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美国NASA开发陶瓷基复合材料,革命化发动机效率

2016-09-22 347浏览 标签: 陶瓷美国NASA


研究内容

     

     更轻、更快、更高效,无论开发何种技术,这都是最终目标。美国航空航天局(NASA)正在试图改变未来的商用飞行器,其中,高效发动机则是重中之重。

     为了将性能更加的发动机应用到未来飞行器上,2016年8月31日,来自美国NASA的研究团队正在研究可应用于涡轮发动机部件的高温材料。

     这种材料称为陶瓷基复合材料(或者CMCs),更轻、更强,并且可以忍受喷射发动机核心部分所产生的超高温度,因此,陶瓷基复合材料可替代现今航空发动机所使用的镍基超合金材料。通常情况下,发动机工作温度越高,燃油效率越好。

     近年来,由于金属组件经过热障涂层处理,因此,发动机会更好的运作。但是,热障涂层也有温度极限,另一方面,陶瓷基复合材料耐受温度可达2700 ̊ F,如果与环境阻挡涂层(environmental  barrier  coatings)联合使用的话可耐受温度将会更高。NASA材料工程师Valerie Wiesner表示,该研究团队想要了解陶瓷基复合材料和保护涂层不仅可以耐高温,而且还可以抵挡环境颗粒危害,如灰尘、沙子、火山灰等。这是极其重要的,因为飞行器发动机的温度增加以促进燃料效率,当沙子进入到发动机内部在高温下会熔化形成玻璃,会引起发动机动力损失或失效。制造更高效的下一代飞行器很大程度上依赖发动机技术和材料加工性能。

     NASA的研究团队正在探索3D打印技术,测试了如陶瓷基复合材料这样复杂的材料,研究其是否可以忍受未来飞行器发动机的高温环境。


研究背景

     近半个多世纪以来,航空发动机技术取得了巨大的进步,极大地提高了飞机的性能。航空发动机的性能指标和工作状态除要求材料具有高比强度、高比模量以外,还特别要求其具有耐高温的性能。传统高温合金材料一般以铁、钴、镍为基础,能在600°C以上工作,因其合金化程度很高也称之为超合金(super alloy)。近年来,随着材料技术的发展,新型高温材料得到了广泛关注,陶瓷基复合材料就是其中一员。陶瓷基复合材料比高温合金的密度小(仅为后者的1/3~1/4 ),热膨胀系数小,抗腐蚀性好,理论最高温度可达1650°C,因而被认为是今后先进航空发动机热端部件的侯选材料。虽然陶瓷基复合材料优势明显,但其仍旧需要不断地研究探索,很长的一段时间内,高温合金材料都将被继续使用。但是可以肯定是的,陶瓷基复合材料将在未来的飞行器发动机领域占有一席之地。

     动态链接:Ceramic Composites Revolutionize Engine Efficiency


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