我国打破国外碳纤维封锁!涡扇15已用:未来想造啥航发都行

2018-09-19 来源:腾讯新闻 发布:高端装备产业研究中心

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  9月15日,据国内媒体披露,投资数亿元的国内首条第二代10吨级连续碳化硅纤维工程生产线,已于2017年在浙江宁波民营企业众兴新材料科技有限公司正式投产,这也是既江苏省民营企业苏州赛力菲陶纤新材料有限公司,年产10吨级第一代SiC纤维于2016年投入生产后,国内公开报道的第二条连续碳化硅纤维工程生产线。公开资料称,这两条生产线都是由国防科学技术大学转让技术和现场技术深度参与 ,而众兴新材料科技有限公司更是由来自国防科学技术大学的资深SiC纤维研发专家教授担任总工程师,仅仅花费15个月,这条年产10吨的生产流水线就顺利投产,而苏州赛力菲第一代连续碳化硅纤维生产线投资达22亿元,花费了30个月时间才于2016年投产。

 

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  据资料披露,第二代连续碳化硅纤维生产线经改一定改进后年产量可超20吨。厂房内还预留了3条生产线的空间,全部投产后年产量将达80吨至100吨。另据国内公开资料披露,国内除了国防科大转移技术的上述两家公司外,由某大学转移技术,投入工程化生产的公司还有一家:厦门的火炬电子公司。据资料披露,2018年火炬电子已经建成3条连续碳化硅纤维生产线,合计产能5吨;另外三条生产线正在建设之中,预计2019年投产。连续碳化硅纤维是国防高科技战略材料,也是巴黎统筹会禁运军事敏感物资,作为一种新型的战略性材料,它不仅能大幅度提高现有武器装备的性能,而且成为发展未来武器装备关键高温结构材料,也是核聚变能源、高速刹车、燃气轮机的高温热端材料和高温过滤、热交换材料。

 

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  第二代连续碳化硅纤维具有耐高温、抗氧化、高强度和低密度等优点,可在1200摄氏度以上高温氧化气氛中使用。相比用于涡扇-10发动机热端的镍基高温合金材料,其工作温度可提高200摄氏度以上,结构减重达30%。在众兴新材料科技有限公司的公开宣称资料中,首次披露了我国第二代连续碳化硅纤维在我国航空发动机上的一些应用情况。公开资料称,以国防科技大学第二代连续碳化硅纤维为增强体制备的(可能为涡扇-15)发动机热端复合材料涡轮转子叶片和导向器叶片在国内首次通过发动机装机考核,考核后结构完整,无损伤。与镍基耐高温金属相比,涡轮转子叶片减重达72%,导向器叶片减重58%。采用同样材料,目前正在进行整机考核的部件还有用于发动机热端的燃烧室衬套,碳化硅陶瓷基复合材料整体涡轮叶盘(推比15一级发动机关键部件),XX(歼-20A状态使用所谓涡扇10D)发动机隐身喷管等。

 

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  目前,已正式通过考核,批量应用的第一个产品是复合材料矢量尾喷管调节密封片,分别在800、900、1000、1100和1200℃时经过288小时的高温试验后仍然具有良好的使用强度,而发动机打开加力时尾喷管的尾流最高温度一般不超过1200℃,这也意味着我国推力矢量发动机技术已基本成熟,可大批量应用在涡扇-10,涡扇-15发动机上。在采用国产碳化硅纤维复合材料矢量尾喷管调节片后,不仅发动机增重极少,其使用寿命也超过了苏-35的117S发动机矢量尾喷管。据称117S发动机矢量尾喷管寿命仅为200小时,而印度的苏-30MKI的AL-31FP推力矢量发动机尾喷管寿命仅为50到100小时,后勤人员疲于奔命。值得一提的是,国防科大的科研人员还首创了碳化硅复合材料修复再制造技术。复合材料构件服役过程中,经常会受到高温气流或粒子冲刷等机械力的作用,材料易产生孔洞、裂纹、孔隙等缺陷,造成构件不能继续使用。

 

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  但是通常材料上产生缺陷的部位往往只是构件承受使用条件最严酷(如温度最高、粒子冲刷最严重或作用力最大)的部位,缺陷所占的区域只是整个构件的一部分,甚至是很小的一部分。目前碳化硅复合材料构件一旦产生缺陷,一般是进行废弃处理,不能继续使用。而从新闻报道可知,其生产线投入达数亿甚至数十亿元,而其产量不超过10吨,如果只能一次性使用,其使用成本是极为昂贵的,特别是第二代碳化硅纤维材料,公开资料称其生产成本每千克高达近10万元,因此碳化硅纤维复合材料的修复研究工作就显得非常重要。该技术不仅使材料表面的破损得到完整修复,而且原料易得,工艺控制简便,有望大大降低碳化硅纤维复合材料的使用成本。目前,性能更好的第三代连续碳化硅陶瓷纤维量产已提上议事日程,随着推比15发动机研制的不断成熟,在不久的将来,必将大有其用武之地。