連續(xù)碳化硅纖維增強(qiáng)碳化硅陶瓷基復(fù)合材料（SiC/SiC復(fù)合材料）是指在SiC陶瓷基體中引入SiC纖維作為增強(qiáng)相，進(jìn)而形成以SiC纖維為增強(qiáng)相和分散相、以SiC陶瓷為基體相和連續(xù)相的復(fù)合材料。SiC/SiC復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和組分特征決定了該類材料繼承保留了碳化硅陶瓷材料耐高溫、抗氧化、耐磨耗、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，同時通過發(fā)揮SiC纖維增強(qiáng)增韌機(jī)理，克服了材料固有的韌性差和抗外部沖擊載荷性能差的先天缺陷。

    SiC/SiC復(fù)合材料綜合性能優(yōu)異，在航空、航天、核能等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，特別是在航空發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)襯、燃燒室筒、噴口導(dǎo)流葉片、機(jī)翼前緣、渦輪葉片和渦輪殼環(huán)等熱端部位。

    本文首先從結(jié)構(gòu)上介紹SiC/SiC復(fù)合材料的三個組成部分，即SiC增強(qiáng)纖維、界面層和SiC陶瓷基體，進(jìn)而從制備工藝、加工工藝、考核應(yīng)用以及面臨的問題和機(jī)遇等方面闡述SiC/SiC復(fù)合材料的研究進(jìn)展。

    1.SiC纖維

    SiC 纖維是繼C纖維之后發(fā)展迅速的一種極具潛力的高性能纖維制品，具有優(yōu)異的力學(xué)性能、抗氧化性能、高溫穩(wěn)定性以及與金屬和陶瓷基體之間良好的物理化學(xué)相容性，是目前高溫復(fù)合材料常用的增強(qiáng)增韌材料。

    目前SiC纖維的研發(fā)主要采用先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法。日本學(xué)者Yajima教授于20世紀(jì)70年代末率先采用該工藝成功研制出連續(xù)SiC纖維，為SiC纖維的工業(yè)化生產(chǎn)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。按照工藝流程，先驅(qū)體轉(zhuǎn)化技術(shù)主要包括聚合物SiC陶瓷先驅(qū)體的合成、先驅(qū)體的熔融紡絲、原纖維的不熔化處理和不熔化纖維的高溫?zé)傻炔襟E。

    1.1 碳化硅纖維的分類

    目前國際上SiC纖維的生產(chǎn)企業(yè)主要集中在日本，包括日本碳公司（Nippon Carbon）和日本宇部公司（Ube Industries）。

    根據(jù)結(jié)構(gòu)組成和性能，SiC纖維主要分為三代。

    第一代為高氧高碳SiC纖維，工業(yè)化產(chǎn)品以Nippon Carbon公司的Nicalon 200纖維和Ube Industries公司的Tyranno LOX-M纖維為代表。一代SiC纖維氧含量在10wt%以上，纖維含有部分SiCXOY相和游離碳。在惰性氣氛中較高溫度（高于1200°C）下，該纖維內(nèi)部的SiCXOY相會發(fā)生分解反應(yīng)，并伴隨SiC晶粒的粗化，纖維內(nèi)部產(chǎn)生大量孔洞和裂紋等缺陷，導(dǎo)致纖維力學(xué)性能急劇下降。在氧化氣氛中，SiCXOY相分解的同時，纖維表面開始氧化，生成的SiO2和逸出的CO導(dǎo)致部分孔洞的形成，嚴(yán)重影響纖維的力學(xué)性能。在氧化溫度為1200°C時，纖維性能變得非常差，難以作為復(fù)合材料的增強(qiáng)纖維使用。

    第二代為低氧、高碳含量SiC纖維，工業(yè)化產(chǎn)品以Nippon Carbon公司的Hi-Nicalon纖維和Ube Industries公司的Tyranno LOX-E纖維、Tyranno ZM纖維和Tyranno ZE纖維為代表。基于一代纖維中高氧高碳結(jié)構(gòu)對熱力學(xué)穩(wěn)定性的影響，研究人員采用電子輻照等技術(shù)改進(jìn)了不熔化處理工序，大幅降低了交聯(lián)過程中氧元素的引入。相比于第一代Nicalon型SiC纖維，Hi-Nicalon纖維氧含量很低，無SiCXOY相存在，但是依舊富碳，主要由β-SiC、無定型SiC以及游離碳相組成，提升了材料的高溫穩(wěn)定性。

    第三代為近化學(xué)計(jì)量比SiC纖維，工業(yè)化產(chǎn)品以Nippon Carbon公司的Hi-Nicalon S纖維、Ube Industries公司的Tyranno SA纖維和美國Dow Corning公司的Sylramic纖維等為代表。基于第二代纖維游離碳較多對纖維高溫氧化氣氛中穩(wěn)定性的影響，Nippon Carbon公司在Hi-Nicalon纖維的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低游離碳含量，研制成功接近SiC化學(xué)計(jì)量比的第三代SiC纖維，即Hi-Nicalon S纖維。該纖維主要組成為晶粒尺寸為亞微米級的β-SiC晶粒，此外包含少量游離碳和痕量氧。近化學(xué)計(jì)量比的組成形態(tài)顯著提升了SiC纖維的模量，同時纖維晶間相含量的降低則明顯改善了材料的抗蠕變性能。以Hi-Nicalon S纖維為代表的第三代SiC纖維具有優(yōu)異抗氧化性能和抗蠕變性能，顯著拓寬了其在航空航天熱端構(gòu)件領(lǐng)域的應(yīng)用。

    1.2 碳化硅纖維的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

    日本Nippon Carbon公司和Ube Industries公司是國際市場最主要的SiC纖維生產(chǎn)廠家，總產(chǎn)量占到全球的80%左右。目前第一代、第二代和第三代SiC纖維均實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，其中Nippon Carbon公司的純SiC纖維（牌號Nicalon）和Ube Industries公司的含鈦、含鋯、含鋁等類型的SiC纖維（牌號Tyranno）產(chǎn)量均達(dá)到100噸級，且基本保持穩(wěn)定。

    據(jù)報道，美國Dow Corning公司研制成功含硼的SiC纖維，牌號為Sylramic，目前該技術(shù)已轉(zhuǎn)給美國COI陶瓷公司，產(chǎn)量不詳。德國Bayer AG公司通過聚硼硅氮烷聚合物先驅(qū)體的熱分解反應(yīng)制備了SiBN3C纖維，尚未有工業(yè)化生產(chǎn)的報道。

    國內(nèi)SiC纖維產(chǎn)業(yè)化發(fā)展主要包括“十一五”和“十二五”兩個五年計(jì)劃，研制單位主要包括國防科技大學(xué)、廈門大學(xué)（含火炬電子科技股份有限公司）和蘇州賽力菲陶纖有限公司。在國家大力支持和相關(guān)科研單位的努力下，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了第一代SiC纖維工程化生產(chǎn)，突破了第二代SiC纖維研制關(guān)鍵技術(shù)。目前國內(nèi)第二代SiC纖維處于中試階段，生產(chǎn)能力達(dá)到1噸/年。圖1示出了國產(chǎn)第一代和第二代SiC纖維的顯微形貌。

    圖1. 國產(chǎn)第一代SiC纖維（a）和第二代SiC纖維（b）顯微形貌

    總體而言，國內(nèi)SiC纖維研究基礎(chǔ)較弱，起步較晚，雖然取得了顯著進(jìn)步，但在質(zhì)量穩(wěn)定性和工業(yè)化能力方面與日本等發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)水平差距巨大。

    2. 碳化硅基體

    根據(jù)制備工藝和組分的差異，SiC/SiC復(fù)合材料的陶瓷基體包括純SiC陶瓷和SiC基復(fù)相陶瓷。其中，前者可以通過聚碳硅烷的高溫裂解以及三氯甲基硅烷的化學(xué)氣相沉積獲得，后者可以通過摻雜改性，在SiC基體中引入B、Zr、Hf 等其他元素制備。鑒于SiC/SiC復(fù)合材料的陶瓷基體的技術(shù)成熟遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于SiC纖維，本文不再一一贅述。

    3. 界面層

    界面層，又稱界面相，是陶瓷基復(fù)合材料內(nèi)部連接連續(xù)相基體和增強(qiáng)相纖維的橋梁，是調(diào)節(jié)纖維與基體之間結(jié)合強(qiáng)度的關(guān)鍵因素。界面層的組分和結(jié)構(gòu)很大程度上決定了陶瓷基復(fù)合材料力學(xué)性能，特別是材料的韌性。

    界面層的作用包括四部分：（1） 隔離作用：在高溫或者有氧環(huán)境下，界面層可以抑制基體和纖維之間的擴(kuò)散反應(yīng)，導(dǎo)致結(jié)合強(qiáng)度增加，保持材料優(yōu)異的韌性；（2） 傳遞作用：界面層需要具備一定的強(qiáng)度，將載荷由基體傳遞至主承力結(jié)構(gòu)增強(qiáng)纖維；（3） 應(yīng)力緩釋作用：裂紋由基體傳遞至界面層時，在界面處或者界面層內(nèi)部發(fā)生偏轉(zhuǎn)，拓展裂紋傳遞的途徑，提升材料的強(qiáng)度和韌性；（4） 保護(hù)作用：減緩和避免纖維在制備過程中因高溫或化學(xué)反應(yīng)引起的損傷。

    3.1 陶瓷基復(fù)合材料的增韌機(jī)制

    陶瓷基復(fù)合材料在外部載荷沖擊下，基體首先承載發(fā)生變形，進(jìn)而產(chǎn)生裂紋；隨著載荷增加，裂紋持續(xù)擴(kuò)展，并在連續(xù)相基體和增強(qiáng)相纖維連接界面處發(fā)生偏轉(zhuǎn)。當(dāng)外部載荷超過纖維承載能力時，纖維相繼拔出和斷裂，材料失效。

    通過上述受力過程的分析可知，陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)力釋放機(jī)制具體表現(xiàn)為：

    （1） 基體殘余應(yīng)力：陶瓷基復(fù)合材料的制備溫度較高（一般大于1000°C），當(dāng)工作溫度低于制備溫度時，復(fù)合材料內(nèi)部存在沿纖維軸向的殘余收縮應(yīng)力，這一殘余應(yīng)力的存在有利于抑制基體開裂，有利于提升材料的強(qiáng)度和韌性；

    （2） 裂紋擴(kuò)展受阻：若纖維/基體界面結(jié)合力較強(qiáng)，基體承載的載荷強(qiáng)度不足以引起纖維/基體界面脫離時，裂紋的擴(kuò)展無法持續(xù)，在界面處被阻止；

    （3） 界面解離和裂紋偏轉(zhuǎn)：若纖維/基體界面結(jié)合強(qiáng)度較弱，外部載荷導(dǎo)致的基體裂紋傳遞到界面處時，界面發(fā)生解離。裂紋偏離固有的擴(kuò)展方向，裂紋擴(kuò)展路徑的拓展有利于應(yīng)力釋放，增加陶瓷基復(fù)合材料材料的強(qiáng)度和韌性；

    （4） 纖維橋聯(lián)：陶瓷基復(fù)合材料基體開裂后，纖維并未立即斷裂，而是在基體的裂紋之間架橋，此時橋聯(lián)的纖維依靠自身的軸向收縮促使裂紋閉合。上述閉合作用與纖維/基體之間的相容性以及界面層的結(jié)構(gòu)關(guān)系密切，這是材料陶瓷基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)關(guān)注的方面；

    （5） 纖維斷裂和纖維斷頭拔出：應(yīng)力集中引起結(jié)合強(qiáng)度較弱的纖維/基體界面解離后，若應(yīng)力持續(xù)增加，纖維發(fā)生斷裂，進(jìn)而由基體中拔出。

    上述增韌機(jī)制的存在有助于應(yīng)力的釋放和材料韌性的提升。

    圖2 所示為SiC/SiC復(fù)合材料典型的斷裂形貌。

    圖2. SiC/SiC復(fù)合材料斷裂后截面形貌：（a）韌性斷裂；（b）脆性斷裂

    3.2 界面層類型

    基于上述關(guān)于陶瓷基復(fù)合材料的增韌機(jī)制分析可以看出，界面層結(jié)構(gòu)和組分是影響材料力學(xué)性能和斷裂行為的重要因素。理想的界面層能夠拓展載荷傳遞和裂紋擴(kuò)展的途徑，顯著提升材料的強(qiáng)度和韌性。

    按照結(jié)構(gòu)差異，理想的界面層包括以下三種：

    （1） 層狀結(jié)構(gòu)界面層。該類界面層與基體的結(jié)合強(qiáng)度較大，裂紋直接穿透至界面層內(nèi)部，進(jìn)而在界面層內(nèi)部發(fā)生偏轉(zhuǎn)。該類界面層較為常見，以熱解碳（Pyrolytic carbon，PyC）界面層和六方氮化硼界面層（h-BN）為代表。PyC界面層[圖3（a）]的優(yōu)勢在于制備工藝簡單，成本較低，基體裂紋在界面層內(nèi)部逐次偏轉(zhuǎn)，劣勢在于其抗氧化性能較差，PyC 界面層在空氣中或者氧氣氣氛中500°C 就開始發(fā)生氧化反應(yīng)，嚴(yán)重影響了材料和構(gòu)件的穩(wěn)定性。h-BN界面層[圖3（b）]與PyC具有類似的層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間結(jié)合力較弱，抗氧化性能優(yōu)異，是較為理想的陶瓷基復(fù)合材料界面層材料，但其制備工藝復(fù)雜，成本較高。

    圖3. SiC/SiC復(fù)合材料界面層：（a）熱解碳；（b）氮化硼

    （2） 多孔結(jié)構(gòu)界面相。裂紋在該類界面層內(nèi)部沿孔隙間阻力較小的途徑擴(kuò)展，有助于提升材料的韌性。由前述增韌途徑可知，界面層內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)、孔分布是影響材料力學(xué)性能的重要因素。

    （3） 復(fù)合界面層。該界面層以（SiC-PyC）n和（BN-SiC）n代表，兼具SiC陶瓷抗氧化保護(hù)作用和PyC/BN層狀促進(jìn)裂紋偏轉(zhuǎn)、調(diào)節(jié)界面結(jié)合強(qiáng)度作用的優(yōu)勢，是一種理想的陶瓷基復(fù)合材料界面層體系，是近年來研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。

    4. 制備工藝

    SiC/SiC陶瓷基復(fù)合材料的制備工藝主要包括聚合物浸漬裂解工藝（Polymer Infiltrationand Pyrolysis，PIP）、化學(xué)氣相滲透工藝（Chemical Vapor Infiltration，CVI）和反應(yīng)浸滲工藝 （Reaction Infiltration，RI）等。

    PIP工藝的優(yōu)點(diǎn)包括：制備溫度低、纖維損傷小、陶瓷基體可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、易于通過近凈尺寸成型實(shí)現(xiàn)大型復(fù)雜構(gòu)件的制造；其缺點(diǎn)則在于制備過程基體收縮較大、材料孔隙率高、對材料蠕變性能有一定影響等。針對上述缺點(diǎn)，可采用高陶瓷產(chǎn)率的先驅(qū)體或者加入填料優(yōu)化工藝。

    CVI工藝制備的材料純度高、基體一般具有完整晶體結(jié)構(gòu)，力學(xué)性能優(yōu)異。缺點(diǎn)在于工藝復(fù)雜、制備周期長、成本較高。為了提升CVI工藝的沉積效率，美國研究人員采用了強(qiáng)制流動熱梯度技術(shù)，其傳質(zhì)過程通過強(qiáng)制對流實(shí)現(xiàn)，大幅提升了沉積效率，縮短了致密化周期。

    RI工藝的優(yōu)勢很明顯，制造成本低、周期短、材料氣孔率低，是發(fā)展SiC/SiC復(fù)合材料低成本、工程化制造技術(shù)理想的選擇。該工藝缺點(diǎn)在于液相滲硅反應(yīng)溫度高（一般高于1400°C），超過目前第一代和第二代SiC纖維的長期使用溫度，對SiC纖維會產(chǎn)生一定損傷，同時基體中殘留硅，易導(dǎo)致材料脆性較高。針對上述缺點(diǎn)，一般在纖維表面制備保護(hù)層或加入助溶劑，減緩滲硅過程纖維的高溫?fù)p傷。

    日本是開展聚碳硅烷（PCS）和連續(xù)SiC纖維研究最早的國家，其PIP制備工藝優(yōu)勢顯著。德國和美國利用反應(yīng)熔融滲透（Reactive MeltInfiltration，RMI）技術(shù)實(shí)現(xiàn)了SiC/SiC復(fù)合材料構(gòu)件的批量化生產(chǎn)。法國以CVI技術(shù)為主，水平世界領(lǐng)先。中航工業(yè)復(fù)材中心和西北工業(yè)大學(xué)分別采用PIP工藝和CVI工藝進(jìn)行SiC/SiC復(fù)合材料的研制，上海硅酸鹽所和中南大學(xué)在RMI工藝方面取得了顯著的技術(shù)突破。

    5. 加工工藝

    SiC/SiC復(fù)合材料硬度高，材料由基體、纖維等多部分構(gòu)成，具有明顯的各向異性，加之復(fù)合材料的表面形貌、尺寸精度和位置精度等對構(gòu)件的安全性、可靠性和使用壽命等都有重要影響，一般采用傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)和特種加工技術(shù)相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)材料的精確加工。日本在陶瓷基復(fù)合材料銑削、切削、磨削、鉆削等傳統(tǒng)加工領(lǐng)域方面優(yōu)勢明顯，美國、德國、英國、俄羅斯等國家在超聲波加工、電火花加工、水射流加工以及激光加工等領(lǐng)域進(jìn)行了深入研究。

    傳統(tǒng)機(jī)械加工就是基于傳統(tǒng)的銑削、切削、磨削、鉆削等金屬材料加工技術(shù)，選擇高硬度的金剛石刀具和加工程序?qū)iC/SiC復(fù)合材料進(jìn)行加工，加工工藝的優(yōu)化、刀具的選擇、加工余量的設(shè)計(jì)是影響加工效果的重要因素。一般而言，傳統(tǒng)機(jī)械加工工藝適宜于SiC/SiC復(fù)合材料機(jī)的型面加工，外形尺寸易于控制，材料表面光潔度高。但不適宜于小尺寸、孔結(jié)構(gòu)的加工。研究表明，采用鉆削制孔加工獲得的SiC/SiC復(fù)合材料孔結(jié)構(gòu)表面不平整，存在微裂紋。

    超聲波技術(shù)是利用超聲波振子引發(fā)工具產(chǎn)生超聲頻的縱向振動，在材料表面與高速運(yùn)動的磨砂粒子撞擊，從而對被加工表面進(jìn)行拋磨，實(shí)現(xiàn)材料的微加工。該工藝加工損傷較小，加工質(zhì)量高，但加工效率低，適宜于孔結(jié)構(gòu)和型腔成型加工。

    激光加工技術(shù)主要以原子躍遷過程中釋放出來的高能量光子為熱源，照射到材料表面，光能轉(zhuǎn)化為極高密度的熱能，產(chǎn)生局部瞬時高溫，導(dǎo)致材料熔化甚至氣化實(shí)現(xiàn)去除。激光加工過程無需刀具和模具，屬于非接觸性加工技術(shù)。然而，激光加工過程伴隨較大的熱應(yīng)力，可能導(dǎo)致微裂紋的產(chǎn)生。此外，該工藝成本較高，不利于實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用。

    高壓水射流技術(shù)是在高壓高速水射流中加入超硬磨粒，形成高速沖擊的液固兩相高速射流，實(shí)現(xiàn)材料的加工。該工藝屬于冷態(tài)切割，無熱影響，不會產(chǎn)生熱應(yīng)力。但是該工藝分辨率低（一般高于0.5mm），高速超硬磨粒的沖擊易引起崩邊等結(jié)構(gòu)缺陷及損傷，僅適用于復(fù)合材料的粗加工。

    電火花加工技術(shù)是利用電極之間脈沖放電熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對材料的去除加工。加工材料和工具無直接接觸、無刀具磨損問題。對于非導(dǎo)電陶瓷材料，可采用電解液法和高壓電法。但該工藝在加工過程中存在有較大熱影響，導(dǎo)致加工工件出現(xiàn)微裂紋和電極產(chǎn)生損耗等問題。

    6 考核及應(yīng)用

    SiC/SiC復(fù)合材料應(yīng)用廣泛，主要包括航空（含航空發(fā)動機(jī)）、航天以及核能領(lǐng)域，具體為航空發(fā)動機(jī)燃燒室、噴口導(dǎo)流葉片、渦輪葉片、渦輪殼環(huán)、尾噴管，空天飛行器機(jī)翼前緣、舵面以及核燃料包殼管等部位。美國、歐盟、日本等國家在陶瓷基復(fù)合材料領(lǐng)域投入大量人力物力，開展了多個國家級的研究計(jì)劃，例如NASA 的IHPTET （High Performance TurbineEngine Technology）、UEET（Ultra-EfficientEngine Technology）計(jì)劃和日本的AMG（Advanced MaterialsGas-Generator）計(jì)劃，對陶瓷基復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域特別是航空發(fā)動機(jī)熱端部位的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)劃研究。其中在NASA N+3先進(jìn)發(fā)動機(jī)項(xiàng)目中，GE公司對先進(jìn)材料在未來（2030~2035）航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了梳理和預(yù)研。陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用包括燃燒室、渦輪導(dǎo)向葉片、高壓渦輪葉片、低壓渦輪葉片、高壓渦輪罩環(huán)等發(fā)動機(jī)靜止和轉(zhuǎn)動部位。

    實(shí)際應(yīng)用方面，法國SNECMA公司于20世紀(jì)80年代成功研制出牌號為CERASEPR系列的SiC/SiC復(fù)合材料，并率先應(yīng)用于M88-2發(fā)動機(jī)尾噴管部位。隨著材料制備、加工以及考核驗(yàn)證技術(shù)的逐漸完善，SiC/SiC復(fù)合材料的應(yīng)用日趨廣泛，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)在多型號航空發(fā)動機(jī)熱端構(gòu)件領(lǐng)域的應(yīng)用，如F110-GE-129發(fā)動機(jī)尾噴管，EJ200發(fā)動機(jī)的燃燒室、火焰穩(wěn)定器、尾噴管調(diào)節(jié)，Trent800發(fā)動機(jī)渦輪外環(huán)以及F136發(fā)動機(jī)渦輪導(dǎo)向葉片等發(fā)動機(jī)熱端構(gòu)件。采用SiC/SiC復(fù)合材料熱端構(gòu)件后，可以大幅節(jié)省冷卻氣量，提高工作溫度，降低結(jié)構(gòu)重量，提高使用壽命。此外，美國GE公司與CFM公司合作研制的SiC/SiC復(fù)合材料渦輪罩環(huán)已經(jīng)成功應(yīng)用于空客A320和波音737MAX飛機(jī)的LEAP發(fā)動機(jī)，這也是SiC/SiC復(fù)合材料首次應(yīng)用于商用發(fā)動機(jī)高壓渦輪部件。GE航空公司于2015年初通過F414渦航空發(fā)動機(jī)驗(yàn)證機(jī)首次驗(yàn)證了陶瓷基復(fù)合材料低壓渦輪葉片的應(yīng)用，這是世界上首個陶瓷基復(fù)合材料航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動部件。同時，GE9X發(fā)動機(jī)將把陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用擴(kuò)展到燃燒室內(nèi)外襯套、高壓渦輪一級和二級導(dǎo)向器以及一級罩環(huán)上。總體而言，中溫中載的SiC/SiC復(fù)合材料尾噴管構(gòu)件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用和批量生產(chǎn)；高溫中載的燃燒室構(gòu)件正在進(jìn)行裝機(jī)驗(yàn)證，近期有望實(shí)現(xiàn)應(yīng)用；渦輪轉(zhuǎn)子和渦輪葉片等高溫高載轉(zhuǎn)動件研制技術(shù)發(fā)展較快，部分關(guān)鍵技術(shù)已取得突破。

    國內(nèi)SiC/SiC復(fù)合材料構(gòu)件研制始于20世紀(jì)80年代，主要研制單位包括中航工業(yè)復(fù)材中心、航天材料及工藝研究所、西北工業(yè)大學(xué)、國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)等單位，目前已經(jīng)具備構(gòu)件研制和小批量生產(chǎn)能力，但在工程產(chǎn)業(yè)化方面與西方發(fā)達(dá)國家尚存在明顯差距。

    7. 面臨的問題和機(jī)遇

    我國SiC/SiC復(fù)合材料研究起步較晚，通過近20年特別是“十二五”計(jì)劃期間國家的支持，國內(nèi)多個研究單位和高校在包括設(shè)計(jì)考核、構(gòu)件研制、原材料生產(chǎn)在內(nèi)的多個方面都取得了顯著的成果，但在關(guān)系到材料工程化應(yīng)用的幾個方面尚需進(jìn)行深入研究。

    （1） 高性能SiC連續(xù)纖維的批量穩(wěn)定生產(chǎn)：國內(nèi)SiC纖維研究基礎(chǔ)較弱，起步較晚，目前已經(jīng)突破第二代SiC纖維研制的關(guān)鍵技術(shù)，目前處于中試階段，但在質(zhì)量穩(wěn)定性和工業(yè)化能力方面與日本等國家的先進(jìn)水平的差距巨大。

    （2） SiC/SiC復(fù)合材料研制全產(chǎn)業(yè)鏈中的關(guān)鍵技術(shù)突破：目前國內(nèi)SiC/SiC復(fù)合材料的研制與國際先進(jìn)水平差距不大，但構(gòu)件工程化生產(chǎn)能力不足。此外，SiC/SiC復(fù)合材料與金屬件連接、環(huán)境屏障涂層以及無損檢測等方面亦需繼續(xù)進(jìn)行深入研究。

    （3） SiC/SiC復(fù)合材料構(gòu)件的修復(fù)：SiC/SiC復(fù)合材料成本高，構(gòu)件服役苛刻，可能在強(qiáng)氣動加熱和氣動載荷作用下產(chǎn)生損傷，復(fù)合材料的修復(fù)工作意義重大。但在該方面國內(nèi)研究基礎(chǔ)近乎空白，亟需通過典型件試驗(yàn)，開展材料修復(fù)機(jī)理和壽命評估研究，降低SiC/SiC復(fù)合材料構(gòu)件的修復(fù)成本。

    目前國家兩機(jī)專項(xiàng)和空天飛行器項(xiàng)目已經(jīng)啟動，國家對新材料、新工藝領(lǐng)域的研究十分重視。SiC/SiC復(fù)合材料在航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域的型號和在空天飛行器方面的實(shí)際應(yīng)用面臨前所未有的機(jī)遇。我們應(yīng)堅(jiān)持先靜止件后轉(zhuǎn)動件、先低溫件后高溫件的原則，在前期中溫中載靜止件的研制基礎(chǔ)上，積極開展中溫中載轉(zhuǎn)動件和高溫中載靜止件的研制，同時積極建設(shè)“材料-工藝-設(shè)計(jì)”一條龍模式的SiC/SiC復(fù)合材料構(gòu)件全產(chǎn)業(yè)鏈，拓展SiC/SiC復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域。

更多關(guān)于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國內(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：龐雪潔

《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：fsfhzy666@163.com

中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)官方 QQ群：140808414