高溫合金由于其優異性能被譽為“現在工業皇冠商的明珠材料”，但現在，一種新型復合材料發展迅猛，大有取代高溫合金的趨勢。今天就來講講這個航空材料的新寵——陶瓷基復合材料。

發展航空材料已成國家戰略
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航空材料是制造航空器、航空發動機和機載設備等所用各類材料的總稱，其已成為航空發動機、信息技術并列的三大航空關鍵技術之一，也是對航空產品發展有重要影響的六項技術之一。

而陶瓷基復合材料作為航空材料的重要組成部分，對我國的航空、航天、軍工等領域的發展也起到了非常重要的作用。

性能優越的陶瓷基復合材料
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>>>>簡介及分類
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?? 陶瓷基復合材料是以陶瓷為基體與各種纖維復合的一類復合材料，是一種新型戰略性高溫結構材料。與傳統材料相比，其優勢主要表現為“更高”、“更強”、“更輕”。

陶瓷基復材料可以按材料作用、增強材料形態和基體材料來分類。

>>>>性能及特點
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和常規材料相比，陶瓷基復合材料（CMC）具有巨大的優勢：其密度只有高溫金屬合金的1/4-1/3，強度大、耐磨，具有良好的耐高溫、抗高溫蠕變性能，在航空、軍事和工業領域都可以得到應用。

?? 在陶瓷基體中引入作為增韌材料的第二相材料形成的陶瓷基復合材料可以很大程度提升其韌性。

>>>>應用廣泛
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陶瓷基復合材料可應用于航空航天、軍事和工業領域，未來一旦取代高溫合金在航空航天熱端部件上的應用，發展空間無限。

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各領域陶瓷基復合材料應用情況
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>>>>航空發動機領域
?? 陶瓷基復合材料是發展高推重比航空發動機理想材料，有望取代高溫合金。現代航空發動機追求的目標就是不斷提高推重比，推重比的增加會導致燃氣渦輪發動機的渦輪前溫度進一步升高，傳統鎳基高溫材料已經難以滿足設計工況的使用要求。

陶瓷基復合材料是制造高推重比航空發動機理想的耐高溫結構材料：
·密度小：該材料的密度僅為常規鎳基合金的30％，可以減輕部件重量；
·耐高溫：在不用空氣冷卻和熱障涂層的情況下，長期工作溫度可比高溫合金提高200℃以上，可降低冷卻空氣用量，提高渦輪前溫度和效率，從而能夠提高發動機的推重比。
目前，陶瓷基復合材料的研究與應用已經從難度較低的低溫、低載荷靜止部件的發展到應用難度較大的高溫、高載荷轉動件：

>>>>航天領域
用于火箭發動機熱結構件
?? 陶瓷復合材料耐熱沖擊性高，對液體推進劑化學穩定性高，比金屬材料耐高溫，具有較高的抗蠕變性，作為耐燒蝕材料和高溫結構材料在國外多種火箭發動機上得到廣泛應用。
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用于航天飛行器的熱防護材料
????? 高超聲速飛行器對材料性能的目標要求是在高溫狀態下也能保持高的強度系數，金屬基復合材料與高溫合金等材料在2000℉附近強度系數迅速下降；而陶瓷基復合材料在2000-4000℉的溫度下仍能保持較高的強度系數，是飛行器的理想防熱材料。

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?? 例如美國x-37 試驗飛行器的控制面熱結構就采用的就是陶瓷基復合材料，能承受的溫度均在2000℉以上。

>>>>汽車領域
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?? 陶瓷基復合材料用于汽車工業主要用于提高發動機熱效率、汽車制動、減震以及噴涂方面，可以有效地減輕了整車的重量，很大程度上提高整車性能。

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>>>>其他領域

國內陶瓷基復合材料市場現狀
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>>>>國內供應商稀缺
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?? 國外少數企業正在做陶瓷基復合材料，技術壁壘極高，且對中國實行技術封鎖、產品出口限制。國內僅有河南泛銳復合材料研究院有限公司一家可查的噸級產能供應商。
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>>>>需求市場龐大
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?? NGS公司僅是計劃供應LEAP 和GE9 這兩款客機發動機就規劃了年產10噸的產能，而國內民用和軍用航空、軍工、核電等領域對陶瓷基復合材料均有需求，由此可見國內的需求是在幾十噸量級的。

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陶瓷基復合材料加工市場
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?? 碳化硅陶瓷基復合材料（CMC-SiC）是一種難加工材料，其硬度為2840-3320kg/mm2，僅次于金剛石和立方氮化硼；且CMC-SiC 復合材料屬于各向異性材料，容易在切削力的作用下產生毛刺、分層、撕裂、崩邊等損傷，易導致零件報廢，影響加工質量。
?? 目前，可用于CMC-SiC 復合材料的加工方法主要有傳統的機械加工、高壓水射流加工、超聲波加工、電火花加工和激光加工等。
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>>>>傳統機械加工
? 傳統機械加工主要是指對CMC-SiC 復合材料進行車削、切削、磨削、鉆孔等，西北工業大學超高溫結構復合材料重點實驗室利用自主研發的金剛石刀具，發展了CMC-SiC 材料的機械加工技術，解決了大型復雜薄壁構件的切割、打孔、打磨、拋光等加工技術難題。

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? 但該方法也存在刀具（鉆頭）磨損過快，材料表面受到機械應力作用，容易在材料表面產生凹坑、毛刺、撕裂等問題，嚴重制約了加工質量與加工精度，同時加工過程產生大量碎屑和粉塵，加工環境有待改善。

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>>>>高壓水射流法
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? 高壓水射流法能夠克服傳統機械加工的部分缺點，對加工樣品的厚度幾乎沒有限制，且加工阻力較小，不易出現撕裂和分層現象。西北工業大學超高溫結構復合材料重點實驗室發展了CMC-SiC 材料的高速磨料流加工技術。

>>>>超聲波加工
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? 超聲加工是超聲波發生器通過將電能轉變為超聲電頻振蕩，并固定在振幅擴大工具上，產生超聲振動，利用工作液中的懸浮顆粒對工件表面進行撞擊和拋磨來實現材料去除。

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>>>>激光加工
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?? 以激光作為加工能源, 在硬脆性陶瓷材料加工可以實現無接觸式加工，減少了因接觸應力而對陶瓷帶來的損傷；聚焦的高能激光束作用于陶瓷局部區域的能量可達108J/cm2 以上, 加之陶瓷材料對長波長激光的吸收率高達80% 以上, 瞬間就可使材料熔化蒸發, 實現高效率加工。