西安鑫垚陶瓷复合材料有限公司是以推进张立同院士主持的国家技术发明一等奖

陶瓷基复合材料在欧美军民用航空发动机上的发展

作者：姚改成 郭双全 黄璇璇 刘俊伶 张良成 叶勇松

来源：《航空维修与工程》2018年第10期

摘要：陶瓷基復合材料作为航空发动机候选材料之一，具有广泛的应用前景，本文主要概述了陶瓷基复合材料在欧美军民用航空发动机尾喷口、燃烧室和涡轮等热端部件方面的发展和应用。

关键词：陶瓷基复合材料;航空发动机;尾喷口;燃烧室;涡轮

0 引言

陶瓷基复合材料（CMC）作为一种轻质、高性能的结构复合材料在高温领域应用广泛，优异的高温性能使其可替代高温合金材料成为在航空发动机上特别是在航空发动机核心机上使用的候选材料之一。 国外在陶瓷基复合材料构件的研究与应用方面，基于先易后难、先低温后高温、先静子后转子的层层递进的发展思路，充分利用现有的成熟发动机进行考核验证。首先发展中温（700℃～1000℃）和中等载荷（低于120MPa）的静子件，如尾喷口调节片和密封片;再发展高温（1000℃～1300℃）中等静子件，如火焰筒、火焰稳定器、涡轮导向叶片和涡轮外环等;而更高载荷（高于120MPa）的静子件或转子件，如高压涡轮转子和静子，现已在研究和试验阶段[1]。本文主要就CMC在欧美军民用航空发动机上的发展做一概述。

1 CMC在军用发动机上的发展

1.1 CMC在尾喷口上的发展

20世纪70年代，碳/碳（ C/C）复合材料作为高温复合材料在航天发动机上首次使用。随后，由于化学气相渗透（CVI）制备工艺的出现，C/C复合材料在飞机刹车盘上获得成功应用[2]。

20世纪80年代，CMC作为高温热防护材料在航天飞机的热防护系统上首次使用。随后，法国斯奈克玛公司开展了CMC在航空发动机尾喷口部件的应用研究[3]，先后研制出C/SiC（ Sepcarbinox262）和SiC/SiC（ Sepcarbinox 300），并分别在M88-2尾喷口的外调节片和内调节片上进行试车考核。其中，Sepcarbinox262复合材料强度较高，强度从室温到700℃可以保持在250MPa左右，相比镍基高温合金减重30%。由于外调节片承受温度低，Sepcarbinox

8稀土信息 No.1 2024 RARE EARTH INFORMATION要 闻NEWS

稀土科学技术奖由中国稀土学会和中国稀土行业协会联合设立，国家科学技术奖励工作办公室社会奖励处备案。2023年度稀土科学技术奖奖励项目申报工作于2023年4月启动。 根据《稀土科学技术奖奖励条例》、《稀土科学技术奖奖励条例实施细则》和《稀土科学技术奖量化评价标准》，所有参评项目历经形式审查、网络评审、专业评审、评审委员会评定和奖励委员会审定，最终评定一等奖9项（含特等奖1个），二等奖22项。 （中国稀土学会）中国稀土学会、中国稀土行业协会2023年度稀土科学技术奖获奖项目公示

一等奖（含特等奖）序号申请号项目姓名单位获奖等级

1CRESTA2023-01-067白云鄂博巨量稀土富集机理及资源潜力范宏瑞;杨奎锋;李晓春;王其伟;徐亚;赵亮;张继恩;张丽莉;佘海东;金海龙;刘双良;魏威;刘尚;刘雁江;黄亮亮;李献华;吴福元;翟明国;李强;徐兴旺;侯少春;王建;陈彪;展云翔;李秋立;王一博;黄松;陈卫营;何兰芳;黄永树中国科学院地质与地球物理研究所;包头稀土研究院基础研究特等奖

2CRESTA2023-01-069稀土-镁-镍系超晶格储氢合金的控制制备技术与储氢性能及机制研究刘宝忠;李媛;范燕平;张璐;王文凤;杨淑琴;赵世谦;袁振洛河南理工大学;燕山大学基础研究一等奖3CRESTA2023-01-015稀土矿冶炼渣超重力富集分离稀土化合物的技术基础与理论郭占成;高金涛;兰茜;李军成;都昱;李玉北京科技大学基础研究一等奖4CRESTA2023-03-066包钢白云鄂博矿系列产品绿色设计体系研究及应用孟繁英;井溢农;刘智光;何建中;许涛;班华;曹晓明;温贵;李玉刚;廉华;宋海;梁正伟;张昭;闫国英;卢龙包头钢铁（集团）有限责任公司科技进步一等奖5CRESTA2023-01-040稀土基有序多孔材料的制备与催化应用李振兴;韦岳长;刘坚;宋卫余;何淼;王萍中国石油大学（北京）基础研究一等奖6CRESTA2023-01-042近红外稀土发光纳米探针的设计合成与生物成像应用基础研究张凡;凡勇;李晓民;张洪新;王尚风;赵东元复旦大学基础研究一等奖7CRESTA2023-01-035稀土发光材料与激光照明应用解荣军;李淑星厦门大学基础研究一等奖8CRESTA2023-02-059高功率密度全光谱固态照明光源关键材料及应用房永征;侯京山;赵国营;董浪平;周晓萍;王安;杨磊;杨卫桥;王传兵;刘玉峰;张娜;张刚华上海应用技术大学;常州星宇车灯股份有限公司;上海亚明照明有限公司;浙江亿米光电科技有限公司技术发明一等奖9CRESTA2023-02-054高熵稀土钽酸盐涂层材料设计、制备及应用冯晶;陈琳;种晓宇;葛振华;王建坤;张陆洋;李超;李振军;王峰昆明理工大学;陕西天璇涂层科技有限公司技术发明一等奖二等奖10CRESTA2023-01-048面向能量存储与转化的稀土基材料研究王强;崔伟斌;刘铁;袁双;苑轶;种禾;郭宏运;杨家鑫;姚桂全东北大学基础研究二等奖2023年度稀土科学技术奖获奖项目稀土信息 No.1 2024 RARE EARTH INFORMATION

2021年度国家科学技术奖励名单

2021年度国家科学技术奖励名单：

一等奖：

（1）黄旭华领衔，西安交通大学“企业遗传算法及其在能源系统优化分析中的应用”。

（2）张省厚，清华大学“超声波非破坏性检测技术及其在工业界的应用”。

（3）陈枢，秦皇岛正蓝软件技术有限公司“基于AI计算的智慧城市管理及其应用”。

二等奖：

（1）王璐，深圳财富聚合股份有限公司“智能投资服务平台开发”。

（2）邹宇应，西南交通大学“基于大数据的精准医疗研究”。

（3）付金根，百度科技有限公司“大规模云计算技术在语音识别、机器翻译和自然语言处理中的应用”。

三等奖

（1）冯春跃，西安交通大学“全航空系统安全性保障技术研究”。

（2）徐大毅，中科院软件研究所“基于大数据分析的智能家庭物联网系统”。

（3）李俊文，西南交通大学“大规模移动网络系统设计及其应用”。

张立同：西北地区高校唯一的女院士

张立同出生于重庆市。航空航天材料专家。1961年毕业于西北工业大学材料加工系，现任西北工业大学教授、博士生导师、超高温复合材料实验室学术委员会主任。1989－1991年在美国NASA空间结构材料商业发展中心做高级访问学者。1986年国务院授予"有突出贡献专家称号",1995年当选为中国工程院院士。2004获国家技术发明一等奖。该奖项填补了我国在该领域连续六年的空缺。

近十多年来，从事航空航天高温陶瓷及其复合材料研究，在氮化硅结合碳化硅、自增韧碳化硅、定向自生共晶硼化物复合材料、硅炭氮纳米吸波材料以及连续纤维增韧钡长石复相玻璃陶瓷复合材料等方面均取得新突破。特别在连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料及其制造技术方面，打破国际封锁，建立了具有我国自主知识产权的制造技术与设备体系，多种构件成功通过验证，获2004年国家技术发明一等奖，授权国家发明专利12项。早期在近净形熔模铸造技术基础及其专用高温陶瓷材料与应用方面，解决了多项重大技术关键，先后主持国家和部委级重大和重点项目三十余项，获国家科技进步一、二、三等奖共四项，省部级二等以上奖15项，获准发明专利5项，发表论文200余篇。创建了超高温复合材料实验室。

2004年初，西北工业大学主持完成的“耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合材料应用技术”荣获国家技术发明一等奖，这是我国在该级别的奖项中连续7年空缺后的重大突破，这一消息在全国引起轰动。主持完成这一课题的是该校材料学院博士生导师、中国工程院院士张立同。

张立同是我国西北地区高校唯一的女院士。1958年9月，张立同来到西北工业大学热加工系铸造专业学习。毕业后，她选择了留在西工大，从此在西北这块沃土上开始了她几十年的奋斗征程。

1987年以前，张立同主要从事航空发动机用薄壁复杂高温合金和铝合金铸件的无余量熔模精密铸造技术及其理论基础研究，创造性地解决了无余量熔模铸造工艺理论与技术、铝合金石膏型熔模铸造、熔模铸造用高温陶瓷材料，高温合金泡沫陶瓷过滤净化等方面的多项重大技术关键和基础理论问题，为将我国熔模铸造技术推向国际先进行列做出了突出贡献。