SiCSiC复合材料及其在航空发动机上的应用.docx

SiCSiC复合材料及其在航空发动机上的应用
摘要
SiCSiC复合材料由于其高温耐腐蚀和高性能特点，在航空发动机领域中得到了广泛的应用。本文将介绍SiCSiC复合材料的组成、性质和制备方法，并重点阐述其在航空发动机中的应用。
引言
航空发动机是现代飞机中重要的部件之一，其性能与安全直接关系到乘客的生命财产安全。而SiCSiC复合材料由于其在高温和腐蚀环境下的超强性能，在航空发动机中的应用越来越广泛。本文旨在探讨SiCSiC复合材料在航空发动机中的应用，为其在航空工业中起到更加重要的作用提供理论依据。
1、SiCSiC复合材料的组成和性质
1.1组成
SiCSiC复合材料的矩阵材料主要由多晶SiC或高纯度SiC单晶作为原料制成，其中多晶SiC矩阵可采用压制烧结、热解CVD、反应烧结等方法制备，而高纯度SiC单晶则通过Czochralski法等单晶生长技术制备。增强材料主要有连续或短切长方形的碳纤维、SiC纤维、陶瓷纤维等。其中碳纤维增强SiCSiC复合材料的层序不同可分为两种：一是碳纤维平行于板面层序的单向碳纤维增强复合材料；二是碳纤维呈随机分布的交叉层序的层合板材。SiC纤维增强SiCSiC复合材料则是采用SiC纤维为增强材料、热解CVD法和热压烧结方法制备而成。
1.2性质
SiCSiC复合材料的主要性能参数如下：
（1）高温强度和刚度高。SiCSiC复合材料的高温强度和刚度远高于传统的高温结构材料，尤其是在1000℃以上，其高温强度和刚度可达到金属材料强度的数倍。
（2）耐热疲劳性能优良。SiCSiC复合材料具有优异的耐热疲劳性能，可在高温下长时间使用，且与高温环境下存在的各种气体和腐蚀性液体具有良好的耐腐蚀性能。
（3）轻质高强。SiCSiC复合材料具有良好的轻质高强的特点，比含铝合金、钛合金等轻质合金的比强度更高，相对密度在2.5~3.0之间。
（4）稳定性好。SiCSiC复合材料具有优异的热膨胀系数补偿性能，对温度和气氛变化的稳定性非常好。
2、SiCSiC复合材料制备方法
SiCSiC复合材料的制备方法主要有以下几种：
2.1压制烧结法
该制备方法是将SiC粉末与增强材料混合后，按合适的压制工艺制成复合坯体，然后在高温下烧结而成。通过控制增强材料的尺寸和分布，以及添加适量的有机助剂可获得不同性质的SiCSiC复合材料。
2.2热解CVD（化学气相沉积）法
热解CVD法是在高温下使有机金属气体依次分解生成SiC沉积于碳纤维表面，最终形成SiCSiC复合材料。相比于压制烧结法，热解CVD法能保证在高温下SiC能沉积到纤维的每一个角落，其制备的SiC纤维增强SiCSiC复合材料性能优异。
2.3反应烧结法
反应烧结法是将SiC粉末与增强材料的混合物烧结于高温下，经过反应形成SiC/SiC复合材料。该方法制备的复合材料相对较为均匀且连续，但成本较高。
3、SiCSiC复合材料在航空发动机中的应用
3.1引进原因
航空发动机在工作过程中，需要承受极高的温度和压强，并且在复杂的化学腐蚀环境下长期工作，传统金属材料很难满足这些要求。而SiCSiC复合材料则具有良好的高温强度和耐腐蚀性能，故引起了工程师们的广泛关注。
3.2应用领域
（1）燃烧室
SiCSiC复合材料可用于燃烧室石墨环和强芯环等高温部件的制造，它具有良好的热膨胀系数补偿性和高温强度等特点，能够在高温下保持结构的稳定性。
（2）涡轮叶片
SiCSiC复合材料可用于制造液压涡轮叶盘和燃气涡轮叶片等部件，在高温高压环境下具有良好的耐腐蚀性和高强刚性。
（3）排气喉口
SiCSiC复合材料应用在排气喉口能够更好地保护发动机，提高其性能和寿命。
（4）其他部件
SiCSiC复合材料还可用于热障涂层背板、涡轮压缩器马达筒、轴承套和蒸气带、密封环等发动机部件的制造，可以提高发动机的问题的有效性和经济性。
结论
SiCSiC复合材料由于其独特的性能，在航空发动机领域中得到了广泛的应用，其应用范围一直在扩大，并有望在未来更广泛的领域得到应用。随着科技的不断发展，SiCSiC复合材料将迎来更加广阔的应用前景。