CMC为更轻、更耐用的发动机部件提供热运行平台

近日，国外普惠公司（P&W）公司提供的可解决航空领域发动机高温运行的方案，成为可持续航空领域一个引人注目的热点。

其解决方案里主要为CMCs，即陶瓷基复合材料。这些革命性材料由数十万根纤维组成，其厚度不超过人类头发直径的十分之一，有可能为发动机热区高温下运行的部件提供巨大的好处。CMCs可延长这些部件的使用寿命并提高燃油效率。

此外，CMCs还将在减少排放和延长军用和商用发动机的在翼时间方面发挥关键作用。这是普惠公司在致力于创造一个更可持续的全球航空业方面迈出的又一步，其对环境的影响超出了燃油效率的影响。

比方说，一个零件在更换前可以持续10,000小时。如果能把这个时间间隔延长一倍，就会降低航空公司的运营成本。如果能使一个零件的寿命比金属零件长两三年，这也意味着废物流中（废弃的）材料更少。

当然，这种方法并不完全是首创。碳-碳，一种与CMCs相关的材料，自20世纪70年代以来就已经存在，并被雷神技术公司的另一家企业Collins Aerospace用于减轻重量、提高工作温度和改善耐久性。而普惠公司目前专注于CMC在航空发动机中的类似用途。

普惠公司的CMC中的主要陶瓷是碳化硅，一种由一个碳原子和一个硅原子结合产生的化合物。碳化硅非常坚固，并在比金属更高的温度下保持其强度。硅和碳在地球上都很丰富，因此在未来有可能降低材料成本。一旦结合起来，这种新材料可以吸收更多的热量和能量，并在总重量较低的情况下比传统的金属基材料（如航空中常用的镍超合金）更耐用。

CMC中使用的微小纤维被涂上了不同的陶瓷材料，这使纤维与可能在高压力区域形成的裂缝隔离。这种纤维涂层是生产比传统陶瓷更坚韧的陶瓷的关键，这是应用于航空发动机的一个关键属性。CMC部件上有环境阻隔涂层（EBC），也是由陶瓷材料组成。该涂层对于保护高温燃烧环境中的CMC结构部件至关重要。航空领域里部件故障是不可接受的，长时间的停工维修对客户的运营造成极大的干扰和损失。

据中国复合材料工业协会近期资讯显示，全球陶瓷基质复合材料市场预计将从2021年的113.5亿美元增长到2022年的122.6亿美元，复合年增长率（CAGR）为8.05%。预计该市场将在2026年增长到171.5亿美元，复合年增长率为8.75%，市场前景广阔。

针对航空领域的飞机，分为飞机制造、发动机、航空电子设备、客舱内饰、系统和支持、隔热部件和设备。隔热部件和设备部分在2021年主导市场，约占22.6%。轻质设备在航空结构制造中的使用正在增加。纤维增强的聚合物、金属组合和粘土复合材料等这些元素创造了轻质结构，比铝或钢更强，更灵活，更轻。航空隔热材料市场对新型材料的研究与创新的发展使复杂的复合材料得以发展，如陶瓷基复合材料（CMCs）、聚合物基复合材料（PMCs）和金属基复合材料（MMCs）。这些材料具有热吸附效率，重量更轻，具有主动降噪能力，具有吸震性等。应用部分分为军用、商用和公务机。2021年，商用飞机业务部门在市场上占主导地位，约为54%。最关键的驱动因素之一是最近航空旅行的增加。特别是先进的经济体，正在做出重大贡献，推动了全球市场的扩张。

通过超轻部件减少飞机整体重量以提高能源效率的责任越来越大，这可能会影响市场增长。在机身制造中越来越多地使用复合材料，以减少在高应力负载环境中的疲劳维护，预计将使航空结构的整体成本下降，对该行业有积极的好处。由于日益增长的安全问题，监视飞机和战斗机等航空航天部件市场的扩大，估计将在预测期内对扩张产生有利的影响。