新材料构件制造技术及航空发动机制造技术新工艺

推重比15~20 一级的航空发动机要求材料具有耐高温、高强度、高韧性等特性 。高性能发动机已经采用很多种类的新材料和新材料构件，尤其是金属基复合材料、陶瓷基复合材料、碳/ 碳复合材料是当前高温复合材料领域开发和应用研究的热点。与其同时进行的高温复合材料构件制造技术正在深入地发展。

1 金属基复合材料构件制造技术

　　SiC 长纤维增强Ti 基复合材料（TiMMC）具有比强度高、比刚度高、使用温度高及疲劳和蠕变性能好的优点。例如德国研制的SCS-6 SiC/IMI834 复合材料的抗拉强度高达2200MPa，刚度达220GPa，而且具有极为优异的热稳定性，在700℃温度暴露2000h 后，力学性能不降低。TiMMC 叶环代替压气机盘，可使压气机的结构质量减轻70%。美国制备的TiMMC 叶环已在P&W 的XTC-65 IHPTET 验证机上成功地进行了验证，能够满足性能要求。英、法、德也研制了TiMMC 叶环，并成功地进行了台架试验。未来发动机的低压压气机叶片和静子叶片、整体叶环、机匣及涡轮轴将采用金属基复合材料制造。TiMMC 关键制造技术有、纤维涂层法、等离子喷涂法、浆料带铸造法、箔- 纤维法。

2 陶瓷基复合材料构件制造技术

　　推重比15~20 高性能航空发动机的涡轮前温度将达到2200K 以上，连续纤维增韧陶瓷基复合材料（CMC）耐温高，密度低，具有类似金属的断裂行为，对裂纹不敏感，不发生灾难性的损毁，可代替高温合金作为热端部件结构材料。CMC 的应用使发动机大幅度减重，节约冷却气或无需冷却，从而确保发动机高推重比的有关性能。美、英、法等发达国家以推重比9~10 发动机（如F119、 EJ200、 F414 等）作为CMC 的验证平台，主要验证的部件有SiC 基CMC 的燃烧室、涡轮外环、火焰稳定器、矢量喷管调节片和密封片，甚至整体燃烧室和整体涡轮等构件。SiC 基CMC 的关键制造技术包括纤维预制件的设计和制造、SiC 基体的致密化技术、纤维与基体间界面层和复合材料表面防氧化涂层的设计与制造以及构件的精密加工等。

3 碳/碳复合材料构件制造技术

　　碳/ 碳复合材料（C/C）的最显著的优点是耐高温（1800℃ ~2000℃）和低密度（约1.9g / cm3），可能使发动机大幅度减重 。美、法、俄等研制的C/C 复合材料部件有燃烧室喷嘴、加力燃烧室喷管、涡轮和导向叶片、整体涡轮盘 、 涡轮外环等。美国将整体涡轮盘在1760℃进行了地面超转试验。C/C 构件的关键制造技术包括碳纤维预制体的设计与制备、C/C 的致密化技术和C/C 防氧化涂层的设计与制造。

　　C/C 致密化方法有化学气相浸透法（CVI）和液相浸渍法。液相浸渍法包括树脂浸渍炭化法和沥青浸渍炭化法，发展的方向是提高致密化速率，降低制造成本。由于航空发动机用C/C 构件要满足富氧燃气环境下长寿命工作的要求，所以必须解决C/C 抗氧化的问题。通过设计和制备防氧化涂层是改善C/C 抗氧化性的主要途径，也是国际研究的热点，目前尚未取得突破性进展。由上可见 ， 与现行推重比8 的发动机相比，新材料构件不管在结构设计、制造技术方面 ， 还是在整体质量方面，都有较大突破，因此可确保推重比15~20 等高性能的实现。