OD体育
24小时服务热线:0755-1919666
当前位置: 首页 技术指导 正文

汽车发动机复合材料(汽车上使用的复合材料)

发布于:2022年05月10日 作者:axin001 阅读:30

航空发动机被誉为世界工业体系的明珠,是一个国家工业水平和综合国力的集中体现,目前世界上仅有美国、俄罗斯、中国、英国、法国等少数国家能够研发量产航空发动机。航空发动机研制的难度是世界最高工艺技艺,而航空发动机的难点很大程度上在于材料的研发上。航空发动机的材料必须承受极度高温、极度力度、极度高压的环境。航空发动机的材料经历了OD体育APP几次更新换代,第一、二代发动机的主要结构件均为金属材料,第三代发动机则必须开始使用复合材料的先进工艺了,第四代发动机中先进复合材料的使用程度和比例达到了一个全新的高度,可以说材料在发动机的升级换代中起了很大的作用,一代新材料,就能推动一代新型发动机的升级。

汽车发动机复合材料

航空发动机

材料是航空发动机发展的基础

在航空发动机的研制流程中,设计是主导,材料是基础,制造是保障,试验是关键,这点与芯片的制造工艺非常相似。从目前航空发动机材料的发展来看,新材料向着高温、高压、高承受力发展。而且在发动机的结构来看,轻量化、整体化是未来发展的方向。发动机性能的改进一半靠材料。据预测,新材料、新工艺和新结构对推重比 12〜15 一级发动机的贡献率将达到 50%以上,从未来发展来看,甚至可占约 2/3。因此, 航空发动机材料的发展至关重要,也是中国发展航空发动机的痛点。

汽车发动机复合材料

钛—航空发动机发展的基础材料之一

航空发动机材料目前主要可以分为高温合金、超高强度钢、金属间化合物、陶瓷基复合材料、碳/碳复合材料、树脂基复合材料、风扇叶片、风扇机匣、风扇帽罩、金属基复合材料等几个方面。从发动机所用材料的趋势来看,碳纤维复合材料、陶瓷基复合材料、钛铝化合物、金属基复合材料的用量占比在不断提升。下面主要介绍高温合金材料和碳/碳复合材料这两种关键材料。

高温合金:先进发动机的基石

高温合金目前主流是指以铁、镍、钴为基体元素,能在应力及高温(600℃以上)同时作用下,依然具备良好工作性能的金属材料。可以说高温合金是推动航空发动机进步的最关键材料。由于航空发动机的技术是提高发动机的推力,而提高推力最直接有效的方法就是提高发动机涡轮的燃气温度,也就是高温合金的性能直接决定了航空发动机的水平,而随着航空发动机升级换代,对推力的要求越来越高,发动机对高性能高温合金材料的依赖越来越大。

美国目前是世界上航空发动机最先进的国家,并且领先其他国家太多,美国也是高温合金研发和应用方面最先进的国家。目前美国高温合金年产量约50000吨,50%用于民用工业。其他国家像英国、德国、法国在高温合金上的研发处于前列,亚洲国家中的日本在高温合金材料方面也是很有成就,在镍基单晶高温合金、镍基超塑性高温合金和氧化物晶粒弥散强化高温合金领域取得较大的突破,近年来,日本在各种材料方面的研究可以说都取得了重大进展,在半导体材料领域中,日本是世界上最先进的半导体材料国家,在发动机领域,最新研发出一种新型的耐高温合金,开发出了在1200℃高温下依然能保持足够强度的新合金。但是日本的汽车发动机性能很好,在航空发动机方面的表现则差强人意。

中国在高温合金上的技术并不是很差,经过50多年发展,我国已经形成了比较先进,具有一定规模的生产基地。国内包括钢研高纳、抚顺特钢、齐齐哈尔特钢、炼石航空、应流股份和万泽股份等企业都在这方面有所发展。

汽车发动机复合材料

我国从事高温合金材料业务的企业

碳/碳复合材料:目前最受重视的材料

C/C基复合材料是被业内认为唯一可以将推重比2.0的材料,是航空发动机领域目前最受重视的一种材料。21世纪以来,美国一直致力于发展这种材料,为此还成立了专门的研究项目,近些年来不断地取得了成果。研发并量产这种材料是世界先进工业国家追求的最高目标之一,可惜的是,目前我国的这种材料需要大量进口,这是我们的痛点之一。

碳纤维增强碳基本复合材料(碳/碳复合材料),它的性能是把碳的难熔性与碳纤维的高强度及高刚性结合于一体,使其兼具两者的优质特性,达到重量轻、高强度、能避免非脆性破坏,是目前最理想的耐高温材料。尤其是在 1000-1300℃的高温环境下,它的强度不仅没有下降,反而有所提高。这种特性非常符合航空发动机的要求。

汽车发动机复合材料

航空发动机的高温环境

当然,C/C基复合材料也存在一定的缺陷,就是在航空发动机的使用时抗氧化能力较差,但是从美国最新研制的发动机来看,这种材料的缺陷可能已经被美国一步步解决了,美国的F119发动机上、F100发动机、F120验证机都存在大量采用C/C基复合材料制造。就这方面来说,中国还远远落后,但是如果中国想发展更先进的发动机,这种材料的使用可能是迈不过去的坎,任重而道远!

结语

虽然我国目前航空发动机研发已经取得了很大进展,逐渐缩小了与西方国家的差距,但是要想发动机的性能再上一层楼,就必须使得自己在材料上更加先进。目前我国的材料很多还需要进口,尤其得是C/C复合材料,这种材料是未来发动机必不可少的材料,中国在材料工程上还有很长的路要走,国产发动机追上美国的脚步,任重而道远!

发表评论:

◎欢迎参与讨论,请在这里发表您的看法、交流您的观点。