie)需要(yao)，特提出如(ru)下展(zhan)望(wang)：

（1 )随着(zhe)中(zhong)国军事(shi)实力的(de)增(zeng)强(qiang)，航空发(fa)动(dong)机的服役(yi)环境开始由原(yuan)本(ben)单一(yi)的(de)内陆(lu)环(huan)境(jing)向(xiang)复(fu)合(he)极(ji)端环境转 变，其(qi)中(zhong)，“高(gao)温、高(gao)湿(shi)、高(gao)盐(yan)雾”的海(hai)洋环境(jing)带来(lai)的航(hang)空(kong)发(fa)动(dong)机(ji)腐蚀(shi)问(wen)题已经(jing)严(yan)重制(zhi)约(yue)发(fa)动机性(xing)能的(de)充(chong)分(fen) 有(you)效(xiao)发(fa)挥(hui)，而(er)中国航(hang)空发动(dong)机的(de)腐蚀(shi)防(fang)护(hu)技术，尤其(qi)是(shi)中低(di)温(wen)防护技(ji)术(shu)（包括不锈钢及(ji)焊接(jie)部(bu)位(wei)、压气机(ji)钢(gang) 叶片、可磨耗(hao)封(feng)严(yan)涂(tu)层等)亟(ji)待(dai)提升，所(suo)采(cai)用(yong)的(de)工艺(yi)无(wu)法满足(zu)长期使(shi)用要求，急需开展先(xian)进的(de)腐蚀防(fang)护涂(tu)层 和表(biao)面(mian)处(chu)理工(gong)艺(yi)研究；同(tong)时国(guo)内(nei)发动机主干材料(liao)和(he)涂层在典型(xing)服役环(huan)境下的(de)腐蚀(shi)性能数(shu)据匮(kui)乏，造(zao)成在(zai)恶劣 环(huan)境(jing)下(xia)发(fa)动机零部件的(de)寿(shou)命(ming)预测(ce)存在瓶(ping)颈(jing)，急(ji)需(xu)开(kai)展主(zhu)干(gan)材(cai)料(liao)及(ji)表面(mian)防护(hu)在(zai)典型服(fu)役环境下(xia)的耐腐(fu)蚀(shi)能力及(ji) 性(xing)能(neng)衰减研(yan)究，搭建材料(liao)-连接件／模(mo)拟件-零件(jian)／组件-整(zheng)机的(de)积(ji)木式腐(fu)蚀(shi)试(shi)验(yan)验证体(ti)系。此(ci)外(wai)，为(wei)了(le)保(bao)证(zheng) 发动机在(zai)真(zhen)实环(huan)境下(xia)的长(zhang)期稳定可(ke)靠(kao)服(fu)役，持(chi)续(xu)开展外场(chang)服役腐(fu)蚀(shi)数(shu)据收(shou)集(ji)，不断迭(die)代(dai)腐(fu)蚀(shi)防(fang)护与(yu)控(kong)制(zhi)设计 。

（2 )目(mu)前(qian)四(si)代战斗机及未来的(de)先(xian)进(jin)战(zhan)机对发(fa)动(dong)机(ji)提(ti)出(chu)了(le)较(jiao)高的(de)隐(yin)身(shen)性能指标，发动(dong)机是飞机主要(yao)的红(hong) 外(wai)辐射(she)源，也(ye)是后(hou)向主(zhu)要(yao)雷达(da)散(san)射源(yuan)，其(qi)隐身隐身性能(neng)严重(zhong)影响(xiang)飞(fei)机的作(zuo)战(zhan)能(neng)力(li)和生存率(lv)。随着国(guo)内耐高温 红(hong)外、雷(lei)达及(ji)兼(jian)容涂层等(deng)耐高温隐身涂(tu)层(ceng)材料的不(bu)断工(gong)程化应用及(ji)验(yan)证，涂层脱落(luo)、维(wei)护困(kun)难、成本高昂等 问题(ti)不断凸(tu)现(xian)，以(yi)及(ji)飞(fei)机方(fang)对(dui)红(hong)外(wai)雷(lei)达技(ji)术(shu)指标(biao)要(yao)求(qiu)的(de)不(bu)断提(ti)高，更耐温、更薄、更轻、宽频(pin)谱、可维(wei)修性(xing) 等更(geng)高要(yao)求的(de)隐身涂(tu)层(ceng)和(he)针(zhen)对(dui)不同服(fu)役(yi)环境(jing)、不(bu)同(tong)结(jie)构(gou)的(de)隐(yin)身(shen)构件(jian)材(cai)料及(ji)制备工艺的需求更加(jia)迫(po)切。此(ci)外(wai)， 隐身涂层(ceng)的维(wei)修／维护(hu)和性(xing)能检测技(ji)术也(ye)需同步开展(zhan)研究(jiu)，为型(xing)号全(quan)寿命周(zhou)期(qi)的(de)隐(yin)身(shen)能力提(ti)供(gong)保(bao)障(zhang)。

（3 )随着(zhe)中(zhong)国(guo)航(hang)空发动(dong)机材(cai)料(liao)技(ji)术(shu)的(de)不断发展，材料品类(lei)日(ri)趋齐全(quan)，建立(li)了(le)符合中(zhong)国(guo)国(guo)情的材料(liao)体(ti)系(xi) ，但(dan)与(yu)欧美等(deng)发(fa)达国家相比(bi)，中国(guo)发动机(ji)材料技(ji)术基础(chu)不够(gou)雄厚，材(cai)料(liao)全(quan)面性(xing)能(neng)数(shu)据匮(kui)乏，尚不(bu)能满足在(zai)役(yi) 、在研(yan)先(xian)进航(hang)空

发动(dong)机(ji)研(yan)制生(sheng)产的(de)迫切(qie)需(xu)求(qiu)，主要存在以下(xia)问题(ti)：

1 )部分关(guan)键(jian)工艺(yi)成熟度(du)有(you)待(dai)提(ti)高(gao)，比如(ru)金属(shu)材料(liao)返回(hui)料(liao)回收利(li)用(yong)技(ji)术、合(he)金纯(chun)净度(du)控(kong)制技术(shu)、组(zu)织(zhi)均 匀(yun)性(xing)及批次稳定(ding)性控(kong)制(zhi)、大型(xing)复(fu)杂(za)构件(jian)精密(mi)制(zhi)造(zao)技(ji)术(shu)等(deng)；

2 )部(bu)分(fen)关(guan)键(jian)和重要(yao)件(jian)材(cai)料级(ji)、毛(mao)料(liao)级(ji)及(ji)零(ling)部(bu)件(jian)级材(cai)料性能(neng)数据(ju)缺乏(fa)，在支(zhi)撑强(qiang)度寿命(ming)仿(fang)真计(ji)算中凸(tu)显(xian) 不(bu)足(zu)，直(zhi)接影(ying)响关(guan)重(zhong)件(jian)强度及寿命可靠性(xing)的评估，有(you)必(bi)要(yao)对关(guan)重键材(cai)料进行全面(mian)性(xing)能(neng)数(shu)据(ju)补充测(ce)试，建立起(qi) 可实(shi)现数据(ju)对比、数(shu)据推(tui)送(song)、数(shu)据交互(hu)等(deng)功(gong)能(neng)的现代化全(quan)面性(xing)能数据(ju)库(ku)；

3 )加强材(cai)料-结构(gou)一体化设(she)计(ji)研究，如按(an)照复(fu)合(he)材(cai)料各向(xiang)异性(xing)的设(she)计思(si)想(xiang)去开(kai)展零件(jian)结(jie)构(gou)设(she)计；根(gen)据(ju)承 载和(he)隐(yin)身指标开展(zhan)结构隐(yin)身一体(ti)化(hua)构(gou)件的(de)设(she)计等(deng)，建(jian)立起一(yi)体(ti)化(hua)结构(gou)件(jian)设计准(zhun)则(ze)；

4 )先进(jin)材(cai)料的应(ying)用成熟(shu)度不(bu)高，为(wei)满足新一(yi)代航空发动(dong)机对先(xian)进材料的(de)需求，需(xu)开(kai)展先进(jin)复(fu)合(he)材料(liao)、 金属(shu)间(jian)化(hua)合物(wu)、高(gao)温(wen)／耐(nai)蚀防(fang)护涂(tu)层、高(gao)温钛(tai)合金等新(xin)材料(liao)的工(gong)程化应(ying)用研究，提高材料(liao)和(he)制造技术(shu)的(de)成熟(shu) 度(du)，为先(xian)进(jin)航(hang)空(kong)发动机(ji)的(de)研制提供技(ji)术(shu)储备(bei)。

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