航空发动机的新材料技术有哪些突破?

西晓百科技 2025-04-17 13:58:49

航空发动机新材料技术在多个方面取得了突破,具体如下:

- 高温合金材料突破:中国科学院金属研究所研发的“龙鳞-7”超合金,以稀土钪元素为量子点,碳化钽纳米晶为骨架,通过了1800小时全周期台架测试,将涡轮前温度推至2100K,其涡轮叶片在超理论熔点300°C工况下,具有自组织防裂纹特性。

- 陶瓷基复合材料进展:陶瓷基复合材料(CMC)是替代高温合金的热端结构材料之选。如碳化硅纤维增强碳化硅(SiCₓ/SiC)复合材料,密度仅为高温合金的1/3,强度为其2倍,能承受1300℃以上高温,可降低燃料消耗与重量。美国NASA开发的CMC发动机热端结构,能承受1649℃高温,冷却需求量比同类高温合金部件减少15%-25%。

- 碳纤维复合材料应用拓展:中国同济大学与上海市石墨烯产业技术功能型平台合作,研发出由碳纤维复合材料和钛合金组成的大尺寸三维织物复合材料风扇叶片,具有自主知识产权,整体达到国际先进水平,部分技术国际领先,且通过石墨烯纳米材料提升了材料强度和韧性。

- 钛铝合金材料突破:南京理工大学陈光教授团队在新型航空航天材料钛铝合金方面取得重大突破。其制备的PST TiAl单晶室温拉伸塑性和屈服强度分别高达6.9%和708MPa,抗拉强度高达978MPa。该合金在900℃时拉伸屈服强度为637MPa,抗蠕变性能优于美国GEnx发动机所用的4822合金1-2个数量级,有望将TiAl合金使用温度从650-750℃提高到900℃以上。

- 耐磨自润滑树脂基复合材料创新:大连理工大学团队研发出短切碳纤维增强杂萘联苯聚芳醚自润滑功能复合材料,用以替代传统铜合金制备航空发动机燃油泵高速止推轴承。新材料玻璃化转变温度达280°C以上,弯曲强度突破200MPa,摩擦系数低于0.1,耐磨性能较传统材料提升74%,轴承使用寿命从不足1000小时提升至6000小时。

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