2022年碳化硅行業(yè)簡要介紹及實(shí)際應(yīng)用分析

1、2022年碳化硅行業(yè)簡要介紹及實(shí)際應(yīng)用分析1.碳化硅（SiC）纖維碳化硅纖維性能良好，常用作耐高溫材料和增強(qiáng)材料。碳化硅纖維是一種以碳和硅為主要成分的高性能陶瓷材料，從形態(tài)上分為晶須和連續(xù)碳化硅纖維，具有高溫耐氧化性、高硬度、高強(qiáng)度、高熱穩(wěn)定性、耐腐蝕性和密度小等優(yōu)點(diǎn)。與碳纖維相比，在極端條件下，碳化硅纖維能夠保持良好的性能。由于其具有良好的性能，在航空航天、軍工武器裝備等高科技領(lǐng)域備受關(guān)注，常用作耐高溫材料和增強(qiáng)材料。1.1.碳化硅纖維制備工藝碳化硅纖維的制備方法主要有先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法、化學(xué)氣相沉積法（CVD)和活性炭纖維轉(zhuǎn)化法3種。3種制備方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，而且使用不同制備方法制備的碳化硅纖維也

2、具有不同的性能。先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法是目前主要采用的碳化硅纖維研制方法。先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法是由日本東北大學(xué)矢島教授等人于1975年研發(fā)，包括先驅(qū)體合成、熔融紡絲、不熔化處理與高溫?zé)Y(jié)4大工序，先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制備碳化硅纖維需要先合成先驅(qū)體聚碳硅烷（PCS)。日本、美國等國家的材料制造公司積極利用該法將碳化硅纖維進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，逐漸形成了3代碳化硅纖維。先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制備碳化硅纖維是目前采用比較廣泛的一種方法，技術(shù)相對成熟、生產(chǎn)效率高、成本低，適合于工業(yè)化生產(chǎn)?；瘜W(xué)學(xué)氣相沉積法（CVD法）制備碳化硅纖維純度較高，但由于直徑較粗，較難織成復(fù)合材料。CVD法的基本原理就是在連續(xù)的鎢絲或碳絲芯材上沉積碳化硅。該方法的制備

3、過程中，利用碳絲更為合適。一方面，碳的質(zhì)量比鎢的質(zhì)量小，可以制得更輕的碳化硅纖維；另一方面，鎢與碳化硅會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使得在高溫環(huán)境下碳化硅纖維的強(qiáng)度變差。在碳絲上沉積碳化硅能夠得到更穩(wěn)定的碳化硅纖維及其復(fù)合材料。CVD法制備的碳化硅纖維的純度比較高，因此纖維在高溫下的強(qiáng)度、抗蠕變、穩(wěn)定性等性能良好。但是，與先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法相比，CVD法制備的碳化硅纖維直徑較粗，無法進(jìn)行編織，因此在利用纖維制成復(fù)合材料時(shí)比較困難。活性炭纖維轉(zhuǎn)化法原料價(jià)格低廉，制備過程相對簡單，適合工業(yè)化生產(chǎn)?；钚蕴坷w維轉(zhuǎn)化法是在先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法和CVD法之后被研發(fā)出來的。主要包括制備活性炭纖維、高溫反應(yīng)氣態(tài)氧化硅、熱處理生產(chǎn)碳化硅纖

4、維三步。因?yàn)橹苽浠钚蕴坷w維的原材料價(jià)格比較低廉，并且制備過程也比較簡單，所以利用活性炭纖維轉(zhuǎn)化法制備碳化硅纖維的成本較低。與先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法和CVD法相比，該方法更適用于工業(yè)化生產(chǎn)碳化硅纖維。此外，利用活性炭纖維轉(zhuǎn)化法制備碳化硅纖維主要由碳化硅微晶構(gòu)成，氧含量僅占5.9%。由于氧含量的大大降低，纖維的抗拉強(qiáng)度變大，能達(dá)到1000MPa以上。1.2.SiC纖維研制歷經(jīng)三代，國內(nèi)技術(shù)達(dá)到國際水平三代碳化硅纖維均已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，日本碳公司和宇部公司總產(chǎn)量占全球80%。根據(jù)結(jié)構(gòu)組成和性能，SiC纖維主要分為三代。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(NipponCarbon)和日

5、本宇部公司(UbeIndustries)。兩家公司的總產(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NipponCarbon公司的純SiC纖維(牌號(hào)Nicalon)和UbeIndustries公司的含鈦、含鋯、含鋁等類型的SiC纖維(牌號(hào)Tyranno)產(chǎn)量均達(dá)到100噸級，且基本保持穩(wěn)定。國內(nèi)SiC纖維技術(shù)達(dá)到國際水平，工業(yè)化能力仍有差距。目前，國內(nèi)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)。總體而言，國內(nèi)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)第二代、第三代SiC關(guān)鍵技術(shù)，但由于基礎(chǔ)研究起步較晚，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)

6、達(dá)國家的先進(jìn)水平差距巨大。上世紀(jì)80年代開始，國防科技大學(xué)在實(shí)驗(yàn)室開展先驅(qū)體熱解轉(zhuǎn)化方法制備SiC纖維的研究，經(jīng)過近30年的艱難攻關(guān)，攻克了先驅(qū)體PCS的合成、多孔熔融紡絲、原絲不熔化及連續(xù)纖維高溫?zé)傻汝P(guān)鍵技術(shù)，制得了第一代連續(xù)SiC纖維（KD-I型纖維），纖維性能與日本Nicalon纖維性能相當(dāng)。近年來，通過改進(jìn)先驅(qū)體合成方法，建立非氧氣氛不熔化處理方法（電子束輻照方法與活性氣氛不熔化方法），制得了低氧含量的SiC纖維。通過制備工藝的改進(jìn)，制得了第二代連續(xù)SiC纖維（KD-II型SiC纖維），性能相當(dāng)于日本碳公司Hi-Nicalon水平，并已建立了中試生產(chǎn)線。廈門大學(xué)于2000年后也開展了

7、SiC纖維的相關(guān)研究。在第三代SiC纖維制備研究中，對TyrannoSA型和Hi-NicalonS型SiC纖維均進(jìn)行了初步探索其后，其研發(fā)思路主要集中于Hi-NicalonS型纖維的制備方法，并在PCS纖維的電子束輻照交聯(lián)、還原氣氛下的纖維燒成等方面取得了一定研究成果?；鹁骐娮优c廈門大學(xué)合作，已建立第二代、第三代SiC纖維材料10噸生產(chǎn)線，該技術(shù)屬國內(nèi)首創(chuàng)，處于國內(nèi)、外同行業(yè)的領(lǐng)先水平。隨著碳化硅纖維生產(chǎn)鏈的不斷擴(kuò)大，應(yīng)用范圍不斷拓展，市場規(guī)模快速擴(kuò)容。據(jù)StratisticsMRC預(yù)測，碳化硅纖維市場到2026年將增長至35.87億美元，2017年至2026年的復(fù)合年增長率高達(dá)34.4。而據(jù)

8、MarketsandMarkets預(yù)計(jì)，全球陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料市場規(guī)模預(yù)計(jì)將從2021年的88億美元增長到2031年的250億美元，年復(fù)合增長率為11.0%。發(fā)展中國家，尤其是亞太地區(qū)（如中國、印度、新加坡和泰國）對陶瓷基體復(fù)合材料的需求不斷增長，將推動(dòng)市場增長。1.3.碳化硅纖維的應(yīng)用碳化硅纖維作為一種紡織類纖維增強(qiáng)材料，通常以復(fù)合材料的形式應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，被認(rèn)為是很有應(yīng)用前景的一種結(jié)構(gòu)材料，它具有優(yōu)良的電磁波吸收性，且具有高強(qiáng)高模、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕、抗蠕變等優(yōu)點(diǎn)，其中，耐高溫和優(yōu)良的電磁波吸收性是最突出的兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。通常以一維形式的纖維、二維形式和三維形式的纖維集合體、非織造織物的形式應(yīng)

9、用于各個(gè)領(lǐng)域的各類零部件。1)以一維形式存在時(shí)，通常以短切或連續(xù)纖維的形式應(yīng)用于軍事、儀器儀表、汽車、宇航、航空、體育用品、電子信息、音響器材、窖爐材料、醫(yī)衛(wèi)用品等。在民用領(lǐng)域，碳化硅纖維已經(jīng)應(yīng)用到了日本的防盜和防火探測器探頭中。2)以二維形式的纖維集合體存在時(shí)，通常以平面織物形式應(yīng)用于航天飛機(jī)、超高音運(yùn)輸機(jī)的高溫區(qū)和蓋板，空間飛機(jī)或探測器發(fā)動(dòng)機(jī)的平面翼板及前沿曲面翼板燃燒室，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的靜翼面、葉片、翼盤、支架和進(jìn)料管，飛機(jī)以及高超飛行器的發(fā)動(dòng)機(jī)噴口擋板、調(diào)節(jié)片、襯里、葉盤。實(shí)際應(yīng)用中，德國“桑格爾”、法國“海爾梅斯”、美國Solarturlinces、美國航天飛機(jī)系列、日本的Hope-

10、X、日本IHI公司制造的尾椎和消聲器、日本AMG公司制造的燃燒室、法國SNECMA公司研制開發(fā)的軍用飛機(jī)火焰穩(wěn)定器、Weatline渦輪葉片、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)“LEAP-X”、日本AMG燃料室、法國Rafale戰(zhàn)斗機(jī)的M88發(fā)動(dòng)機(jī)部分構(gòu)件中都存在該形式的碳化硅纖維。3)以三維形式的纖維集合體存在時(shí)，通常以異形編織物的形式應(yīng)用于飛機(jī)、巡航彈的尾翼、頭錐、魚鱗板、尾噴管，一般是以碳化硅增強(qiáng)鋁或碳化硅纖維與PEEK混編織物的形式存在，其主要發(fā)揮優(yōu)良的吸波性能，用作隱身材料。美國洛克希德公司的隱身戰(zhàn)機(jī)F-22的4個(gè)直角尾翼，法國“幻影2000”戰(zhàn)斗機(jī)的M53發(fā)動(dòng)機(jī)，法國Alcore公司的無人駕駛遙控隱身飛機(jī)

11、“豺狼”，日本IHI公司生產(chǎn)的軍用飛機(jī)上均有碳化硅纖維三維產(chǎn)品的身影。4)以非織造織物存在時(shí)，通常以纖維氈的形式應(yīng)用于核電站耐輻射材料及核聚變裝置的第一堆壁、偏濾器、燃料包覆以及控制棒材料。在韓國、美國和德國方程賽車的剎車盤上也有應(yīng)用。碳化硅纖維的各種優(yōu)良性能，賦予了其被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的可能，使其能充分發(fā)揮自身的性能特點(diǎn)。2.SiC/SiC復(fù)合材料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。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

12、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(shí)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(dòng)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。SiC/SiC復(fù)合材料的制備工藝主要包括聚合物浸漬裂解工藝(PolymerInfiltrationandPyrolysis,PIP)、化學(xué)氣相滲透工藝(ChemicalVaporInfiltration,CVI)、熔滲工藝(Reactiv

13、eMeltInfiltration,RMI)和漿料浸漬熱壓法（SlurryInfiltrationandHot-Pressingprocess，SIHP）等。PIP工藝是近些年來研究較多、發(fā)展迅速的陶瓷基復(fù)合材料制備工藝之一，將聚合物有機(jī)先驅(qū)體（溶液）浸漬至纖維預(yù)制體內(nèi)部，進(jìn)而高溫裂解生成陶瓷基體，優(yōu)點(diǎn)在于處理溫度較低，近凈成型，對于纖維的損傷較小。并且基體可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，可在數(shù)次浸漬-裂解周期后得到易加工的中間產(chǎn)品，進(jìn)行精細(xì)加工后再進(jìn)行進(jìn)一步致密化，適合制備形狀復(fù)雜的大型構(gòu)件。但陶瓷收率低、制造周期長、材料孔隙率高。CVI工藝主要通過氣相先驅(qū)體高溫裂解，在纖維表面沉積獲得致密化復(fù)合材料，通過該法

14、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。得到的復(fù)合材料外形基本由預(yù)制體決定，能實(shí)現(xiàn)近凈成型，制備形狀復(fù)雜的部件；在同一沉積爐中，可依次進(jìn)行界面相、基體以及構(gòu)件表面涂層的沉積，制備變組分或變密度的復(fù)合材料，實(shí)現(xiàn)材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)。缺點(diǎn)在于沉積速率低、制造周期長、成本高、復(fù)合材料孔隙率高。RMI工藝最大的優(yōu)點(diǎn)為能夠通過一次成型制備致密且基本無缺陷的基體，而且預(yù)成型件與構(gòu)件之間結(jié)構(gòu)尺寸變化較小，被認(rèn)為是快速、低成本制備近凈成型復(fù)雜形狀構(gòu)件的有效途徑。但該工藝的主要問題在于：熔滲過程溫度較高，對纖維損傷較大；在熔融浸滲過程中，金屬與氧氣等反應(yīng)形成致密氧化物膜，阻礙金屬進(jìn)一步反應(yīng)而在材料內(nèi)

15、部形成殘留，可能會(huì)影響復(fù)合材料的高溫穩(wěn)定性。各國對陶瓷基復(fù)合材料工藝都進(jìn)行了詳細(xì)的研究，其中日本擁有聚碳硅烷（PCS）和連續(xù)SiC纖維制備技術(shù)，主要開展PIP工藝制備纖維增強(qiáng)SiC復(fù)合材料的研究,特別是在SiCf/SiC復(fù)合材料制備上具有較高的研究水平；法國以CVI技術(shù)為主，且技術(shù)水平屬國際領(lǐng)先；德國以RMI和PIP技術(shù)為主,特別是RMI技術(shù)世界領(lǐng)先；美國對PIP、CVI和RMI工藝均有研究，且均有較高的研究水平，特別是RMI工藝，已經(jīng)成為GE公司陶瓷基復(fù)合材料制備的主流工藝。國內(nèi)碳化硅基復(fù)合材料制備以CVI、PIP、RMI技術(shù)為主，主要研究單位包括西北工業(yè)大學(xué)、航天材料及工藝研究所、西安航天

16、復(fù)合材料研究所、中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所、航空工業(yè)復(fù)合材料技術(shù)中心、國防科技大學(xué)等。其中，西北工業(yè)大學(xué)張立同院士團(tuán)隊(duì)與中國燃?xì)鉁u輪研究院（現(xiàn)中國航發(fā)四川燃?xì)鉁u輪研究院）合作開發(fā)的7001200長壽命自愈合碳化硅陶瓷基復(fù)合材料(CMC-MS)獲得了2004年度國家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)，在此基礎(chǔ)上投入并建成了國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)的CMC構(gòu)件工程化基地。SiC/SiC復(fù)合材料加工工藝包括傳統(tǒng)機(jī)械加工、超聲波技術(shù)、激光加工技術(shù)、高壓水射流技術(shù)和電火花加工技術(shù)等。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

17、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、高壓水射流加工以及激光加工等領(lǐng)域進(jìn)行了深入研究。3.碳化硅材料在航發(fā)上的應(yīng)用3.1.SiC/SiC耐熱性能優(yōu)異，將替代高溫合金在航發(fā)上的應(yīng)用推重比是先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的衡量指標(biāo)，新型材料的應(yīng)用是提高推重比的有效方法。航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)的心臟，是飛機(jī)機(jī)動(dòng)性、航程、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等性能的主要決定因素之一，而推重比是衡量發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)水平和工作能力的綜合指標(biāo)之一。如何進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)推重比，降

18、低服役成本等是現(xiàn)階段各國研究的重點(diǎn)。國內(nèi)外的研究表明在維持發(fā)動(dòng)機(jī)布局和不改變常規(guī)金屬材料的前提下，氣動(dòng)、熱力、部件設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)減重等技術(shù)手段的改進(jìn)，最高只能將發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比提高到14左右。對于推重比1215及更高推重比的發(fā)動(dòng)機(jī)，則必須在新材料、新工藝應(yīng)用和新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面取得更大突破。對于推重比1520的發(fā)動(dòng)機(jī)，新材料、新工藝及相應(yīng)新結(jié)構(gòu)對提高推重比的貢獻(xiàn)將高達(dá)50%70%?，F(xiàn)有高溫合金材料體系難以滿足先進(jìn)航發(fā)，陶瓷基復(fù)材成為最有應(yīng)用潛力的材料?，F(xiàn)有推重比10一級的發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪進(jìn)口溫度均達(dá)到了1500，如M88-2型發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪進(jìn)口溫度達(dá)到1577，F(xiàn)119型發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪進(jìn)口溫度達(dá)到1700左右，而

19、目前正在研制的推重比1215的發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪進(jìn)口平均溫度將超過1800以上。這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了高溫合金及金屬間化合物的使用溫度。目前，耐熱性能最好的鎳基高溫合金材料工作溫度達(dá)到1100左右，而且必須采用隔熱涂層，同時(shí)設(shè)計(jì)先進(jìn)的冷卻結(jié)構(gòu)。因此，現(xiàn)有的高溫合金材料體系已經(jīng)難以滿足先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)，要發(fā)展具有更高推重比的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，必須開發(fā)新型輕質(zhì)、高強(qiáng)度、耐高溫、長壽命的發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件材料。陶瓷基復(fù)合材料能夠滿足上述要求，成為能夠替代高溫合金在發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件上應(yīng)用最具有潛力的材料。從陶瓷基體角度來看，以SiC基陶瓷為代表的非氧化物基體，具有強(qiáng)度高、硬度高、耐高溫性能優(yōu)異的特點(diǎn)，特別是與制備技術(shù)較為成熟的C纖維

20、和SiC纖維相容性較好，因此在航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件上取得了廣泛的應(yīng)用。以石英玻璃為代表的玻璃陶瓷基體本身耐高溫性能較差，一般不適合作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端構(gòu)件材料應(yīng)用。而氧化物纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料具有廣闊的應(yīng)用前景，但受制于氧化物纖維的發(fā)展水平，限制了這類陶瓷基體材料在航發(fā)熱端構(gòu)件上的應(yīng)用。從增強(qiáng)纖維角度來看，碳化硅陶瓷基復(fù)合材料（CMC-SiC）主要包括碳纖維增韌碳化硅（C/SiC）和碳化硅纖維增韌碳化硅（SiC/SiC）。對于航空發(fā)動(dòng)機(jī)，C/SiC的使用溫度為1650攝氏度，SiC/SiC的使用溫度為1450，提高SiC纖維的使用溫度可使SiC/SiC使用溫度提高到1650。由于C/SiC抗氧化

21、性能較SiC/SiC差，國內(nèi)外普遍認(rèn)為，航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件最終獲得應(yīng)用的應(yīng)該是SiC/SiC。與聚合物復(fù)合材料相比，CMC-SiC可提高強(qiáng)度和使用溫度。與高溫合金相比，在無空氣冷卻和熱障涂層的情況下，CMC-SiC可降低冷卻氣流量15%25%，提高工作溫度150350，潛在使用溫度可達(dá)1650，同時(shí)實(shí)現(xiàn)減重。與陶瓷材料相比，CMCSiC可改善脆性、缺陷敏感性并抑制缺陷體積效應(yīng)，提高可靠性。與Cf/C復(fù)合材料相比，CMC-SiC可提高抗氧化性、強(qiáng)度和使用壽命。由此可見，CMC-SiC是高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件用最具潛力的關(guān)鍵熱結(jié)構(gòu)材料之一。研究表明，將CMC-SiC用于燃燒室、渦輪、加力燃燒室

22、和噴管等熱端部件，可使發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度提高300500，結(jié)構(gòu)減重50%70%，推力提高30%100%。3.2.SiC/SiC材料在國外航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用現(xiàn)狀歐美等航空發(fā)達(dá)國家在航空發(fā)動(dòng)機(jī)用CMC-SiC構(gòu)件的研制與應(yīng)用方面，遵循先靜止件后轉(zhuǎn)動(dòng)件，先中溫（7001000）件后高溫（10001300）件，先簡單件后復(fù)雜件的發(fā)展思路，優(yōu)先發(fā)展中溫中等載荷（應(yīng)力低于120MPa）靜止件（密封片調(diào)節(jié)片、內(nèi)錐體等）；以此為基礎(chǔ)發(fā)展高溫中等載荷（應(yīng)力低于120MPa）靜止件（火焰筒、火焰穩(wěn)定器、渦輪外環(huán)、導(dǎo)向葉片等）；然后發(fā)展高溫高載荷（應(yīng)力高于120MPa）轉(zhuǎn)動(dòng)件（渦輪轉(zhuǎn)子、渦輪葉片等）。CMC-SiC已在

23、中溫中等載荷靜止件上得到實(shí)際應(yīng)用和批產(chǎn)。從20世紀(jì)90年代開始，歐美以推重比810一級航空發(fā)動(dòng)機(jī)（如F119，EJ200，F(xiàn)414，M88-，TRENT800等）為演示驗(yàn)證平臺(tái)，對CMC-SiC構(gòu)件進(jìn)行了大量應(yīng)用驗(yàn)證，歷時(shí)二十余年目前仍在進(jìn)行?？己私Y(jié)果表明，CMC-SiC可使中等載荷靜止件減重50%以上，并顯著提高其疲勞壽命?？偟膩碚f，噴管調(diào)節(jié)片密封片等中溫中等載荷靜止件已完成全壽命驗(yàn)證并進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用和批量生產(chǎn)階段；燃燒室火焰筒和內(nèi)外襯等高溫中等載荷靜止件正進(jìn)行全壽命驗(yàn)證，有望進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段；而渦輪轉(zhuǎn)子和渦輪葉片等高溫高載荷轉(zhuǎn)動(dòng)件尚處于探索研究階段。3.2.1.SiC/SiC復(fù)合材料在噴管部

24、件上的應(yīng)用CMC-SiC噴管調(diào)節(jié)片/密封片，已在國外M53-2，M88，M88-2，F(xiàn)100，F(xiàn)119，EJ200，F(xiàn)414，F(xiàn)110，F(xiàn)136等多種型號(hào)軍/民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)上成功試驗(yàn)并應(yīng)用多年。早在20世紀(jì)90年代中期，法國Snecma公司研制的Cf/SiC(SEPCARBINOXRA262)和SiC/SiC(CERASEPRA300)外調(diào)節(jié)片便成功應(yīng)用于M88-2發(fā)動(dòng)機(jī)，在驗(yàn)證了其壽命目標(biāo)后，于2002年投入批量生產(chǎn)后期，Snecma公司采用抗氧化BN界面和高性能SiC纖維開發(fā)出自愈合CMC-SiC(CERASEPRA410)，成功解決了氧化損傷對構(gòu)件壽命的影響。Snecma公司還與PW公司

25、合作研制了CMC-SiC密封片，并在F100發(fā)動(dòng)機(jī)上完成了地面加速任務(wù)試驗(yàn),累計(jì)工作1300h，其中1200/100h，實(shí)現(xiàn)減重50%60%，表現(xiàn)出比金屬件更好的抗熱機(jī)械疲勞性能;轉(zhuǎn)移到外場進(jìn)行評估后，在F100-PW-229發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行了飛行試驗(yàn)。目前，法國已實(shí)現(xiàn)CMC-SiC噴管構(gòu)件向民用飛機(jī)(如空客A380)發(fā)動(dòng)機(jī)的推廣應(yīng)用。美國NASA研制的CMC-SiC調(diào)節(jié)片在F110發(fā)動(dòng)機(jī)上累計(jì)工作500h，其中1200/100h，增加推力35%。GE公司與Goodrich公司合作開發(fā)出用于F414發(fā)動(dòng)機(jī)的CMCSiC調(diào)節(jié)片和密封片，其中，Goodrich公司負(fù)責(zé)提供CMC-SiCGE公司進(jìn)行考核

26、和評估。目前，GE公司已進(jìn)行了相關(guān)飛行試驗(yàn)考核，累計(jì)工作400h,1100/100h,增加推力35%。為滿足綜合高性能渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)(integratedhighperformanceturbineenginetechnology,IHPTET)計(jì)劃第2階段和第3階段的要求，PW、GE、Allison等公司還以該計(jì)劃驗(yàn)證機(jī)為平臺(tái)對CMC-SiC調(diào)節(jié)片和密封片進(jìn)行了驗(yàn)證。3.2.2.SiC/SiC復(fù)合材料在燃燒部件上的應(yīng)用燃燒室和加力燃燒室均要承受高溫、復(fù)雜應(yīng)力、水氧腐蝕和熱沖擊等苛刻環(huán)境。燃燒室火焰筒、加力燃燒室內(nèi)錐體和隔熱屏為大型薄壁回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，屬中等載荷靜止件，采用CMC-SiC可明顯提高

27、使用溫度和減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量。國外SiC/SiC燃燒室/加力燃燒室部件，已進(jìn)行了全壽命演示驗(yàn)證，并進(jìn)入工程應(yīng)用階段，如F136和F414等發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室火焰筒、M88發(fā)動(dòng)機(jī)火焰筒和火焰穩(wěn)定器等。美國在綜合高性能渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)(IHPTET)計(jì)劃中將帶環(huán)境障涂層(environmentalbarriercoatings,EBCs)的SiC/SiC用于燃燒室火焰筒和內(nèi)外襯,并進(jìn)行了多次地面試車試驗(yàn)，累計(jì)考核15000h,最高考核溫度達(dá)到1200，并通過了全壽命5000h和高溫段500h的測試，質(zhì)量下降了30%，并減少了NOx和CO的排放。其中,第5次地面試車試驗(yàn)涂覆了聯(lián)合研究技術(shù)中心(unitedtech

28、nologiesresearchcenter,UTRC)制備的EBCs，經(jīng)過13937h,61次啟動(dòng)循環(huán)的試車試驗(yàn)后，在火焰筒內(nèi)壁上發(fā)現(xiàn)裂紋，從而終止地面試車試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，EBCs涂層可對燃?xì)庵械腃MCSiC提供有效的保護(hù),使其壽命從5000h延長至14000h左右。帶EBCs涂層的CMC-SiC航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫構(gòu)件的首次試驗(yàn)結(jié)果對航空發(fā)動(dòng)機(jī)30000h使用壽命的目標(biāo)具有里程碑意義。在IHPTET計(jì)劃第3階段的驗(yàn)證機(jī)XTC97上，Honeywell與GE還考核驗(yàn)證了CMC-SiC高溫升燃燒室。美國GE公司考核了SiC/SiC火焰筒，節(jié)約冷卻空氣50%，減重50%，減少NOx排放20%。GE

29、公司在2015年開始在GEnx發(fā)動(dòng)機(jī)中測試CMC-SiC熱端部件,并計(jì)劃大規(guī)模采用CMC-SiC制備燃燒室襯里以及渦輪葉片，并應(yīng)用于GE9x發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)計(jì)劃在LEAP-X等發(fā)動(dòng)機(jī)中也采用CMC-SiC火焰筒。Soler公司研發(fā)并驗(yàn)證了一種結(jié)構(gòu)非常簡單的SiC/SiC燃燒室襯套,該環(huán)形薄壁襯套位于金屬機(jī)甲殼體內(nèi),并可與Lamilloy結(jié)構(gòu)材料加工的外火焰筒一起組成先進(jìn)的柔性燃燒室。為降低高溫腐蝕環(huán)境對SiC/SiC的影響，Soler公司還研發(fā)了EBCs涂層，將SiC/SiC襯套壽命提高了23倍。此外，美國還將CMC-SiC作為高速民用運(yùn)輸機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)襯的最佳材料,以減少NOx的釋放。法國Sn

30、ecma公司除將SiC/SiC調(diào)節(jié)片成功運(yùn)用到M88-2發(fā)動(dòng)機(jī)外，還積極開發(fā)SiC/SiC燃燒室火焰筒。Snecma公司研制的SiC/SiC全環(huán)燃燒室(CERASEPA415)已通過180h的發(fā)動(dòng)機(jī)測試(600個(gè)循環(huán),最大狀態(tài)100h),研制的火焰穩(wěn)定器(CERASEPA410)已通過1180,143h的測試，構(gòu)件結(jié)構(gòu)完整,無損傷。Snecma公司還首次設(shè)計(jì)和制造了CFM56-C發(fā)動(dòng)機(jī)用SiC/SiC混合器,減重35%，并通過了700個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)試驗(yàn)，包括200h發(fā)動(dòng)機(jī)試車和70h試飛，目標(biāo)用于A380等飛機(jī)。3.2.3.SiC/SiC復(fù)合材料在渦輪部件上的應(yīng)用提高復(fù)合材料的開裂應(yīng)力和高溫耐腐

31、蝕及抗沖刷性是CMC-SiC渦輪導(dǎo)向葉片的研究重點(diǎn)。渦輪導(dǎo)向葉片工作溫度和應(yīng)力水平高，燃?xì)鉀_刷嚴(yán)重，熱力氧化條件惡劣。傳統(tǒng)的C/SiC或SiC/SiC開裂應(yīng)力低，在高溫高應(yīng)力和惡劣的熱力氧化環(huán)境下，將導(dǎo)致材料氧化嚴(yán)重，快速失效，必須采用EBCs涂層延長其使用壽命。因此，提高復(fù)合材料的開裂應(yīng)力和高溫耐腐蝕及抗沖刷性能成為CMC-SiC渦輪導(dǎo)向葉片的研究重點(diǎn)。美國在EPM和UEET計(jì)劃的支持下，發(fā)展了新的陶瓷纖維(Sylramicm，Dowcorning)、界面技術(shù)(BN界面、BN/SiC界面)、基體致密化技術(shù)和先進(jìn)EBCs涂層技術(shù)等，有效地解決了部分問題,制備的SiC/SiC導(dǎo)向葉片在可模擬發(fā)動(dòng)

32、機(jī)服役環(huán)境的NASAGlenn高壓燃燒環(huán)中進(jìn)行了測試，試驗(yàn)結(jié)果表明SiC/Sic導(dǎo)向葉片可在惡劣的燃燒環(huán)境下承受1000h的考核試驗(yàn)。CMC-SiC在航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)件上得到成功驗(yàn)證。在IHPTET計(jì)劃第3階段，GE和AADC公司在驗(yàn)證機(jī)XTE-77上采用CMC-SiC高壓渦輪導(dǎo)向葉片,與鎳基高溫合金相比，質(zhì)量減輕50%，冷卻空氣量減少20%。GE公司采用SiC/SiC制備了第3級低壓渦輪導(dǎo)向葉片，并在F136等發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行了驗(yàn)證，使用溫度達(dá)到1204，減重70%，冷卻空氣減少了50%。GE公司在F414發(fā)動(dòng)機(jī)上開展了500個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)的CMC-SiC渦輪導(dǎo)葉和動(dòng)葉試驗(yàn)，這是CMC-SiC首

33、次在航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)件上的成功驗(yàn)證。GE公司還試驗(yàn)了SiC/SiC無冷卻渦輪動(dòng)葉,其耐溫性明顯高于帶冷卻葉片,該技術(shù)擬用于F136發(fā)動(dòng)機(jī)未來發(fā)展型，并將推廣應(yīng)用于GE9X發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪第2級動(dòng)葉。1998年,日本在先進(jìn)材料氣體發(fā)電機(jī)(advancedmaterialgasgenerator,AMG)計(jì)劃中研制的渦輪葉片通過了700,燃?xì)猸h(huán)境，386m/s的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，沒有損傷。2003年，日本在ESPR計(jì)劃中研制了CMC-SiC渦輪葉片,并探索了渦輪轉(zhuǎn)子的制造技術(shù)。此外，Honeywell公司為有限壽命無人機(jī)設(shè)計(jì)的XTL57/1開發(fā)了整體式陶瓷渦輪葉片，并成功通過了155%轉(zhuǎn)速的超轉(zhuǎn)破裂試驗(yàn)，其低

34、壓渦輪葉片和高斜率過渡段均采用了陶瓷材料。3.3.CMC-SiC復(fù)合材料在國內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的研究現(xiàn)狀在CMC-SiC制備技術(shù)方面，國內(nèi)已接近國際先進(jìn)水平。國際普遍認(rèn)為，CMC-SiC是航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫結(jié)構(gòu)材料的技術(shù)制高點(diǎn)。CMC-SiC的水平可反映國家的武器裝備水平。我國高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研究起步較晚，但是，近年來國內(nèi)已經(jīng)全面突破了CMC-SiC及高性能SiC纖維制備技術(shù),材料性能已達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平，并進(jìn)行了航空發(fā)動(dòng)機(jī)多種構(gòu)件設(shè)計(jì)、研制與考核，雖尚需深入開展系統(tǒng)工作，且應(yīng)用考核也缺乏經(jīng)費(fèi)支持，但應(yīng)用研究還是取得了重大進(jìn)展，積累了一定的工程應(yīng)用研究經(jīng)驗(yàn),以西北工業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院上海硅酸鹽

35、研究所、航空工業(yè)復(fù)合材料技術(shù)中心等為代表的高等院校、研究所研制的燃燒室浮壁瓦片模擬件，全尺寸噴管調(diào)節(jié)片等分別進(jìn)行了試驗(yàn)臺(tái)短時(shí)考核和發(fā)動(dòng)機(jī)短期掛片試車考核,構(gòu)件熱態(tài)性能良好，已進(jìn)入應(yīng)用驗(yàn)證階段,為CMC-SiC的工程應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在CMC-SiC航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件應(yīng)用方面，國內(nèi)與發(fā)達(dá)國家仍有2030年差距。盡管從20世紀(jì)80年代開始我國就將CMC-SiC應(yīng)用技術(shù)研究列為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，2022年1月，由西工大使用國產(chǎn)新型陶瓷基復(fù)合材料打造的航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體渦輪盤成功完成首次飛行試驗(yàn)驗(yàn)證，這也是國內(nèi)陶瓷基復(fù)合材料轉(zhuǎn)子件首次配裝平臺(tái)的空中飛行試驗(yàn)，標(biāo)志著我們航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)又取得了一項(xiàng)重要突破。這

36、也有利于推動(dòng)陶瓷基復(fù)合材料部件在無人機(jī)/靶機(jī)上大規(guī)模應(yīng)用。不過，至今我國在CMC-SiC的應(yīng)用范圍和累計(jì)考核時(shí)間等均非常有限，與國外工程化應(yīng)用研究存在巨大差距。目前，國內(nèi)CMC-SiC航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件應(yīng)用研究與發(fā)達(dá)國家差距在2030年，而且西方國家已經(jīng)進(jìn)入加速發(fā)展的階段。4.碳化硅材料作為吸波材料的應(yīng)用4.1.耐高溫、耐腐蝕新型吸波材料成為發(fā)展熱點(diǎn)隨雷達(dá)探測系統(tǒng)的的發(fā)展和應(yīng)用，隱身技術(shù)得到重視?，F(xiàn)代無線電技術(shù)和雷達(dá)探測系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，極大地提高了飛行器探測系統(tǒng)的搜索、跟蹤目標(biāo)的能力。傳統(tǒng)的作戰(zhàn)武器系統(tǒng)受到的威脅越來越嚴(yán)重，隱身技術(shù)作為提高武器系統(tǒng)生存、突防，尤其是縱深打擊能力的有效手段，謀求武器

37、裝備的隱身化已成為軍事強(qiáng)國角逐軍備高新技術(shù)的熱點(diǎn)。采用隱身材料技術(shù)是當(dāng)前最有效可行的雷達(dá)隱身手段。隱身技術(shù)的確切含義是低可測技術(shù)，分為雷達(dá)隱身、紅外隱身、聲學(xué)隱身和可見光隱身等技術(shù)。其中雷達(dá)隱身技術(shù)的研究及其應(yīng)用一直受到世界各國的高度重視。雷達(dá)隱身技術(shù)可以降低飛機(jī)、坦克、導(dǎo)彈以及艦艇等大型武器裝備的信號(hào)特征。其主要是降低雷達(dá)截面積（RCS），實(shí)現(xiàn)目標(biāo)隱身方法主要有外形隱身和材料隱身技術(shù)。外形隱身技術(shù)難度較大，成本高，容易使目標(biāo)的結(jié)構(gòu)性能劣化，而采用隱身材料技術(shù)相對簡單，設(shè)計(jì)難度低。眾所周知，美國F-117A隱身戰(zhàn)斗機(jī)上，外形隱身是減縮RCS的主要手段。但實(shí)踐證明，過分強(qiáng)調(diào)外形隱身必將降低飛機(jī)的

38、機(jī)動(dòng)性和敏捷性。而在F-22的外形設(shè)計(jì)中，則采用了外形隱身和材料隱身相結(jié)合的折衷方案，外形隱身已不顯得突出，材料隱身的應(yīng)用得以加強(qiáng)。這表明吸波材料在現(xiàn)代隱身技術(shù)中的作用將更為顯著。除降低目標(biāo)信號(hào)以外，新型吸波材料還需具備耐高溫及耐腐蝕性。雷達(dá)隱身材料技術(shù)的發(fā)展，可以有效降低目標(biāo)的特征信號(hào)，對提高武器裝備的生存與突防能力具有重要意義。對一些應(yīng)用于特殊環(huán)境中的隱身材料，要求材料具有良好的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性。例如，高速飛行隱身戰(zhàn)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)屋噴管、機(jī)翼邊緣和最錐帽等部位會(huì)面臨高溫氧化、高低溫反復(fù)沖擊的考驗(yàn)：軍艦長期服役于海洋中，其艦體外殼材料在潮濕、鹽霧、酸堿度高的海洋環(huán)境中容易被腐蝕。新型吸波材料應(yīng)

39、具有質(zhì)量輕、吸收能力強(qiáng)、有效吸波頻帶寬和物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的特點(diǎn)，可滿足武器裝備在不同環(huán)境下長期服役的要求。4.2.碳化硅既能用作涂敷型吸波材料，也能用作結(jié)構(gòu)性材料吸波材料按其成型工藝和承載能力，可分為涂敷型吸波復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)型吸波復(fù)合材料，后者逐漸成為新的發(fā)展趨勢。涂敷型吸波復(fù)合材料施工方便，成本低，適應(yīng)于復(fù)雜外形，缺點(diǎn)是耐候性差，粘結(jié)性差，不能經(jīng)受高溫。雷達(dá)結(jié)構(gòu)吸波復(fù)合材料是由吸波材料和能透過雷達(dá)波的剛性材料相組合而成的，除了具有吸波和承載功能外，還有利于拓寬吸波頻帶，不增加重量等優(yōu)點(diǎn)，有取代涂敷型雷達(dá)吸波復(fù)合材料的趨勢，因而成為吸波材料研究的重點(diǎn)。雷達(dá)涂敷型隱身復(fù)合材料主要由吸波劑和基體材

40、料構(gòu)成，吸波劑是起吸收與反射電磁波作用的物質(zhì)，吸波材料的吸波能力與吸收劑的吸收能力有密切關(guān)系。以碳化硅為吸收劑主體的吸波材料主要包括碳化硅粉末為吸收劑的吸波材料和碳化硅纖維為吸收劑的結(jié)構(gòu)型吸波材料。以碳化硅粉末為吸收劑的吸波材料是由金屬硅粉末、碳化硅粉末、氮化硼粉末以及碳粉末混合而成的燒結(jié)體，不僅吸波性能好，而且克服了以鐵氧體為吸收劑的吸波材料耐熱性、耐沖擊性能差的缺點(diǎn)，并具有很好的機(jī)械性能。以碳化硅纖維為吸收劑的吸波材料不僅強(qiáng)度高、耐熱、耐化學(xué)腐蝕性能好，而且在高頻段具有較好的吸收性能。雷達(dá)結(jié)構(gòu)型吸波材料是在隱身技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多功能復(fù)合材料，具有承載和減少雷達(dá)反射截面的雙重功能。結(jié)構(gòu)型

41、吸波材料一般由具有不同電磁特性和力學(xué)性能的樹脂基體、增強(qiáng)纖維、吸收劑組成，其原材料篩選、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須兼?zhèn)浣Y(jié)構(gòu)和吸波的功能。目前，結(jié)構(gòu)型吸波材料正向著紅外與雷達(dá)隱身兼容及多功能、寬頻帶方向發(fā)展。以碳化硅纖維為吸波功能體的結(jié)構(gòu)型復(fù)合材料在強(qiáng)度、耐熱性和耐化學(xué)腐蝕性方面是極好的，并且能得到滿意的寬頻帶吸收性能。碳化硅纖維具有耐高溫、密度小、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用時(shí)可制成編織布、網(wǎng)等，在不同層中把它們平行排列，然后分層再與樹脂結(jié)合，形成電磁波吸收層。由于其電阻率在1105cm之間，高電阻率限制了它的吸波效率。但通過與碳纖維復(fù)合制得的結(jié)構(gòu)型吸波復(fù)合材料既耐高溫、抗氧化，還具有優(yōu)異的力學(xué)性能和吸波性能。由于傳

42、統(tǒng)SiC材料的電導(dǎo)率和介電損耗較低，通過對碳化硅纖維的電磁進(jìn)行改性可以提高其吸波性能。通常采用表面改性、摻雜異元素(物理摻雜法和化學(xué)摻雜法)、高溫處理等方法來調(diào)整SiC纖維的電阻率。碳化硅纖維的表面改性主要是指在碳化硅纖維表面沉積或涂覆含介電損耗的樹脂或?qū)щ妼?如碳層、鎳層以及其它金屬層),從而改善其電磁性能?；瘜W(xué)摻雜改性是通過在SiC纖維內(nèi)摻雜一些具有良好導(dǎo)電性的元素或物相,從而調(diào)節(jié)SiC纖維的介電損耗和吸波能力。4.3.碳化硅吸波材料的具體應(yīng)用SiC是最重要的高溫吸波材料之一，SiC/SiC復(fù)合材料的高強(qiáng)度和抗氧化性使其成為最重要的熱結(jié)構(gòu)材料之一。高溫構(gòu)件雷達(dá)隱身問題是制約我國戰(zhàn)機(jī)和導(dǎo)彈等

43、先進(jìn)武器裝備發(fā)展的瓶頸，傳統(tǒng)的磁性粒子填充高分子吸波材料在高溫下會(huì)發(fā)生性能下降和化學(xué)分解，無法滿足超高音速飛行器表面、發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴口、巡航導(dǎo)彈冒頭端等武器裝備高溫部位的隱身需求，嚴(yán)重限制了全方位隱身技術(shù)的發(fā)展，亟待發(fā)展耐高溫、抗氧化、力學(xué)性能優(yōu)異的吸波材料。而SiC纖維綜合性能優(yōu)異，通過調(diào)整高溫介電參數(shù)后能有效賦予飛行裝備良好的隱身性能。與C/SiC相比，SiC/SiC不但具有更高的力學(xué)性能、更好的抗氧化性能和更長的高溫使用壽命，還具有更好的吸波性能。在飛機(jī)器表面上，SiC可用于飛機(jī)尾翼、平面翼板及前沿翼板、高溫區(qū)蓋板、剎車盤等多個(gè)部件。美歐等國已將雷達(dá)隱身碳化硅纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料用于先進(jìn)戰(zhàn)

44、機(jī)。其在高于1000的環(huán)境下還具有良好的吸波性能。日本碳公司已推出幾種電阻率不同的SiC纖維；日本宇部公司制造的、商品牌號(hào)為“Tyranno”的SiC纖維也是一種具有吸波功能的陶瓷纖維。法國Alore公司制造的無人駕駛飛機(jī)大量采用了這種纖維。洛克希德公司用SiC纖維編織物增強(qiáng)鋁板制造了F-22的四個(gè)直角尾翼。SiC用于發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管、渦輪葉片等，能大幅提升發(fā)動(dòng)機(jī)外露構(gòu)件的隱身能力。發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管通常是飛機(jī)的外露構(gòu)件，不但對飛機(jī)的后向雷達(dá)散射截面影響較大，而且是飛機(jī)的重要紅外輻射源之一。紅外探測主要在35um和814um兩個(gè)大氣窗口波段，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管調(diào)節(jié)片的壁面溫度在4801000之間，其熱輻射能

45、量主要分布在35um以下。因此，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的電磁波和紅外信號(hào)特征,對提高飛機(jī)的隱身性能具有十分重要的意義。SiC纖維是耐高溫抗氧化的陶瓷纖維，當(dāng)其日阻率為100104cm時(shí)，對8.212.4GHz波段的雷達(dá)波具有最佳的吸收效果。由于SiC纖維含硅，能有效地減弱發(fā)動(dòng)機(jī)的紅外信號(hào)。PW公司已將驗(yàn)證的SiC/SiC調(diào)節(jié)片和密封片用于改進(jìn)F119發(fā)動(dòng)機(jī)，以實(shí)現(xiàn)減重、隱身并提高其耐久性等。美國采用CMC-SiC制備了軸對稱噴管,通過采用冷卻結(jié)構(gòu)和鋸齒結(jié)構(gòu)尾緣，實(shí)現(xiàn)了低可探測性，大幅減少了噴管的紅外信號(hào)和雷達(dá)信號(hào)，并將其應(yīng)用于F-35飛機(jī)。目前，國內(nèi)在碳化硅吸波材料方面已有研究成果。國防科技大學(xué)在陶瓷前驅(qū)

46、體、SiC纖維生產(chǎn)以及PIP工藝等方面的研究取得了優(yōu)異成績，已經(jīng)成功制備出能在1000使用的高溫吸波結(jié)構(gòu)材料，有效吸收頻段覆蓋218GHz。火炬電子與廈門大學(xué)合作，通過技術(shù)獨(dú)占許可方式及自主研發(fā)方式，目前已經(jīng)建設(shè)完成寬頻吸波纖維5噸級產(chǎn)能產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)鏈，在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位。5.碳化硅材料在核燃料元件中的應(yīng)用隨著對核反應(yīng)堆安全問題的重視，新型包殼材料得到關(guān)注。核電廠產(chǎn)生的能量來自于燃料元件，核裂變產(chǎn)生的放射性裂變產(chǎn)物主要滯留在燃料元件內(nèi)部，因此，燃料元件是反應(yīng)堆的核心部件，直接影響核反應(yīng)堆的經(jīng)濟(jì)性和安全性。當(dāng)前在建和運(yùn)行的核反應(yīng)堆大多為輕水反應(yīng)堆，鋯合金是輕水反應(yīng)堆燃料元件的重要組成部分，目前的商

47、業(yè)水堆核電站幾乎全部用鋯合金作為燃料元件的包殼材料。然而隨著對反應(yīng)堆安全問題的日益重視，鋯合金包殼本身的一些問題包括水中的腐蝕、吸氫和芯殼反應(yīng)等，使得對新型包殼材料的探索成為了一個(gè)重要研究方向。碳化硅SiC為包殼或基體材料的新型燃料元件成為新的研究熱點(diǎn)。以碳化硅SiC為包殼或基體材料的新型燃料元件的概念設(shè)計(jì)和制備成為了核燃料元件領(lǐng)域一個(gè)新的熱點(diǎn)。SiC具有高溫強(qiáng)度大、硬度高、耐磨損性好、抗熱沖擊性好、熱導(dǎo)率大以及抗氧化性強(qiáng)和耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)良特性，并且其小的中子吸收截面，低的固有活性和衰變熱，使其適用于核反應(yīng)堆領(lǐng)域。SiC具有非常好的輻照尺寸穩(wěn)定性，-SiC經(jīng)8001000中子輻照后僅表現(xiàn)出0.2%的蠕變,因而其在核能領(lǐng)域的用途也在不斷拓展。SiC材料可用于輕水反應(yīng)堆領(lǐng)域。SiC可耐受更高的中子注量，以SiC為包殼的燃料棒可以在更高的溫度、功率水平和更長的循環(huán)周期條件下運(yùn)行，突破鋯合金包殼元件的燃耗極限，并保證事故條件下大的安全余量。新型水堆燃料元件結(jié)構(gòu)和基本尺寸為3層包殼結(jié)構(gòu)。第一層為化學(xué)氣相沉積法制備的塊體SiC管，是阻擋裂變產(chǎn)物釋放的第一道屏障，該層和燃料棒之間留有一定間隙以存儲(chǔ)部分氣體裂變產(chǎn)物。中間層為纖維增強(qiáng)的SiC/SiC復(fù)合材料，該層首先是將SiC纖維編織在內(nèi)層SiC管上，然后通過化學(xué)氣相滲透方法制備SiC基體。中間層可以保護(hù)內(nèi)