航空發(fā)動機還是金屬材料

1、.這么多年了為啥發(fā)動機還是金屬材料？金屬是先進飛行器引擎的基礎(chǔ)材料。雖然其發(fā)展已趨于成熟，但新興的計算手段、實驗、工藝的創(chuàng)新，又?jǐn)U大了新型金屬材料在未來幾代先進推進系統(tǒng)中研究和運用范圍。NatureMaterials官網(wǎng)最近聚焦航空航天材料，邀請了加州大學(xué)圣巴巴拉校區(qū)的TresaM.Pollock、布朗大學(xué)NitinpPadture以及羅羅公司高級工程師羅羅公司高級工程師等眾多學(xué)者大牛撰文評述該領(lǐng)域的現(xiàn)狀與發(fā)展，材料人幾位小編整理出來以

2、饗讀者。圖0發(fā)動機結(jié)構(gòu)示意圖作為20世紀(jì)最主要的工程成就之一，噴氣式發(fā)動機是復(fù)雜性最高的工程技術(shù)平臺——從一開始就受材料創(chuàng)新的驅(qū)動。自1980以來，商業(yè)航空客運量增長約500%，2015年旅客運輸量超過35億人次。這些客機的發(fā)動機操作可靠，同時也總計消耗約1800億美元的燃料。在未來的20年中，預(yù)計將產(chǎn)生超過38000架新飛機。除了安全性和可靠性外，提升燃料效率和降低排放量也是未來推進系統(tǒng)發(fā)展的優(yōu)先事項。工程上為了迎合這些要求以及為了使

3、新引擎的設(shè)計部署生產(chǎn)周期更短，也不斷也不斷刺激著具有更高熔點、更高強度、更低密度以及更長耐久度的新材料的生產(chǎn)。刺激著具有更高熔點、更高強度、更低密度以及更長耐久度的新材料的生產(chǎn)。目前的發(fā)動機體系依然是金屬材料的天下目前的發(fā)動機體系依然是金屬材料的天下目前商用飛機引擎的重量一般在2000kg到8500kg不等，其中金屬材料占了發(fā)其中金屬材料占了發(fā)動機重量的動機重量的85%85%至95%95%。由于金屬其獨特的屬性組合，包括高強度、高韌性，

4、在。由于金屬其獨特的屬性組合，包括高強度、高韌性，在熱機循環(huán)過程中和在發(fā)動機運行過程中遇到的嚴(yán)重的氧化性和腐蝕性環(huán)境時，熱機循環(huán)過程中和在發(fā)動機運行過程中遇到的嚴(yán)重的氧化性和腐蝕性環(huán)境時，表現(xiàn)出的高耐降解性與良好的表面穩(wěn)定性使之一直占據(jù)著主導(dǎo)地位表現(xiàn)出的高耐降解性與良好的表面穩(wěn)定性使之一直占據(jù)著主導(dǎo)地位。熱力學(xué)循環(huán)決定的氣體的溫度和壓力，因此與發(fā)動機相關(guān)的每一部分都要找到合適的材料——從前端風(fēng)扇一直到壓縮機、燃燒器和渦輪機。對于風(fēng)扇，優(yōu)

5、先選擇具有高韌性的低密度材料來作為槳葉，鈦合金和聚合物基體復(fù)合材料以及些鋁復(fù)合材料頗受青睞，有較大生產(chǎn)力。氣流通過壓縮機后溫.圖1鎳基單晶的生長和微結(jié)構(gòu)示意圖歷史上，這曾經(jīng)促成一系列著名的材料科學(xué)成就，單晶鎳基合金的渦輪機葉片單晶鎳基合金的渦輪機葉片的開發(fā)就是其中之一的開發(fā)就是其中之一。單晶加工工藝的出現(xiàn)（圖1a–c），使得一代又一代具有更強高溫性能的鎳基單晶合金被開發(fā)出來。通過調(diào)整合金成分來優(yōu)化其體積分?jǐn)?shù)、組成、形態(tài)以及Ni3Al金屬

6、間化合物強化相的分布，也提升了材料的高溫性能。例如：嵌入高濃度Ni后的固溶矩陣（圖1d），形成了一種高度復(fù)雜的合金——包含了8~10種主要的合金元素，且合金分成越復(fù)雜高溫性能越好。但是隨著難熔元素強化劑（ReWRu）的含量以及單晶成分的大小和幾何復(fù)雜性的增加，難熔金屬引起的對流不穩(wěn)定會導(dǎo)致凝固分解傾向。這就促使了人們繼續(xù)研究“高梯度”晶體生長方法。例如：液態(tài)金屬冷卻法（圖1e）。同時，構(gòu)成這些單晶體的元素豐度、供應(yīng)風(fēng)險和價格也引起了人們