航空制造是高新技術(shù)最集中的領(lǐng)域之一，而航空發(fā)動機作為飛機的“心臟”，其性能的提升離不開新材料的研發(fā)與應(yīng)用。目前，世界上最先進的航空發(fā)動機普遍采用了多種尖端新材料，以提高發(fā)動機的性能、可靠性和耐久性。以下是一些主要的新材料及其應(yīng)用：
- 碳/碳復(fù)合材料（C/C復(fù)合材料）：
- 特性：具有低密度、高強度、高比模量、高導(dǎo)熱性、低膨脹系數(shù)以及優(yōu)異的抗熱沖擊性能和尺寸穩(wěn)定性。在極高溫度下（如1650℃以上），它仍能保持優(yōu)良的性能，最高理論溫度可達2600℃。 應(yīng)用：主要用于制造發(fā)動機的渦輪轉(zhuǎn)子葉片、加力燃燒室的尾噴管、噴嘴及燃燒室噴管等高溫部件。例如，美國的F119發(fā)動機和F120驗證機燃燒室的部分零件，以及法國的M88-2發(fā)動機的加力燃燒室噴油桿、隔熱屏和噴管等，都采用了C/C復(fù)合材料。
高溫合金：
- 特性：為了滿足噴氣發(fā)動機對材料的苛刻要求而研制，具有優(yōu)異的高溫強度、良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能，以及良好的疲勞性能和斷裂韌性。 應(yīng)用：在先進的航空發(fā)動機中，高溫合金的用量所占比例已高達50%以上，主要用于制造發(fā)動機的渦輪盤、渦輪葉片等熱端部件。目前，鎳基鑄造高溫合金已形成等軸晶、定向凝固柱晶和單晶合金體系，粉末高溫合金也已發(fā)展到更高溫度級別的應(yīng)用。
- 陶瓷基復(fù)合材料：
- 特性：具有重量輕、硬度高、優(yōu)異的耐高溫和高溫抗腐蝕性能，以及良好的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性。 應(yīng)用：在航空發(fā)動機中，陶瓷基復(fù)合材料主要用于制造燃燒室、高壓渦輪密封裝置等高溫部件。例如，美國的F120型發(fā)動機的高壓渦輪密封裝置和燃燒室的部分高溫零件，以及法國的M88-2型發(fā)動機的燃燒室和噴管等，都采用了陶瓷基復(fù)合材料。
- 金屬間化合物：
- 特性：具有高的使用溫度、比強度、導(dǎo)熱率，以及良好的抗氧化、高腐蝕性和高的蠕變強度。它填補了高溫合金與陶瓷材料之間的空檔，成為航空發(fā)動機高溫部件的理想材料之一。 應(yīng)用：目前，致力于研究開發(fā)的主要是以鈦鋁和鎳鋁等為重點的金屬間化合物。這些材料在航空發(fā)動機中主要用于制造渦輪葉片等高溫部件。
- 超高強度鋼：
- 特性：具有高強度、良好的耐腐蝕性能和耐應(yīng)力腐蝕性能。 應(yīng)用：在航空發(fā)動機中，超高強度鋼主要用于制造起落架等關(guān)鍵部件。例如，AerMet100鋼已應(yīng)用于F/A-18E/F、F-22、F-35等先進飛機的起落架制造中。
- 其他新材料：
- 如碳纖維增強塑料（CFRP）等先進復(fù)合材料，也在航空發(fā)動機中得到了一定的應(yīng)用。這些材料主要用于制造發(fā)動機的機匣、風(fēng)扇葉片等部件，以減輕重量并提高性能。
綜上所述，世界上最先進的航空發(fā)動機采用了多種尖端新材料，這些材料在提高發(fā)動機性能、可靠性和耐久性方面發(fā)揮了重要作用。隨著科技的不斷發(fā)展，未來還將有更多新材料被研發(fā)出來并應(yīng)用于航空發(fā)動機中，以推動航空工業(yè)的持續(xù)發(fā)展。
