航空方面,，作為飛機(jī)“心臟”的航空發(fā)動機(jī)，其使用工況十分復(fù)雜，且對使用壽命的要求極高;與飛機(jī)比較,，關(guān)鍵熱端部項材料的使用溫度更高,，通常達(dá)到1000℃以上;與航天比較,，材料的使用壽命需更長,，一般要求達(dá)到3000h以上,。因此,，航空發(fā)動機(jī)的材料體系,，需要能夠同時滿足高溫、長壽命的使用要求,，是非常有限的,。然而逐漸發(fā)展成熟的碳化硅陶瓷基復(fù)合材料(CMC-SiC)正在成為一種理想的候選材料。

CMC-SiC復(fù)合材料在國外航空發(fā)動機(jī)中的應(yīng)用

CMC-SiC指碳化硅纖維增強(qiáng)碳化硅(SiC/SiC)和碳纖維增強(qiáng)碳化硅(C/SiC) ,。CMC-SiC是一種輕質(zhì),、耐高溫、冷卻少甚至無需冷卻的新型復(fù)合材料,，是目前國際公認(rèn)的最具發(fā)展?jié)摿Φ陌l(fā)動機(jī)熱端部項材料之一,，即保留了纖維耐高溫,、高強(qiáng)、高模,、耐腐蝕,、抗蠕變、材料熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)點,，同時又克服了陶瓷材料抗沖擊性能差,、斷裂韌性低的缺陷。

目前,，C/SiC和SiC/SiC材料己然引起美國,、日本、德國,、法國等航空發(fā)達(dá)國家的普遍關(guān)注,，歷經(jīng)二十多年目前仍在繼續(xù)研究。在制備工藝方面,，主要的制備工藝有熱壓燒結(jié)法(HPS),反應(yīng)燒結(jié)法(BB),、漿料浸滲/熱解法(SIFIP)、反應(yīng)熔體滲透法(RMD,、先驅(qū)體浸漬熱解法(PIP)和化學(xué)氣相滲透法(CVI)以及PIP-HP法,、CVI-RMI法和CVI-PIP法等。美國以CVI, PIP技術(shù)為主,，制備水平較高;日本擁有世界領(lǐng)先的連續(xù)碳化硅纖維制備技術(shù),，制備碳化硅復(fù)相陶瓷以PIP法為主，SiC/SiC的研究制備水平較高;德國以RMI和PIP技術(shù)為主,，RMI技術(shù)世界領(lǐng)先;法國的CVI技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位;我國以CVI, PIP, RMI技術(shù)為主,，材料性能己達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

在應(yīng)用方面,，經(jīng)研究及考核結(jié)果表明,，CMC-SiC可使中溫中等載荷靜止項(內(nèi)錐體、密封片/調(diào)節(jié)片等)減重50%以上,，并顯著提高其使用壽命,，總的來說，目前,，中溫中等載荷靜止項(內(nèi)錐體,、密封片/調(diào)節(jié)片等)己完成全壽命驗證并進(jìn)入實際應(yīng)用和批量生產(chǎn)階段;高溫中等載荷靜止項(導(dǎo)向葉片、渦輪外環(huán),、火焰穩(wěn)定器,、火焰筒等)正進(jìn)行全壽命驗證，有望進(jìn)入實際應(yīng)用階段;而高溫高載荷轉(zhuǎn)動項(渦輪葉片,、轉(zhuǎn)子等)尚處于探索研究階段,，使用壽命與應(yīng)用要求相距甚遠(yuǎn);而我國在應(yīng)用方面的研究尚處于起步階段,，與發(fā)達(dá)國家差距較大。

在航天方面,，隨著科技的發(fā)展,，高超聲速飛行器飛行速度己經(jīng)達(dá)到5馬赫數(shù)以上，飛行器表面溫度會超過1000℃,，傳統(tǒng)的熱防護(hù)材料己經(jīng)不能滿足需求,，超高溫材料成為新的研究熱點。碳化物超高溫陶瓷具有熔點高及抗熱震穩(wěn)定性好等良好的化學(xué)與力學(xué)穩(wěn)定性,，能夠適應(yīng)超高音速長時飛行,、大氣層再入、跨大氣層飛行與火箭推進(jìn)系統(tǒng)等極端環(huán)境,，可以被應(yīng)用于機(jī)翼前緣、鼻錐,、發(fā)動機(jī)熱端等各種關(guān)鍵部項,。作為應(yīng)用在航天飛行器上的重要材料，碳化物超高溫陶瓷材料得到各國的高度關(guān)注,。

高超音速飛行器

目前常見的碳化物超高溫陶瓷主要有碳化鋯(ZrC),碳化鉭(TaC)和碳化鉿(HfC),，以及以其為基體的陶瓷基復(fù)合材料或復(fù)相材料。這三種物質(zhì)的熔點3000℃以上,，具有優(yōu)良的熱化學(xué)穩(wěn)定性,、物理性能，包括高彈性模量,、高硬度,、低飽和蒸汽壓、適中的熱膨脹率和良好抗熱震性能等,，能在高溫下保持很高的強(qiáng)度,。并且，以其作為高溫抗氧化燒蝕涂層技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用也受到各個國家的普遍關(guān)注,，它是一種外部涂層保護(hù)方法,，保護(hù)原理是將制備各類涂層使材料與氧化燒蝕環(huán)境隔離開，阻止碳和氧發(fā)生反應(yīng),。如,，SUN W等人在C/C復(fù)合材料表面采用化學(xué)氣相沉積法沉積ZrC陶瓷涂層，能夠有效阻止氧向C/C集體進(jìn)一步擴(kuò)散,。

4米口徑高精度碳化硅非球面反射鏡

此外,，由于CMC-SiC無法長期在1700℃以上的氧化環(huán)境中使用，因此可采用ZrC,，TaC等超高溫陶瓷材料對其進(jìn)行涂層改性或基體改性,，以發(fā)展更加耐高溫,、長壽命以及結(jié)構(gòu)功能一體化的新型超高溫材料。如今我國己然擁有CMC-SiC超高溫改性技術(shù)基礎(chǔ),。而SiC陶瓷材料是目前主要的航天反射鏡材料,，廣泛應(yīng)用于航空、航天的掃描鏡,、反射鏡,、光學(xué)系統(tǒng)等。我國己開發(fā)出4米大口徑碳化硅反射鏡,，但應(yīng)用最廣泛的仍是1.5米大口徑碳化硅反射鏡,。

參考資料：《航空航天用碳化物先進(jìn)陶瓷材料專利分析研究》