2016年度，中國北航徐惠彬/宮聲凱團(tuán)隊研制的鈰酸鑭（LC）陶瓷熱障涂層（1300℃級別）獲得了國家技術(shù)發(fā)明一等獎。目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在我國發(fā)動機(jī)產(chǎn)品中，據(jù)報道占國內(nèi)95%以上產(chǎn)量葉片均采用了該技術(shù)。根據(jù)我國官方報道的評價，該技術(shù)使“中國已經(jīng)趕上了國際最先進(jìn)的步伐。 ”

    現(xiàn)代航空噴氣發(fā)動機(jī)的主要原理，是風(fēng)扇和壓氣機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，吸入大量空氣并將其高度壓縮送進(jìn)燃燒室；然后與噴出的燃油混合進(jìn)行劇烈的燃燒，并生產(chǎn)出大量的高溫高速燃?xì)庀蚝蠓絿娚洌瑸轱w機(jī)提供前進(jìn)的動力。

    圖：從上到下分別是渦輪噴氣發(fā)動機(jī)、小涵道比渦扇發(fā)動機(jī)（戰(zhàn)斗機(jī)就用的這類）、大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)的簡單結(jié)構(gòu)示意圖。為了簡單直觀起見，圖中發(fā)動機(jī)省去了加力燃燒室等結(jié)構(gòu)。

    而為了有效的驅(qū)動風(fēng)扇和壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)，發(fā)動機(jī)又必須在燃燒室里，設(shè)置由高溫燃?xì)庵苯油苿拥臏u輪葉片，通過發(fā)動機(jī)軸系驅(qū)動風(fēng)扇和壓氣機(jī)。這樣一來，燃燒室、渦輪葉片、渦輪盤等部件，就要長期和高溫燃?xì)庵苯咏佑|。由于在非常高的溫度下工作，因此它們也被稱為發(fā)動機(jī)的熱端部件。

    這些部件能夠承受越高的溫度，那么發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)的燃燒就可以進(jìn)行的越是猛烈和持久；發(fā)動機(jī)也越是能做出更高的推力，更長久的壽命。為了做到這一點(diǎn)，這些熱端部件至少需要三個方面性能出色——能耐受更高溫度的部件基體材料，合理高效的冷卻設(shè)計，高耐熱、低導(dǎo)熱的隔熱涂層材料。

    在基體材料上，以現(xiàn)代航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片為例，它的合金成分一直是以鎳為主的高溫合金。由于工藝方法的不同，它又可以分為鍛造合金、鑄造合金、以至于現(xiàn)在流行的定向凝固合金（典型如AL-31F）、單晶合金（比如太行等）。目前最先進(jìn)的渦輪葉片都采用單晶葉片——整個葉片都是一個晶粒。但是只靠鎳基材料本身硬抗，能力也是有限的。比如要求150MPa下1000小時不斷裂，則單晶葉片做的再好也非常難以明顯超過1100度左右的水平。

    為了跳出單純材料本身熔點(diǎn)帶來的溫度限制，在上世紀(jì)60年代，英國羅·羅公司又開發(fā)了冷卻葉片——它將渦輪葉片做成空心的，將冷空氣從葉片中間通過去，主動降低葉片的溫度。現(xiàn)在的新型冷卻設(shè)計，已經(jīng)能夠在葉片表層形成一層溫度較低的氣膜，能夠降低300度以上的溫度。

    而第三個抵抗溫度的方法，就是在渦輪葉片的鎳基合金本體外面，添加一層能夠耐受極高溫度、但是導(dǎo)熱能力又特別差的涂層，這樣可以有效增加本體的耐受溫度和工作壽命。這種涂層同樣可以用于其它的熱端部件上——比如燃燒室、火焰筒、尾噴管等。目前的先進(jìn)發(fā)動機(jī)渦輪葉片，能在渦輪前溫度1700-2000攝氏度度下工作的，都是三種措施一起發(fā)揮作用才能做到，缺了哪一個都不行。

    目前還不清楚2016年國家科學(xué)技術(shù)獎的具體獎金額度，在科技部官網(wǎng)上只能找到2005年的相關(guān)通知；該通知中規(guī)定，特等獎的獎金是100萬/項，一等獎是20萬/項。如果目前仍然沿用該規(guī)定的數(shù)額的話，那么這一項發(fā)動機(jī)重大技術(shù)突破，應(yīng)該就是總獎金20萬，由北航的研究團(tuán)隊共同分享。

更多關(guān)于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等等方面的國內(nèi)外最新動態(tài)，我們網(wǎng)站會不斷更新。希望大家一直關(guān)注中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)http://www.ecorr.org 

責(zé)任編輯：王元

《中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)電子期刊》征訂啟事
投稿聯(lián)系：編輯部
電話：010-62313558-806
郵箱：ecorr_org@163.com
中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)官方 QQ群：140808414