高溫合金由于其優(yōu)異性能被譽(yù)為“現(xiàn)在工業(yè)皇冠商的明珠材料”，但現(xiàn)在，一種新型復(fù)合材料發(fā)展迅猛，大有取代高溫合金的趨勢。今天就來講講這個(gè)航空材料的新寵——陶瓷基復(fù)合材料。

發(fā)展航空材料已成國家戰(zhàn)略
◆ ◆ ◆
?
航空材料是制造航空器、航空發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)載設(shè)備等所用各類材料的總稱，其已成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)、信息技術(shù)并列的三大航空關(guān)鍵技術(shù)之一，也是對航空產(chǎn)品發(fā)展有重要影響的六項(xiàng)技術(shù)之一。

而陶瓷基復(fù)合材料作為航空材料的重要組成部分，對我國的航空、航天、軍工等領(lǐng)域的發(fā)展也起到了非常重要的作用。

性能優(yōu)越的陶瓷基復(fù)合材料
◆ ◆ ◆
?
>>>>簡介及分類
?
?? 陶瓷基復(fù)合材料是以陶瓷為基體與各種纖維復(fù)合的一類復(fù)合材料，是一種新型戰(zhàn)略性高溫結(jié)構(gòu)材料。與傳統(tǒng)材料相比，其優(yōu)勢主要表現(xiàn)為“更高”、“更強(qiáng)”、“更輕”。

陶瓷基復(fù)材料可以按材料作用、增強(qiáng)材料形態(tài)和基體材料來分類。

>>>>性能及特點(diǎn)
?
和常規(guī)材料相比，陶瓷基復(fù)合材料（CMC）具有巨大的優(yōu)勢：其密度只有高溫金屬合金的1/4-1/3，強(qiáng)度大、耐磨，具有良好的耐高溫、抗高溫蠕變性能，在航空、軍事和工業(yè)領(lǐng)域都可以得到應(yīng)用。

?? 在陶瓷基體中引入作為增韌材料的第二相材料形成的陶瓷基復(fù)合材料可以很大程度提升其韌性。

>>>>應(yīng)用廣泛
?
陶瓷基復(fù)合材料可應(yīng)用于航空航天、軍事和工業(yè)領(lǐng)域，未來一旦取代高溫合金在航空航天熱端部件上的應(yīng)用，發(fā)展空間無限。

?
?
各領(lǐng)域陶瓷基復(fù)合材料應(yīng)用情況
◆ ◆ ◆
?
>>>>航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域
?? 陶瓷基復(fù)合材料是發(fā)展高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)理想材料，有望取代高溫合金。現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)追求的目標(biāo)就是不斷提高推重比，推重比的增加會(huì)導(dǎo)致燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪前溫度進(jìn)一步升高，傳統(tǒng)鎳基高溫材料已經(jīng)難以滿足設(shè)計(jì)工況的使用要求。

陶瓷基復(fù)合材料是制造高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)理想的耐高溫結(jié)構(gòu)材料：
·密度小：該材料的密度僅為常規(guī)鎳基合金的30％，可以減輕部件重量；
·耐高溫：在不用空氣冷卻和熱障涂層的情況下，長期工作溫度可比高溫合金提高200℃以上，可降低冷卻空氣用量，提高渦輪前溫度和效率，從而能夠提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比。
目前，陶瓷基復(fù)合材料的研究與應(yīng)用已經(jīng)從難度較低的低溫、低載荷靜止部件的發(fā)展到應(yīng)用難度較大的高溫、高載荷轉(zhuǎn)動(dòng)件：

>>>>航天領(lǐng)域
用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)熱結(jié)構(gòu)件
?? 陶瓷復(fù)合材料耐熱沖擊性高，對液體推進(jìn)劑化學(xué)穩(wěn)定性高，比金屬材料耐高溫，具有較高的抗蠕變性，作為耐燒蝕材料和高溫結(jié)構(gòu)材料在國外多種火箭發(fā)動(dòng)機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。
?
用于航天飛行器的熱防護(hù)材料
????? 高超聲速飛行器對材料性能的目標(biāo)要求是在高溫狀態(tài)下也能保持高的強(qiáng)度系數(shù)，金屬基復(fù)合材料與高溫合金等材料在2000℉附近強(qiáng)度系數(shù)迅速下降；而陶瓷基復(fù)合材料在2000-4000℉的溫度下仍能保持較高的強(qiáng)度系數(shù)，是飛行器的理想防熱材料。

?
?? 例如美國x-37 試驗(yàn)飛行器的控制面熱結(jié)構(gòu)就采用的就是陶瓷基復(fù)合材料，能承受的溫度均在2000℉以上。

>>>>汽車領(lǐng)域
?
?? 陶瓷基復(fù)合材料用于汽車工業(yè)主要用于提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率、汽車制動(dòng)、減震以及噴涂方面，可以有效地減輕了整車的重量，很大程度上提高整車性能。

?
>>>>其他領(lǐng)域

國內(nèi)陶瓷基復(fù)合材料市場現(xiàn)狀
◆ ◆ ◆
?
>>>>國內(nèi)供應(yīng)商稀缺
?
?? 國外少數(shù)企業(yè)正在做陶瓷基復(fù)合材料，技術(shù)壁壘極高，且對中國實(shí)行技術(shù)封鎖、產(chǎn)品出口限制。國內(nèi)僅有河南泛銳復(fù)合材料研究院有限公司一家可查的噸級產(chǎn)能供應(yīng)商。
?
>>>>需求市場龐大
?
?? NGS公司僅是計(jì)劃供應(yīng)LEAP 和GE9 這兩款客機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)就規(guī)劃了年產(chǎn)10噸的產(chǎn)能，而國內(nèi)民用和軍用航空、軍工、核電等領(lǐng)域?qū)μ沾苫鶑?fù)合材料均有需求，由此可見國內(nèi)的需求是在幾十噸量級的。

?
陶瓷基復(fù)合材料加工市場
◆ ◆ ◆
?
?? 碳化硅陶瓷基復(fù)合材料（CMC-SiC）是一種難加工材料，其硬度為2840-3320kg/mm2，僅次于金剛石和立方氮化硼；且CMC-SiC 復(fù)合材料屬于各向異性材料，容易在切削力的作用下產(chǎn)生毛刺、分層、撕裂、崩邊等損傷，易導(dǎo)致零件報(bào)廢，影響加工質(zhì)量。
?? 目前，可用于CMC-SiC 復(fù)合材料的加工方法主要有傳統(tǒng)的機(jī)械加工、高壓水射流加工、超聲波加工、電火花加工和激光加工等。
?
>>>>傳統(tǒng)機(jī)械加工
? 傳統(tǒng)機(jī)械加工主要是指對CMC-SiC 復(fù)合材料進(jìn)行車削、切削、磨削、鉆孔等，西北工業(yè)大學(xué)超高溫結(jié)構(gòu)復(fù)合材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用自主研發(fā)的金剛石刀具，發(fā)展了CMC-SiC 材料的機(jī)械加工技術(shù)，解決了大型復(fù)雜薄壁構(gòu)件的切割、打孔、打磨、拋光等加工技術(shù)難題。

?
? 但該方法也存在刀具（鉆頭）磨損過快，材料表面受到機(jī)械應(yīng)力作用，容易在材料表面產(chǎn)生凹坑、毛刺、撕裂等問題，嚴(yán)重制約了加工質(zhì)量與加工精度，同時(shí)加工過程產(chǎn)生大量碎屑和粉塵，加工環(huán)境有待改善。

?
>>>>高壓水射流法
?
? 高壓水射流法能夠克服傳統(tǒng)機(jī)械加工的部分缺點(diǎn)，對加工樣品的厚度幾乎沒有限制，且加工阻力較小，不易出現(xiàn)撕裂和分層現(xiàn)象。西北工業(yè)大學(xué)超高溫結(jié)構(gòu)復(fù)合材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室發(fā)展了CMC-SiC 材料的高速磨料流加工技術(shù)。

>>>>超聲波加工
?
? 超聲加工是超聲波發(fā)生器通過將電能轉(zhuǎn)變?yōu)槌曤婎l振蕩，并固定在振幅擴(kuò)大工具上，產(chǎn)生超聲振動(dòng)，利用工作液中的懸浮顆粒對工件表面進(jìn)行撞擊和拋磨來實(shí)現(xiàn)材料去除。

?
>>>>激光加工
?
?? 以激光作為加工能源, 在硬脆性陶瓷材料加工可以實(shí)現(xiàn)無接觸式加工，減少了因接觸應(yīng)力而對陶瓷帶來的損傷；聚焦的高能激光束作用于陶瓷局部區(qū)域的能量可達(dá)108J/cm2 以上, 加之陶瓷材料對長波長激光的吸收率高達(dá)80% 以上, 瞬間就可使材料熔化蒸發(fā), 實(shí)現(xiàn)高效率加工。