一文盘点航空航天发动机上所用的材料
2019-07-17 10:08:59
作者：本网整理 来源：材料+
航空航天发动机发展水平是一国综合国力、工业基础和科技水平的集中体现，它的研制集中了现代工业最尖端的技术、最先进的工业成果。这篇文章就为你揭秘，航空航天发动机上所用的材料。
合金
1铝合金
铝合金具有比模量与比强度高、耐腐蚀性能好、加工性能好、成本低廉等突出优点，因此被认为是航空航天工业中用量最起着至关重要的作用。
主要应用位置：发动机舱、舱体结构、承载壁板、梁、仪器安装框架、燃料储箱等。
2钛合金
与铝、镁、钢等金属材料相比，钛合金具有比强度很高、抗腐蚀性能良好、抗疲劳性能良好、热导率和线膨胀系数小等优点，可以在350~450℃以下长期使用，低温可使用到-196℃。
主要应用位置：航空发动机的压气机叶片、机匣、发动机舱和隔热板等。
3超高强度钢
超高强度钢具有很高的抗拉强度和足够的韧性，并且有良好的焊接性和成形性。
主要应用位置：航天发动机壳体、发动机喷管、轴承和传动齿轮。
4镁合金
镁合金是最轻的金属结构材料，具有密度小、比强度高、抗震能力强、可承受较大冲击载荷等特点。
主要应用位置：航天发动机机匣、齿轮箱等。
复合材料
航空发动机的发展之快，尤其是越来越严苛的温度和重量要求，渐进提高的传统材料已然不能满足，转而呼唤材料科学开辟新的体系，那就是复合材料。根据复合材料各自的特点，可用于发动机不同的零部件上。
1碳碳复合材料
C/C基复合材料，即碳纤维增强碳基本复合材料，它把碳的难熔性与碳纤维的高强度及高刚性结合于一体，使其呈现出非脆性破坏。由于它具有重量轻、高强度，优越的热稳定性和极好的热传导性，是当今最理想的耐高温材料，特别是在 1000-1300℃的高温环境下，它的强度不仅没有下降，反而有所提高。是近年来最受重视的一种更耐高温的新材料。最显着的优点是耐高温（大约2200℃）和低密度，可使发动机大幅度减重，以提高推重比。
主要应用位置：碳碳复合材料如果能够解决表面以及界面在中温时的氧化问题，并能在制备时提高致密化速度，并降低成本，则有望在航空发动机中得到大量的实际应用。
目前已有部分应用，例如美国的F119发动机上的加力燃烧室的尾喷管，F100发动机的喷嘴及燃烧室喷管，F120验证机燃烧室的部分零件已采用C/C基复合材料制造。法国的M88-2发动机，幻影2000型发动机的加力燃烧室喷油杆、隔热屏、喷管等也都采用了C/C基复合材料。
2陶瓷基复合材料
陶瓷基复合材料（CMC）由于其本身耐温高、密度低的优势，在航空发动机上的应用呈现出从低温向高温、从冷端向热端部件、从静子向转子的发展趋势。
CMC材料具有耐温高、密度低、类似金属的断裂行为、对裂纹不敏感、不发生灾难性损毁等优异性能，有望取代高温合金满足热端部件在更高温度环境下的使用，不仅有利于大幅减重，而且还可以节约甚至无须冷气，从而提高总压比，实现在高温合金耐温基础上进一步提升工作温度400～500℃，结构减重50%～70%，成为航空发动机升级换代的关键热结构用材。
主要应用位置：短期目标为尾喷管、火焰稳定器、涡轮罩环等；中期目标是应用在低压涡轮叶片、燃烧室、内锥体等；远期目标锁定在高压涡轮叶片、高压压气机和导向叶片等应用。
3树脂基复合材料
先进树脂基复合材料是以高性能纤维为增强体、高性能树脂为基体的复合材料。与传统的钢、铝合金结构材料相比，它的密度约为钢的1/5,铝合金的1/2,且比强度与比模量远高于后二者。
主要应用位置：航空发动机冷端部件（风扇机匣、压气机叶片、进气机匣等）和发动机短舱、反推力装置等部件上得到广泛应用。
4金属基复合材料
金属基复合材料主要是指以Al、Mg等轻金属为基体的复合材料。在航空和宇航方面主要用它来代替轻但有毒的铍。这类材料具有优良的横向性能、低消耗和优良的可加工性，已成为在许多应用领域最具商业吸引力的材料，并且在国外已实现商品化。
主要应用位置：适合用作发动机的中温段部件。
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