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【傅恒志】未来航空发动机材料面临的挑战与发展趋向

第18卷　第4期1998年12月航　空　材　料　学　报JOU RNAL O F A ERONAU T I CAL M A T ER I AL S V o l .18,N o.4　D ecem ber 1998

未来航空发动机材料面临的挑战与发展趋向

傅恒志

(西北工业大学)

摘要

根据发动机材料基本服役环境的特点,提出将先进的结构概念与材料概念、发动机的先进性、可靠性与材料组织和缺陷的可控性与稳定性结合起来开展材料研究的论点。从使用温度、高温比强、抗氧化性、韧性、导热性与加工性方面分析了传统材料与新材料体系的特点,并针对我国航空发动机材料中存在的问题,提出了若干建议。

关键词　航空发动机　高温合金　陶瓷复合材料　金属间化合物

1　先进航空发动机的发展特点

无论军用或民用飞机,其性能在相当大程度上取决于发动机的水平。近半个世纪以来,航空发动机技术取得了巨大的进步,军用发动机推重比从初期的2～3提高到了7～8。最近几年,美国和西欧四国已经研制出推重比10的第四代涡扇发动机,如美国的F 119和西欧的EJ 200。与第三代发动机相比,第四代发动机的推重比增加20%;零件数目减少40～60%;零件寿命增加150%;寿命循环成本至少降低25%;耐久性增加2倍。美国先进战斗歼击机(A T F )发动机计划和随后的综合高性能发动机技术计划(I H PT ET ),其总目标是到2003年使推重比达到20,耗油率降低50%。推重比的提高是基于涡轮前温度的增加,F 119的涡轮前温度已接近1800℃。随着推重比和涡轮前温度的不断提高,压气机和涡轮级数逐渐减少,单级负荷不断增大,零件的应力水平越来越高,工况越趋恶劣,叶片等关键零件的结构也越趋复杂,必须寻求更先进,更可靠的材料和工艺才能满足发动机的设计要求。

2　航空发动机结构设计观念与材料的关系

国外在追求高性能研制思想指导下,60年代研制的航空燃气涡轮发动机突出要求高推重比、高压比和高涡轮前温度。如美国在15年间,军用发动机从J 75发展到F 100,推重比增 1998年7月26日收到初稿,1998年10月22日收到修改稿

联系人:傅恒志,中国工程院院士,西北工业大学材料科学与工程系,西安(710072)

加了一倍,涡轮前温度提高了430℃,燃油消耗率降低了15%。与此相适应,涡轮部件的平均周向应力提高了92%。民用发动机从J 74发展到JT 9D ,推重比提高了70%,涡轮部件的平均周向应力增大了95%。“三高”的结果突出了一个矛盾,即一方面高增压比和高涡轮前温度使气动负荷、热负荷及转子的切线速度,亦即离心负荷大幅度提高,另一方面高推比要求提高构件的工作应力,减轻构件重量和增大刚度,为此,大量采用新合金和新工艺,发动机的结构故障也随之显著增加。据统计1963～1978年中,美空军战斗机共发生了3824起飞行事故,其中由发动机原因引起的有1664起,占43.5%,而其中因结构强度和疲劳寿命等与材料有关问题导致的发动机故障事故占90%以上。如号称推重比8的F 100,尽管达到了空军规定的三项主要性能指标,但在耐久性和可靠性方面并未满足要求,在地面试验中陆续发生整机爆炸、压气机失速、叶片断裂等问题,在空军使用过程中仅涡轮和导向叶片损坏即达47次,主燃油泵油液故障60次,加力燃油泵轴承故障10次,4号主轴承故障8次以及其他故障。

过去的经验教训表明:

(1)过去发动机研制均基于构件的安全无缺陷设计;而实际情况是从原材料生产到冷热加工成形均会形成缺陷,从而使构件的承载能力降低。

(2)对发动机受载与热振动的耦合作用及材料组织结构对此种耦合作用的响应认识不够清楚,难以作出精确的分析和预测。

(3)要根据使用特点和可能存在的缺陷来确定表征材料及其相应工艺的特性及数据,重点应放在裂纹萌生与扩展特性和断裂韧性上。

60年代以来,航空发动机部件的结构设计经历了由强度估算到损伤容限设计的发展过程。在断裂力学发展的基础上开始运用损伤容限设计方法来处理关键零件的寿命,使大批按有限寿命设计的零件经过延寿继续使用。应用损伤容限设计技术,要求有一整套适用于断裂力学计算分析和材料损伤的大量材料数据。总之,航空发动机研制技术不断发展对材料数据所要求的种类和数量愈来愈多并愈加复杂。材料数据已经与发动机研制的先进性、可靠性和安全性紧紧地连在一起。

事故的教训和结构设计方法的改进促进了发动机研制思想的变革,主要表现为:①从突出强调发动机性能到可靠性、耐久性、工艺性及性能的综合平衡;②从单纯追求减重到保证上述性能平衡基础上的重量优化;③把材料及相应成形工艺的研究纳入整个发动机发展之中,使材料工艺与设计、结构紧密联系起来。

3　先进航空发动机对材料的要求及高温材料的发展趋向

根据先进发动机发展的要求,燃烧室温度达2000～2200℃,且由于设计与结构上的原因,可用于冷却的空气很少,据称,美国I H PT ET 的实现,70%～80%要靠材料的改进,因此下世纪先进航空发动机性能对材料的要求将不满足于传统材料的渐进式提高,要求开辟新的材料系统及工艺领域。预计到2000年,在执行I H PT ET 中,由于材料的革命性发展,发动

35　第4期未来航空发动机材料面临的挑战与发展趋向

图1　发动机用材料的发展趋势

F ig .1　D evelopm ent trends of aero 2engine m aterials 机性能将有飞跃性提高[1]。罗罗公司

对21世纪发动机材料可能发生的变

化进行了预估(如图1)[2]。传统的铝

合金及结构钢在发动机中的用量会进

一步减少,高温合金、钛合金等特种

金属材料到下世纪初叶也会有所降

低,代之而来的将是陶瓷基和金属基

复合材料[3、4]。

我们认为,先进发动机材料的选

择、研究、开发及使用应当建立在充分

认识其服役基本环境与要求的基础

上,即:高温、高载荷、高氧化腐蚀、高性能重量比、高可靠性与长寿命。针对这些特点,以下基本性能应是选择

材料的出发点:①可承受的最高温度;②高温比强度与比寿命;③高温抗氧化能力;④韧性;⑤导热性;⑥加工性。

图2是各类材料系在这六个基本性能方面所显示的特征[5]。该图以六个坐标轴代表相应的基本性能,将各类材料进行对比,显示各自的优势和缺点。从图2(a )可以看出,作为高温结构材料的超合金是具有耐高温、高强韧、抗氧化、可加工性和良好导热性的材料,具有较全面的综合性能。但随发动机涡轮进口温度的不断提高,超合金由于熔点的限制,最高使用温度已不能满足需要。与超合金相比,金属间化合物与陶瓷可以在更高的温度下工作。图2(a )还显示,金属间化合物虽然最高耐温性低于陶瓷,但其韧性、可加工性与导热性远优于陶瓷材料,总体来看,有可能比陶瓷更早地用于发动机承动载荷的关健部件。图2(b )(c )是各类陶瓷材料及各类金属间化合物及其复合材料之间的对比。各类陶瓷材料六个基本性能的比较亦显示各具特色。硅基材料虽然韧性与导热性较低,其T m ax 与抗氧化能力都是上佳的,是值得关注的材料系统。图2c 中各类金属及金属间化合物基系统的相互对比,显示了各自的长处及不足.此图虽仅粗略地描述了各材料系的性能特征,其方向性的参考价值还是值得重视的。

美国为实现I H PT ET 计划,提出要采用T i A 1基复合材料制造鼓筒式无盘结构压气机转子,减重70%;采用陶瓷基复合材料代替高温合金,制造出口温度均匀、变流量结构火焰简;用钛基复合材料制造燃烧室机匣;采用陶瓷基复合材料或C C 复合材料制造叶片盘整体结构的涡轮,减重30%;加力燃烧室筒由C C 复合材料制造;尾喷管采用在2200℃无需冷却的加涂层的C C 复合材料,表1是I H PT ET 提出的推重比15

～20发动机主要部件的用材设想。可以看出,涡轮部件承受的最高温度已达2000～2200℃,并要求大幅度减重,这给新型发动机用材提出了严峻的挑战。

5 航　空　材　料　学　报第18卷

图2　涡轮发动机用材所需性能六坐标平衡图

及替换材料与高温合金性能的对比

F ig.2　T he balance of p roperties required fo r turbine

engine app licati on is rep resented by six axes.

Generalizati on of the p roperties of alternative

m aterials is compared to tho se of superalloys.

(a)an overall view of ceram ics and inter2

m etallics;(b)m aj o r subdivisi ons of ceram ics,

and(c)m aj o r subdivisi ons of inter m etallics,in2

cluding I M C′s

表1　推重比15～20发动机主要部件用材料

T able1　M aterials fo r m ain parts of aero2engine w ith th rust2w eigh t rati o15～20

A ccesso ry M ain characteristics M aterials

Fan

Sw ep t ho llow fan blade,w eigh t re2

duce50%

T i-alloy+po lym er

Comp resso r R ing ro to r,w eigh t reduce70%704～982℃T i2MM C

Com busti on cham2

ber

A lter2geom etry structure reduce out2

let temperature

C M C

T urbine

Integrated disk,w eigh t reduce30%,

227022470K199722197℃

Supercoo ling turbine blade of F119

1724℃

C M E,w eigh t reduce80%

N o coo ling fo r1649℃turbine

A fterburner cham2

ber

U nit th rust over F11070～80%

1204℃ceram ic flam e stabilizer

1538℃ceram ic nozzle

Jet nozzle To tal directi on vecto r nozzle

982℃T i A l2I M C>1538℃ceram ic,

C C

A irp lane specificati on H=21000m,M=3～4,figh t radius1850km,stealthy,loading1T

　第4期未来航空发动机材料面临的挑战与发展趋向

65 航　空　材　料　学　报第18卷

T i A l、N i A l及难熔金属硅化物等金属间化合物,由于晶体中金属键与共价健共存,使其有可能同时兼有金属的韧性和陶瓷的高温性能,但金属间化合物比陶瓷具有更多的优势,其中两个重要特点是金属间化合物具有较好的热传导性,因而作为高温结构材料使用其冷却效率较高而热应力较小;其次某些金属间化合物(如T i A l,N i A l)可以采用常规的冶金方法进行生产,这是与其他新型材料进行成本竞争的一个重要条件。所有这些,特别是近十几年来在韧化方面的巨大进展,预示着金属间化合物作为高温结构材料使用具有广阔的前景。

在众多的金属间化合物中,T i A l特别是Χ2T i A l基合金不仅具有良好的耐高温、抗氧化性能和小的比重,而且弹性模量、抗蠕变性能均比钛合金好得多,甚至优于T i3A1基合金,与N i基高温合金相当,但其密度还不到N i基合金的一半,在航空发动机上使用,将明显减轻重量,改善性能。T i A l的使用温度可望达到900℃甚至更高,室温弹性模量可达176GPa,且随温度升高而缓慢下降。这些特征使它们在航空航天用的材料中展现出令人瞩目的发展前景,极有可能部分取代现役的N i基高温合金而成为未来航空航天领域重要的高温结构材料。

N i A l以其密度、热导率、氧化抗力而优于高温合金,而且它的塑脆性转变温度在所有金属间化物中是最低的,约为400℃。N i A l的蠕变抗力与高温合金相差不多,可使整个发动机重量减轻。N i3A l是金属间化合物中最有吸引力,也可能最早用于高温涡轮部件,它的超点阵结构使其在高温具有稳定性。经过长时间对N i3A l合金化及显微组织的研究,不仅进一步提高了它的高温强度,也大大改善了它的塑性。在N i3A l合金的应用上,我国取得了突破性的成绩。用N i3A l为基的金属间化合物制作的导向叶片已在发动机上应用,这就为我国高温部件应用金属间化合物及其复合材料开辟了道路。特别引人注意的高温金属间化合物是M oSi2。它有最好的环境抗力,特别是达到1400℃的强度和抗氧化能力。最近,由于将材料中的Si O2含量降低,其韧性和强度都有所改善。图3是M oSi2与其它高温硅化物抗蠕变性能的比较[6]。可以看出M oSi2的潜在优势,如再以合金化及Si C纤维增强,可以达到超过单晶高温合金100～200℃的抗蠕变能力。

推重比15～20以上的发动机,其涡轮进口温度最高可达2227～2470℃。采用超高温结构材料是实现减重80%、2200℃下工作无需冷却的关键,其中受到特别重视的首推陶瓷及C C复合材料。陶瓷基复合材料可最大限度地满足未来发动机对材料的高温要求,材料的最高使用温度随选择Si3N4、Si C、A l2O3等而不同。美国Si C Si3N4已用于高性能燃烧喷管等,A l2O3为基的复合材料亦具有发展前景,可使抗氧化能力显著增强。应用于发动机热端部件的陶瓷材料应具有对裂纹不敏感、不发生灾难性断裂的特性,而这正是陶瓷材料所缺乏的。因此,一般认为,发展连续纤维增韧的陶瓷复合材料(C M C)是一条有效途径[7]。

在纤维增韧的陶瓷基复合材料中,对基体和纤维两脆性相界面科学地设计与优化组合,可使材料具有类似金属的断裂行为。由于我国目前只能选择碳纤维,纤维与基体的热膨胀失配以及碳纤维的氧化,增加了界面设计和制造的难度,因而界面的研究成为陶瓷复合材料的技术关键。研究表明,Si C和A l2O3纤维是两种最具发展前景的陶瓷纤维,适用于陶瓷基和金属间化合物基复合材料,美、日等国均在加紧研究。现可用于1400℃的H i2N i

图3　硅化物及其合金最小蠕变速率与应力的比较　F ig .3　M ininum creep rate in comp ressi on vs stress fo r several silicides and their alloys Calon Si C 纤维在日本已商品化,在美国

直径为30Λm 的Α

2Si C 纤维的室温强度已达1600M Pa ,预计可用于1600～

1650℃;小直径单晶A l 2O 3纤维的强度

已达4000M Pa ,1550～1600℃以上才开

始蠕变。美国I H PT ET 中,C M C 的燃

烧室涂壁于1995年已成功用于XTC

核心机中。使用表明陶瓷件寿命长,涡轮

前进口温度可提高148～160℃,减少冷

却气量30%以上。英国罗罗公司将

C M C 的扇形涡轮外环成功地用在T ren t 800发动机上,既减少冷却气量,又提高了温度,延长了寿命。C C 复合材料虽然具有潜在的优异高温性能,但

是由于C C 的抗氧化性极差,致使其难以作为结构材料使用。因而解决1650℃以上的全温度长寿命防氧化涂层至关重要。当前C C 基复合材料重点发展1650℃以上抗氧化复合材料,应用于内锥体、整体导向器与涡轮等。应指出的是陶瓷及C C 复合材料的核心是高性能连续纤维。缺乏高性能连续纤维已严重阻碍了我国耐高温复合材料的发展,目前我国在高性能碳纤维(T 800,T 100)和高温纤维(>1000℃)方面尚处于空白状态。

表2是I H PT ET 提出的推重比15—20发动机关键材料的服役温度与使用部位。

表2　推重比15～20关键材料项目与技术指标T able 2　Key m aterials and technical specificati on fo r aero 2engine w ith th rust 2w eigh t rati o 15

～20System

M aterial Perfo r m ance temperature Po siti on fo r use Comp resso r

T i A l F iber T i A l 704～982℃B lade ,case ,ro to r ,ho llow blade N ozzle

(nocoo ling )T i A l 2I M E C M C

C C +coating

>982℃>1538℃>1538℃Suppo rting m em ber Seal ,flap ,fuel feed Seal ,flap ,inner cone ,fuel feed Com busti on system T i 2alloy

Ceram ic

C M C

C C

>650℃>1204～1538℃>1538～1649℃>1750℃Case Stabilizer ,nozzle ,ring A fterburner liner Burner liner (double head ,double w all )T urbine I M C

Superalloy

F iber I M C

Compo site

Ceram ic

C C +coating 1370℃1010℃1093℃　1571～1538℃(coo ling )>1650～

2000℃　D isk w ith coo ling turbine case Stato r ,stabilizer ,turbine outer ring ,in 2tegrated turbine ,blade

75　第4期未来航空发动机材料面临的挑战与发展趋向

四　航空发动机材料发展的几点看法

根据各类渠道汇总的结果,21世纪发动机材料的发展应注意以下几方面的问题。

4.1　充分重视航空传统金属材料的挖潜与提高

由于高温合金及钛合金良好的综合性能及在研制与服役中较长期的经验积累,今后相当时间钛合金和高温合金等传统材料仍将在发动机材料中占有一席之地。随军民结合及军转民的发展,专用传统金属材料在民用发动机、地面燃气涡轮、化工设备领域会占有重要地位。因此对传统材料的研究开发,仍应予足够重视,以最大限度地挖掘传统材料的潜力。比如,70年代先进发动机涡轮叶片工作温度已接近定向高温合金的初熔温度,而由于单晶高温合金的发展大大提高了材料固溶窗口温度下限,RR 3010合金比D S 2M 002的工作温度提高了110℃,如图4[8]。通过合金设计与熔摸精铸等制造技术的发展,叶片由等轴晶的辐射冷却演变为单晶的发散和铸造冷却,可使叶片所能承受的温度由1100℃提高至2210℃,图5绘出了此工艺的发展历程[9]

。

图4　涡轮叶片用单晶材料的发展图5　叶片工艺的演进　

F ig .4　D evelopm ent of single crystal F ig .5　A irfo il techno logy evo luti on

m aterials fo r turbine blades

钛合金的工作温度正努力向800℃攀登。R ene 88D T 钛合金粉未涡轮盘,其蠕变性能高于In 718合金110℃,其Ρ750100≥650M Pa 。英国罗罗公司开发的钛合金及其成形技术已在RB 211—535和T ren t 700发动机上采用全钛的压气机。据罗罗公司预测,到2000年,先进发动机中仍将有约50%的结构材料使用高温合金,有25%～30%使用钛合金(图1)。这些都表明传统材料仍有相当大的潜力,可以继续完善和提高。

4.2　加强新材料体系的研究开发

传统材料的渐进提高,已不能满足发动机发展,它要求材料与工艺有革命性的变革,要

5 航　空　材　料　学　报第18卷

求开辟新的材料体系。作为在更高温度下服役的结构材料,引起人们注意的主要有金属间化合物或以其为基的复合材料,金属基复合材料及陶瓷基复合材料。国外高推比发动机中压气机、燃烧室及涡轮部件,如无盘转子、多孔层板、涡轮盘等已计划采用金属基复合材料、金属间化合物及陶瓷基复合材料。复合材料与相应的基体材料相比,在相同密度下的使用温度显著提高,这使得用低密度复合材料代替高密度结构材料成为可能。美国“发动机热

部件研制计划”(HO ST )提出了下世纪初高温先进材料的设想,见表3。英国罗罗公司已提出

了金属基复合材料在军用发动机上尤其在压气机和涡轮叶片上潜在的应用趋势。这些均表明新材料体系开始应用的必然性与迫切性。金属间化合物由于具有金属键特性,一般有良好的导热性和一定的可加工性与韧性,又由于它还有一部分共价健且结构比较复杂,滑移系较少,塑性变形比较困难,因而常温塑性、韧性均较低。陶瓷基复合材料由于共价及离子键占有相当份量,故除可加工性与韧性较差外,其导热性也较低。作为高温工作的结构材料,热疲劳将可能成为一个需要关注的问题。由于陶瓷及陶瓷基复合材料优异的耐高温及高抗氧化和高比强特性,加之近年来在韧化与成形技术方面的进展,未来发动机中的高温部件多数计划采用陶瓷材料。

表3　未来HO ST 的先进材料T able 3　A dvanced m aterials fo r future HO ST

1989Baseline

2010A dvanced (H igh T emp .)2010A dvanced (R educed T emp .)FAN

H PC

Burner

H PT

L PT

N ozzle N ickel A lloy N ickel A lloy N ickel A lloy N ickel A lloy N ickel A lloy N ickel A lloy T iMM C N i A l I M C N i A l I M C C M C C M C T iMM C ,C M C T iMM C T iMM C T iMM C ,C M C C M C C M C T iMM C ,C M C

对于服役温度高于1650℃以上的部件,采用C C 复合材料已为大家认识。火焰筒、内锥体、调节片等超高温部件,美国已决定采用抗氧化的C C 复合材料。同时美国I H PT ET 拟至2005年演示验证C C 叶盘结构,达到1650℃长期抗氧化并将成本降低50%的目标。以上列举的一些典型事例充分表明,新材料体系的使用直接关系到先进发动机的研制。按照西方的规划,几乎所有的重要零部件均拟采用复合材料,以大幅度减轻重量,提高性能。这方面我国与世界先进水平仍有相当差距,因此新材料体系的研究开发不仅迫在周睫,而且具有深远的战略影响。

但是,正如前面所指出的,此类材料虽然近年得到快速发展,在使用上也已取得某些突破性进展,并正在积累服役经验,然而,应该注意的是,此类材料作为结构件使用有其本征弱点,如低韧低塑、加工性差等,必须在合金设计、成形与加工技术中,给于充分考虑,特别是掌握此类材料的宏微观组织结构特性及服役过程中的缺陷行为,积累使用中材料损伤及

95　第4期未来航空发动机材料面临的挑战与发展趋向

06 航　空　材　料　学　报第18卷结构故障的有关经验教训,提高材料的可靠性与成熟性。

4.3　加强应用基础研究,深化材料的科学设计与成形过程的建摸与仿真

有了对诸如压气机盘片涡轮盘片及轴类等关键零部件所用材料及其置换材料以及它们的成形工艺基本规律的深刻认识,人们才能对材料有科学的设计,对成形技术严格地掌握,如:成形过程中物理场的变化规律及它们间的耦合效应;相应过程中的热力学与动力学效应;从微米及纳米尺度及原位观察将物理场、相变与动力学效应与宏微观组织结构变化结合,并从电子轨道与化学键的深度研究相的形成及变化规律。

材料的成分与组织设计现已更多地建立在各组分热力学计算、原子构型和键合力的基础上,并积累了越来越多的性能数据。当前已有一些软件辅助进行材料的设计,如M TDA2 TA的有关热力学软件可以对铝、铁及镍合金中相的性质进行精确计算。虽然这些计算包含着不少假设和经验修正,但毕竟正在摆脱纯经验的“抓药方”方式,走向理论指导的对材料的科学设计。另一方面对材料在服役或开发过程中呈现出的组织与性能变化更应该注意搜集整理和分析并与计算结果比较。在理论和使用积累指导下的材料设计,再经过修正和再测试的反馈,有可能取得有重大实用价值的结果。

先进发动机材料对性能的高要求及高可靠性导致对材料成形加工技术要求很高的特性:①新的及许多极端条件下的成形技术;②成形过程与环境条件的精确控制;③昂贵的成形设备与工艺。这些特点决定了对材料加工成形过程的模拟与仿真工作具有重要的意义,它与试验的结合可以更仔细地帮助分析和掌握成形过程中各个参量的变化与影响规律以及整个过程的发展,同时可使成形过程完善成熟,可以节约大量试验工作量,降低材料开发的成本。目前在热成形技术中对温度场、应力场的建模与仿真工作已有相当好的结果,现正在发展组织与性能模拟技术中的建模工作。

4.4　深入了解服役特点,科学表征材料性能,提高材料使用的针对性与可靠性。

我国航空材料,特别是高温材料与发动机通用规范和结构完整性大纲要求差距较大,材料的力学性能数据表征内容和测试方法与发动机结构分析和可靠性设计很不适应,因此必须:①结构的服投特点与材料的力学性能的科学表征结合起来;②零部件的可靠性与材料组织控制、缺陷控制结合起来,材料和工艺与结构和设计结合起来;③针对服役特点科学确定材料的力学性能测试内容及测试步骤以及数据表征的内涵与可置信度;④重视材料断裂力学行为和损伤容限表征的内容。

在规划21世纪我国航空发动机材料发展战略时,我们认为必须将结构与材料、材料设计与成形工艺、组织结构与缺陷行为、高性能指标与可靠性统一于材料的研究与开发之中,建立在科学的理论与实践结合的基础之上。

参　考　文　献

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CHALL EN GE AND D EV ELO PEM EN T TR END S TO

FU TU R E A ERO 2EN G I N E M A T ER I AL S

Fu H engzh i

N o rthw est Po lytechnical U niversity

ABSTRACT

T he developm ent of next generati on aero 2engines requires suppo rt of advanced m aterials and app rop ri 2ate new structures and techno logies .

A cco rding to the service environm ent of aero 2m aterials ,som e po ints of view on com bining the struc 2ture concep t w ith m aterial concep t ,the advancem ent and reliability of aero 2engines w ith the contro llability and safety of structure and defect fo r research and developm ent of m aterials are p ropo sed .

F rom the aspects of fundam ental p roperties of m axi m am service temperature ,h igh temperature specif 2ic strength ,anti oxidati on ,toughness ,conductivity and p rocessing ability ,the behavi our of traditi onal and new m aterials system s is analysed and som e suggessti ons ai m ed at the p roblem s in developm ent of aero 2en 2gine m aterials in Ch ina are p resented .

KEY WOR D S M aterial fo r aero 2engine ,superalloy ,ceram ic m atrix compo site ,inter m etallic com 2pound m aterial

Corresp ond ent :F u H eng z h i ,N orthw est P oly technical U niversity ,X i ′an (710072)16　第4期未来航空发动机材料面临的挑战与发展趋向

中国全部国产航空发动机的型号及参数

涡喷-5 涡喷-5是沈阳航空发动机厂根据苏联BK-1φ发动机的技术资料仿制的第一种国产涡喷发动机。涡喷-5是一种离心式?单转子?带加力式航空发动机，属于第一代喷气发动机。首批涡喷-5发动机在1956年6月通过鉴定，开始投入批量生产。截至1985年涡喷-5系列发动机停产，沈阳航空发动机厂和西安航空发动机厂共生产9658台，主要用于米格-15系列和国产歼-5系列战斗机。涡喷-5发动机的研制成功，标志着中国航空发动机工业已从制造活塞式发动机时代发展到了喷气式发动机的时代，成为了当时世界上为数不多的几个可以批量生产喷气式发动机的国家之一。涡喷-5发动机净重989公斤，最大推力状态26千牛(2650公斤)，加力状态推力37千牛(3800公斤)涡喷-5系列主要有以下改型：涡喷-5甲：沈阳黎明发动机公司于1957年仿制的ВК-1А发动机，命名为涡喷-5甲。1963年开始转到西安航空发动机公司生产，1965年6月首批涡喷-5甲通过考核验收试车，8月投入批生产，用于轰-5、轰教-5及轰侦-5飞机。涡喷-5乙：西安航空发动机公司于1966年试制成功，用于米格-15比斯飞机。涡喷-5丙：西安航空发动机公司于1976年试制成功，用于米格-17飞机。涡喷-5丁：西安航空发动机公司于1965年试制成功，用于歼教-5飞机。

涡喷-6是沈阳发动机厂在苏制PA-9B喷气发动机基础上仿制并发展而形成的一个发动机系列型号。涡喷-6于1959年7月定型，是中国首型超音速航空发动机，属于轴流式单转子带加力燃烧室的涡轮喷气发动机。1984年沈航首次将中国独创的沙丘驻涡火焰稳定器(北航高歌发明)成功应用于涡喷-6的改进型，彻底解决了PA-9B所固有的振荡燃烧现象。涡喷-6系列发动机是产量最大国产航空发动机，总产量高达29316台，主要用于歼-6系列和强-5系列国产战机，目前仍有相当数量在役。最主要的是沈阳航空发动机厂研制的涡喷6甲和成都航空发动机厂研制的涡喷6A/B性能：直径：0.6686 米、长度：2.91 米、净重：708.1公斤空气流量：43.3 公斤/秒转速：11150 转/分增压比：7.14 涡轮前温度：870摄氏度耗油率：1.63公斤/公斤/小时推力：3187公斤推重比：4.59 ＷＰ-６为我国首型超音速航空发动机。其压气机由离心式发展至轴流式，技术上是一次重大进步。1984年沈航首次将我国独创的沙丘驻涡稳定性理论(北航高歌发明)成功应用于ＷＰ-6甲改进型，彻底解决了ＰⅡ-9Ｂ所固有的振荡燃烧现象。

半导体材料发展情况

实用标准文案 1、硅材料从提高硅集成电路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）单晶的直径和减小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si发展的总趋势。目前直径为8英寸（200mm）的Si单晶已实现大规模工业生产，基于直径为12英寸（300mm）硅片的集成电路（IC‘s）技术正处在由实验室向工业生产转变中。目前300mm，0.18μm工艺的硅ULSI生产线已经投入生产，300mm，0.13μm工艺生产线也将在2003年完成评估。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功，直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。从进一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外，SOI材料，包括智能剥离（Smart cut）和SIMOX材料等也发展很快。目前，直径8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在开发中。理论分析指出30nm左右将是硅MOS集成电路线宽的“极限”尺寸。这不仅是指量子尺寸效应对现有器件特性影响所带来的物理限制和光刻技术的限制问题，更重要的是将受硅、SiO2自身性质的限制。尽管人们正在积极寻找高K介电绝缘材料（如用Si3N4等来替代SiO2），低K介电互连材料，用Cu代替Al 引线以及采用系统集成芯片技术等来提高ULSI的集成度、运算速度和功能，但硅将最终难以满足人类不断的对更大信息量需求。为此，人们除寻求基于全新原理的量子计算和DNA生物计算等之外，还把目光放在以GaAs、InP为基的化合物半导体材料，特别是二维超晶格、量子阱，一维量子线与零维量子点材料和可与硅平面工艺兼容GeSi合金材料等，这也是目前半导体材料研发的重点。

2020年航空发动机行业分析报告

2020年航空发动机行业分析报告 2020年2月

目录一、我国航空发动机国产化势在必行，产业链各环节企业将迎来重大发展机遇期 (5) 1、国家级基金战略扶持：预计2017年启动的国家级两机专项计划投入规模 6在3000亿以上 ........................................................................................................ 2、国家安全战略重要保障：两机是工业领域皇冠上的明珠，是国家安全的重 7要战略保障 .............................................................................................................. 3、产业链条足够长、市场空间足够大：预计未来10年全球两机市场规模将达到6000亿美元，产业链各环节企业发展空间巨大 (8) 二、我国航空发动机产业发展现状及标的梳理 (12) 1、航空发动机产业发展特点：技术壁垒高、经济回报高、研制周期长 (12) （1）技术壁垒高 (12) （2）经济回报高 (13) （3）研制周期长、研制投入大 (13) 2、我国国产军用航空发动机发展现状 (14) （1）仿制和改进 (14) （2）部分自主设计 (15) （3）拥有自主知识产权 (15) 3、我国航空发动机等两机产业链标的梳理 (16) 三、两机产业链：全球维度看切入两机供应体系，国内维度看自主可控加速技术与产品落地 (17) 1、航发动力：我国航空发动机制造龙头企业，整机制造处垄断地位 (18) 2、应流股份：两机叶片千亿美金赛道，从此有了中国制造 (19)

我国涡扇10航空发动机内幕

我国涡扇10航空发动机内幕八十年代初期，中国航空研究院606所（中国航空工业第一集团公司沈阳发动机设计研究所）因七十年代上马的歼九、歼十三、强六、大型运输机等项目的纷纷下马，与之配套的研发长达二十年的涡扇六系列发动机也因无装配对象被迫下马，令人扼腕，而此时中国在航空动力方面与世界发达国家的差距拉到二十年之上。面对中国航空界的严峻局面，国家于八十年代中期决定发展新一代大推力涡扇发动机，这就是涡扇10系列发动机。依据装配对象的不同，涡扇10系列有涡扇10、涡扇10A、涡扇10B、涡扇10C、涡扇10D等型号，其中涡扇10A是专门为中国为赶超世界先进水平而上马的新歼配套的。中国为加快发展涡扇10系列发动机，采取两条腿走路方针。一是引进国外成熟的核心机技术。中美关系改善的八十年代，中国从美国进口了与F100同级的航改陆用燃汽轮机，这是涡扇10A核心机的重要技术来源之一；二是自研改进。中国充分运用当时正在进行的高推预研部分成果（如92年试车成功的624所中推核心机技术，性能要求全面超过F404），对引进的核心机加以改进，使核心机技术与美国原型机发生了较大变化，性能大为增强。这里说句题外话，网上有人说涡扇10是在F404 基础上放大而成，性能直逼F414，似乎也不无道理，因为核心机技术来源较多，不能单纯说由那一家发展而来

结构：涡扇10/10A是一种采用三级风扇，九级整流，一级高压，一级低压共十二级,单级高效高功高低压涡轮，即所谓的3+9+1+1结构结构的大推力高推重比低涵道比先进发动机。黎明在研制该发动机机时成功地采用了跨音速风扇;气冷高温叶片，电子束焊整体风扇转子，钛合金精铸中介机匣;，挤压油膜轴承，刷式密封，高能点火电嘴，气芯式加力燃油泵，带

新材料发展方向

新材料领域未来发展方向日新月异的现代技术的发展需要很多新型材料的支持。自从第三次科技浪潮席卷全球以来，新型材料同信息、能源一起，被称为现代科技的三大支柱。新材料的诞生会带动相关产业和技术的迅速发展，甚至会催生新的产业和技术领域。材料科学现已发展成为一门跨学科的综合性学科。根据我国当前及未来发展的实际情况，新材料领域值得注意的新发展方向主要有半导体材料、结构材料、有机／高分子材料、敏感与传感转换材料、纳米材料、生物材料及复合材料。 1.半导体材料随着高科技发展的需要，半导体及其应用研究的中心正向直接影响市场的微型或低维量子器件、改善传输质量和效率、增大功率和距离等方向发展，半导体化合物（GaAs、InAs、GaN、SiC等）具有重要的应用前景。半导体材料领域的重要研究主题有：（1）Si基积分电路设计，就材料物性而言涉及用于门（gates）电路控制的纳米尺寸电介质制造及特性研究。（2）大能隙材料则在光电子学领域中具有关键的作用。可以预期，Ⅲ―V族化合物材料具有重要应用前景。（3）纳米电子学及纳米物理学研究是微电子及光电子材料和器件发展的基础，涉及半导体与有机或生物分子耦合，低维器件的量子尺寸效应，半导体与超导体或磁性材料界面以及原子或分子尺度的存储问题。建立原子学模拟与连续介质力学及量子力学跨层次―跨尺度关联应是该领域中的一个重要的研究方向。 2.结构材料 Fe基、Al基、Ti基以及Mg基合金作为力学材料的主体，构成了系列结构材料，其主要功能是承担负载（如火车、汽车、飞机）。汽车用钢近年来已从一般钢铁发展为使用灿合金或特殊的高强Mg基合金，高强Ti合金在高强钢中有重要位置，不锈钢则有取代碳钢的趋势。用于军用飞机的Al合金及一般钢材则被先进的Ti合金及高分子基复合材料所取代。进一步还需要发展碳纤维增强复合材料或Al基复合材料。结构材料的主体有：（1）钢铁：钢铁材料，特别是具有多相结构和复杂成分的优质钢具有重要的应用前景和潜在优势，需要开展相应的基础研究。联系微米和纳米技术的纳米层间结构、织构以及晶界和界面都可视为改善钢铁材料的重要途径。（2）Al合金：Al基材料及相应的沉淀硬化效应导致高强铝合金的出现，相关技术工艺已发展为"沉淀科学"，它涉及"相"间晶体结构的匹配性以及合金的稳定性，特别是时效合金的稳定性直接影响航空或空间应用，因此可视为Al合金基础研究中的重要问题。（3）Mg合金：镁及镁合金广泛应用于冶金、汽车、摩托车、航空航天、光学仪器、计算机、电子与通讯、电动、风动工具和医疗器械等领域。镁合金是最轻的工程结构材料，以其

智能材料的研究现状与未来发展趋势

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/eb6946786.html, 智能材料的研究现状与未来发展趋势作者：邓焕来源：《科学与财富》2017年第36期摘要：智能材料这一概念在上世纪80年代首次被提出，近年来，关于智能材料在航空航天领域的研究与应用被频繁提及。由于智能材料具备着结构整体性强、可塑性高、功能多样化等优点，因此在航空航天领域得到了广泛的研究与使用，首先根据功能性的不同对智能材料进行了系统的分类与概述，然后对当前智能材料在航空航天领域的主要应用进行了系统性的分析与总结，最后对智能材料在未来的航空航天的应用前景中进行了进一步地展望。关键词：智能材料；复合材料；航空航天；功能多样化 1 引言进入二十一世纪以来，全球各大航空航天强国在航天航空领域投入了大量的研发资金，而作为航空航天领域重要环节的航天材料，近年来也不断有着新的突破，而其中被提及最多的就是智能材料在航空航天领域的应用。在智能材料的范畴中，智能复合材料最具有代表性，智能复合材料主要具备着：外界环境感知功能；判断决策功能；自我反馈功能；执行功能等。此外，由于当前智能复合材料都向着轻量化、低成本化的方向发展，因此在航天领域复合材料的设计结构以及使用用途上都有着不同的侧重发展方向。而近年来国内外各国也均加快了各自在该领域的研发使用发展进度，主要的研究大方向还是集中在了智能检测、结构稳定性、低成本化等方向上，本文着重对相关部分进行系统性的概述与总结。 2 航空航天领域智能复合材料的功能介绍在航空航天领域中，国内外普遍利用智能复合材料以实现在降低航空航天飞行器的自身重量的前提下保证系统结构的稳定性，其次根据复合智能材料具备智能检测自身系统内部工作状态和自愈合等功能实现航空航天材料在微电子与智能应用方向的交叉发展。 2.1 智能复合材料在航天结构检测方向的应用智能复合材料在航空航天器中的应用，主要是通过将传感器以嵌入的方式与原始预浸料铺层以及湿片铺层等智能复合材料紧密键合，最终集成在控制芯片控制器上实现对整个系统的实时监控诊测、自我修复等供能，值得注意的是，在这一过程中，智能化不仅仅是符合材料的必要功能，复合材料在很大程度上可以有效承受比传统应用材料更大外界机械压力[1]。除此之外，由于智能复合材料作为传感器的铺放衬底，因此智能复合材料还可以实现对整个材料内部结构的状况进行收集并且将出现的诸如温度异常、结构异常、表面裂痕等隐患及时反馈至中央处理器，这在一定程度上可以有效实现整个系统内部的检测与寿命预测，在这方面的技术上，美国的Acellent公司研发的缠绕型复合材料以压力感应的形式，按照矩形布线形式

国产高性能航空发动机及燃气轮机

中国国产高性能航空发动机及燃气轮机系列汇总（修正至2008年）阅读提示：帖子是转的，由于是2008年的老帖了，帖中有些地方已与现实略有不符。注：带“★”的为重点型号。 1、湖南株洲南方公司：【WS11】（仿乌克兰AI25），小推力不加力涡扇，推力16千牛，2002年已批量生产，用于K8/JL8、无人机。【WS16】（引进乌克兰AI－222－25F），小推力加力涡扇，加力推力42千牛，预计2009年批量生产，用于L15/JL15系列。【WZ8G】★（引自法国-WZ8A改），小功率涡轴，功率560千瓦，2005已年批量生产，用于Z9系列、Z11系列升级。【WZ6】（仿法国TM-3C），中功率涡轴，功率1160千瓦，2000年批量生产，用于Z8系列。【WZ9】★（仿加拿大普惠PT6C），中功率涡轴，功率1200～1450千瓦，预计2008年批量生产，用于 Z10、Z15（6吨机）、Z8F系列。【WJ6C】★，中功率涡浆，功率3600千瓦，2006年已批量生产，用于Y9（国产6桨机）系列。【WJ9】（WZ8核心），小功率涡浆，功率550千瓦，1995年已批量生产，用于Y12系列。【WJ5E】（东安动力－通用)，中功率涡浆，功率2000千瓦，1990年已批量生产，用于Y7系列。 2、四川燃气涡轮院(预研基地)：【WS500】★，小推力涡扇，推力5～10千牛，2005年已批量生产，用于无人机、巡航导弹。【WS15】★,高推重比大推力涡扇，加力推力达180千牛，在研，用于未来四代战机。 3、陕西西安航发公司：【WS9秦岭】（仿改英国斯贝202），中推力涡扇，加力推力92千牛，2002年已批量生产，用于JH7A（飞豹）系列。 ------- 【QC260】★（引自乌克兰DA80），大功率燃气轮机，功率25000千瓦，2007 年已批量生产，用于052B/C（双发6000T）大驱系列等。 4、贵州黎阳航发公司：【WS12泰山】★(中推核心)，中推力涡扇，加力推力80千牛，2008年批量生产，用于J7、JL9和J8系列升级换代及双发型J10C。【WS12B】（WS12加大涵道比加力改型），中推力涡扇，加力推力100千牛，预计2009年批量生产，用于JH7B（飞豹）。【WS12C】（WS12大涵道比不加力改型），中推力涡扇，推力80千牛，预计2010

半导体材料的发展现状与趋势

半导体材料与器件发展趋势总结材料是人类社会发展的物质基础与先导。每一种重大新材料的发现和应用都把人类支配自然的能力提高到一个全新的高度。材料已成为人类发晨的里程碑。本世纪中期单晶硅材料和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研究成功，导致了电子工业大革命。使微电子技术和计算机技术得到飞速发展。从20世纪70年代的初期，石英光纤材料和光学纤维的研制成功，以及GaAs等Ⅲ-Ⅴ族化合物的材料的研制成功与半导体激光器的发明，使光纤通信成为可能，目前光纤已四通八达。我们知道，每一束光纤，可以传输成千上万甚至上百万路电话，这与激光器的发明以及石英光纤材料、光纤技术的发展是密不可分的。超晶格概念的提出MBE、MOCVD先进生长技术发展和完善以及超品格量子阱材料包括一维量子线、零维量子点材料的研制成功。彻底改变了光电器件的设计思想。使半导体器件的设计与制造从过去的杂质工程发展到能带工程。出现了以“电学特性和光学特性的剪裁”为特征的新范畴，使人类跨入到以量子效应为基础和低维结构为特征的固态量子器件和电路的新时代，并极有可能触发新的技术革命。半导体微电子和光电子材料已成为21世纪信息社会的二大支柱高技术产业的基础材料。它的发展对高速计算、大容量信息通信、存储、处理、电子对抗、武器装备的微型化与智能化和国民经济的发展以及国家的安全等都具有非常重要的意义。一、几种重要的半导体材料的发展现状与趋势 1.硅单晶材料硅单晶材料是现代半导体器件、集成电路和微电子工业的基础。目前微电子的器件和电路，其中有90％到95％都是用硅材料来制作的。那么随着硅单晶材料的进一步发展，还存在着一些问题亟待解决。硅单晶材料是从石英的坩埚里面拉出来的，它用石墨作为加热器。所以，来自石英里的二氧化硅中氧以及加热器的碳的污染，使硅材料里面包含着大量的过饱和氧和碳杂质。过饱和氧的污染，随着硅单晶直径的增大，长度的加长，它的分布也变得不均匀；这就是说材料的均匀性就会遇到问题。杂质和缺陷分布的不均匀，会使硅材料在进一步提高电路集成度应用的时候遇到困难。特别是过饱和的氧，在器件和电路的制作过程中，它要发生沉淀，沉淀时的体积要增大，会导致缺陷产生，这将直接影响器件和电路的性能。因此，为了克服这个困难，满足超大规模集成电路的集成度的进一步提高，人们不得不采用硅外延片，就是说在硅的衬底上外延生长的硅薄膜。这样，可以有效地避免氧和碳等杂质的污染，同时也会提高材料的纯度以及掺杂的均匀性。利用外延方法，还可以获得界面非常陡、过渡区非常窄的结，这样对功率器件的研制和集成电路集成度进一步提高都是非常有好处的。这种材料现在的研究现状是6英寸的硅外延片已用于工业的生产，8英寸的硅外延片，也正在从实验室走向工业生产；更大直径的外延设备也正在研制过程中。除此之外，还有一些大功率器件，一些抗辐照的器件和电路等，也需要高纯区熔硅单晶。区熔硅单晶与直拉硅单晶拉制条件是不一样的，它在生长时，不与石英容器接触，材料的纯度可以很高；利用这种材料，采用中子掺杂的办法，制成N或P型材料，用于大功率器件及电路的研制，特别是在空间用的抗辐照器件和电路方面，它有着很好的应用前景。当然还有以硅材料为基础的SOI材料，也就是半导体/氧化物/绝缘体之意，这种材料在空间得到了广泛的应用。总之，从提高集成电路的成品率，降低成本来看的话，增大硅单晶的直径，仍然是一个大趋势；因为，只有材料的直径增大，电路的成本才会下降。我们知道硅技术有个摩尔定律，每隔18个月它的集成度就翻一番，它的价格就掉一半，价格下降是同硅的直径的增大密切相关的。在一个大圆片上跟一个小圆片上，工艺加工条件相同，但出的芯片数量则不同；所以说，增大硅的直径，仍然是硅单晶材料发展的一个大趋势。那我们从提高硅的

航空发动机原理复习题

发动机原理部分进气道 1.进气道的功用：在各种状态下, 将足够量的空气, 以最小的流动损失, 顺利地引入压气机; 2.涡轮发动机进气道功能冲压恢复—尽可能多的恢复自由气流的总压并输入该压力到压气机。提供均匀的气流到压气机使压气机有效的工作.当压气机进口处的气流马赫数小于飞行马赫数时, 通过冲压压缩空气, 提高空气的压力 3.进气道类型：亚音进气道：扩张型、收敛型；超音速：内压式、外压式、混合式 4.冲压比：进气道出口处的总压与远前方气流静压的比值∏i=P1*/P0*。影响进气道冲压比的因素：流动损失、飞行速度、大气温度。 5.$ 6.空气流量：单位时间流入进气道的空气质量称为空气流量。影响因素:大气密度, 飞行速度、压气机的转速压气机 7.压气机功用：对流过它的空气进行压缩，提高空气的压力。供给发动机工作时所需要的压缩空气，也可以为坐舱增压、涡轮散热和其他发动机的起动提供压缩空气。8.压气机分类及其原理、特点和应用（1）离心式压气机：空气在工作叶轮内沿远离叶轮旋转中心的方向流动. （2）轴流式压气机：空气在工作叶轮内基本沿发动机的轴线方向流动. （3）混合式压气机： 9.阻尼台和宽叶片功用阻尼台：对于长叶片，为了避免发生危险的共振或颤振，在叶身中部带一个减振凸台。 < 宽弦叶片：大大改善叶片减振特性。与带减振凸台的窄弦风扇叶片比，具有流道面积大，喘振裕度宽，及效率高和减振性好的优点。 10.压气机喘振：是气流沿压气机轴向发生的低频率、高振幅的气流振荡现象。 11.喘振的表现: 发动机声音由尖锐转为低沉，出现强烈机械振动. 压气机出口压力和流量大幅度波动，出现发动机熄火. 发动机进口处有明显的气流吞吐现象，并伴有放炮声. 12.造成喘振的原因气流攻角过大，使气流在大多数叶片的叶背处发生分离。燃烧室 13.| 14.燃烧室的功用及有几种基本类型功用：用来将燃油中的化学能转变为热能，将压气机增压后的高压空气加热到涡轮前允许的温度，以便进入涡轮和排气装置内膨胀做功。分类：单管（多个单管）、环管和环形三种基本类型 15.简述燃烧室的主要要求点火可靠、燃烧稳定、燃烧完全、燃烧室出口温度场符合要求、压力损失小、尺寸小、重量轻、排气污染少 16.环形燃烧室的结构特点、优缺点结构特点：火焰筒和壳体都是同心环形结构，无需联焰管优点：与压气机配合获得最佳的气动设计，压力损失最小；空间利用率最高，迎风面积最小；可得到均匀的出口周向温度场；无需联焰管，点火时容易传焰。缺点：调试时需要大型气源；

对航空发动机研究和发展规律的认识

收稿日期:2001-07- 18 对航空发动机研究和发展规律的认识江和甫蔡毅斯永华 (中国燃气涡轮研究院成都#610500) 摘要:探讨了世界上航空发达国家航空发动机技术加速发展的态势。分析了我国航空动力技术预先研究的现状及存在的问题。加深了对航空发动机发展规律的认识。对如何振兴航空、动力先行,把我国航空发动机搞上去,走自主创新的发展道路提出了建议。关键词:航空发动机;研究;发展 Understanding the Law of aero -engine Research and Development JIANG He -fu &CAI Yi &SI Yong -hua (China Gas Turbine Establishment,Chengdu 610500)Abstract:T his paper discusses the accelerated developing trend of aero -eng ine technolog ies in developed countries.The present situation and existing problems in China aero -propulsion technology research have been introduced.A deeper understanding of the law of aero -engine development has been made.Also,suggestions to v italize China aviation industry w ith putting propulsion in the first place in a manner of /creating and acting on our ow n 0is put forward. Key words:aero -engine;research;development 1 引言航空发动机研制涉及众多专业的前沿技术成果,是一种属于多学科综合技术的/高科技产品0。世界上能研制飞机的国家很多,真正能独立研制先进航空发动机的只有美国、英国、法国、俄罗斯等四个国家。因此,它是一个国家科学技术水平和综合技术能力的标志,甚至是综合国力的象征。 2 现状分析世界上航空发达国家诸如美国等都十分重视航空动力技术的发展,倾注了巨大的人力、物力、财力,执行了一系列旨在促进航空动力技术进步的研究计划。如:美军方从20世纪50年代开始实施的航空推进技术探索发展计划以及70年代实施的先进战术战斗机发动机计划(ATFE );先进涡轮发动机燃气发生器计划(AT EGG)和飞机推进分系统综合计划。此外,NASA 在70年代末还实施了发动机部件改进计划,高效节能发动机计划(E 3),先进螺旋桨计划和发动机热端部件技术计划(HOST )。这些计划为各种先进军民用发动机提供了坚实的技术基础,并使美国达到了当今世界领先的水平,推出了一代又一代先进军民用发动机,跨上了一个又一个技术

浅析未来材料的发展趋势(1)

北京科技大学本科生学术报告题目：________________________ ________________________ 学院：________________________ 专业：________________________ 姓名：________________________ 学号：________________________ 指导教师签字：________________________ 年月日

目录近现代材料的发展历史和作用 (3) 材料发展历史 (3) 材料的地位和作用 (4) 材料发展分析 (5) 电子材料 (5) 新型战略性材料 (6) 美国材料战略和发展趋势简略分析 (7) 日本材料战略和发展趋势简略分析 (8) 欧盟材料战略简略分析 (10) 其他部分国家材料发展计划 (10) 我国新材料发展战略 (11) 总结 (13) 参考文献 (14)

浅析未来材料的发展趋势谢帅（北京科技大学，北京 2016）摘要：步入21世纪后，科技的发展速度变得十分迅速，每时每刻都可能有新的科技成果出现。在这科技爆炸的年代，身为理工人，了解自己学科的发展状况、预测自己未来的发展方向是十分重要的。身为材料专业的学生，如果能很好的预测出未来材料的可能重点发展方向，不仅能够为选专业提供参考，还能更好了解材料这个学科，让自己成为自己未来的“指路人”。，要对材料有较为深刻的认识。材料是人类文明的里程碑，首先，我通过了解材料发展历程和地位，认识材料对国家、世界乃至人类文明发展的重要性。由于国情不同，不同国家会有不同的发展重点。所以之后对美国、日本、欧盟等国家的材料战略和其重点领域进行了解及简略分析，得出这些国家的材料发展趋势。最后当然要了解我国材料领域的重点和国家的关于材料的发展规划，展望新材料领域发展趋势：复合材料、生物材料、纳米材料、制造材料的新工艺、新流程及结构与性能的新测试方法、材料表证和评价科学技术、材料设计与性能预测科学技术。关键词：新材料材料发展战略性材料近现代材料的发展历史和作用材料发展历史材料是人类文明的里程碑，对材料的认识和能力决定着社会的形态和人类生活的质量。在人类社会发展的历程中，可以发现很多阶段都是以材料为主要标志或是材料起主导作用，如远古的旧石器时期、新石器时代、陶瓷时代、青铜器时代、铁器时代，到近现代的煤炭时代、蒸汽机时代、水泥时代、钢铁时代、石油时代、电气与化工时代、半导体时代，以及发展中的复合材料、纳米材料、绿色环保材料等新时代材料（图1）[1]4图

半导体材料的发展现状与趋势

的制作过程中，它要发生沉淀，沉淀时的体积要增大，会导致缺陷产生，这将直接影响器件和电路的性能。因此，为了克服这个困难，满足超大规模集成电路的集成度的进一步提高，人们不得不采用硅外延片，就是说在硅的衬底上外延生长的硅薄膜。这样，可以有效地避免氧和碳等杂质的污染，同时也会提高材料的纯度以及掺杂的均匀性。利用外延方法，还可以获得界面非常陡、过渡区非常窄的结，这样对功率器件的研制和集成电路集成度进一步提高都是非常有好处的。这种材料现在的研究现状是6英寸的硅外延片已用于工业的生产，8英寸的硅外延片，也正在从实验室走向工业生产；更大直径的外延设备也正在研制过程中。除此之外，还有一些大功率器件，一些抗辐照的器件和电路等，也需要高纯区熔硅单晶。区熔硅单晶与直拉硅单晶拉制条件是不一样的，它在生长时，不与石英容器接触，材料的纯度可以很高；利用这种材料，采用中子掺杂的办法，制成N或P型材料，用于大功率器件及电路的研制，特别是在空间用的抗辐照器件和电路方面，

材料发展的回顾与展望未来

材料发展的回顾与展望未来摘要：回顾过去，人类的生活、生产和发展离不开材料。从人类早期发展到现在，材料的发展在人类发展史上占着不可或缺的地位。直到现代，人类的材料生产与制备技术已经相当成熟，各种新材料如雨后春笋般不断涌现。展望未来，材料依然将在人类社会的各个方面扮演重要角色。主要向半导体材料、结构材料、有机高分子材料等方向发展。关键词：材料，发展一、回顾材料发展历程材料是人类生活和生产的物质基础，是人类认识自然和改造自然的工具。人类文明曾被划分为旧石器时代、新石器时代、青铜器时代、铁器时代等，由此可见材料的发展对人类社会的影响——没有材料就是没有发展。人类诞生以前其实就有了材料，材料的历史与人类史一样久远，可能还要比之久远呢！在人类文明的进程中，材料大致经历了以下五个发展阶段，他们是 1．使用纯天然材料的初级阶段：旧石器时代,人类只能使用天然材料（如兽皮、甲骨、羽毛、树木、草叶、石块、泥土等），之后也都只是纯天然材料的简单加工而已。 2．人类单纯利用火制造材料的阶段：新石器时代、铜器时代和铁器时代，是人类利用火来对天然材料进行煅烧、冶炼和加工的时代，主要材料有：陶、铜和铁。 3．利用物理与化学原理合成材料的阶段：20世纪初，由于物理和化学等科学理论在材料技术中的应用，从而出现了材料科学。在此基础上，人类开始了人工合成材料的新阶段，主要材料：人工合成塑料、合成纤维及合成橡胶等合成高分子材料的出现，加上已有的金属材料和陶瓷材料（无机非金属材料）构成了现代材料（除合成高分子材料以外，人类也合成了一系列的合金材料和无机非金属材料。超导材料、半导体材料、光纤等材料都是这一阶段的杰出代表）。 4．材料的复合化阶段：20世纪50年代金属陶瓷的出现标志着复合材料时代的到来。人类已经可以利用新的物理、化学方法，根据实际需要设计独特性能的复合材料（只要是由两种不同的相组成的材料都可以称为复合材料）。 5．材料的智能化阶段：如形状记忆合金、光致变色玻璃等等都是近年研发的智能材料（自然界中的材料都具有自适应、自诊断合资修复的功能，而目前研制成功的智能材料还只是一种智能结构）。 20 世纪以来，物理、化学、力学、生物学等学科的研究和发展推动了对于物质结构、材料的物理化学和力学性能的深入认识和了解。同时，金属学、冶金学、工程陶瓷技术、高分子科学、半导体科学、复合材料科学以及纳米技术等学科的发展促进了各种新型材料的产生,并推进了对于材料的制备、生产工艺、结构、性能及其相互之间关系的研究，为材料的设计、制造、工艺优化和材料功能和性能的合理使用，提供了充分的科学依据。现代材料科学更注重于研究新型复合材料和纳米材料的制备和创新，对于设计具有不同性能要求的材料复合工艺和纳米态材料的凝聚过程，以及各类材料之间的相互渗透和交叉的性能以及综合性能的研究给予了更多的重视。现代材料科学的发展不仅与揭露材料本质及其演化

(新)半导体材料发展现状及趋势李霄 1111044081

序号：3 半导体材料的发展现状及趋势姓名：李霄学号：1111044081 班级：电科1103 科目：微电子设计导论二〇一三年12 月23 日

半导体材料的发展进展近况及趋向引言：随着全球科技的飞速发展成长，半导体材料在科技进展中的首要性毋庸置疑，半导体的发展进展历史很短，但半导体材料彻底改变了我们的生活，从半导体材料的发展历程、半导体材料的特性、半导体材料的种类、半导体材料的制备、半导体材料的发展。从中我们可以感悟到半导体材料的重要性关键词：半导体、半导体材料。一、半导体材料的进展历程 20世纪50年代，锗在半导体产业中占主导位置，但锗半导体器件的耐高温和辐射性能机能较差，到20世纪60年代后期逐步被硅材料代替。用硅制作的半导体器件，耐高温和抗辐射机能较好，非常适合制作大功率器件。因而，硅已经成为运用最多的一种半导体材料，现在的集成电路多半是用硅材料制作的。二是化合物半导体，它是由两种或者两种以上的元素化合而成的半导体材料。它的种类不少，主要的有砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、锑化铟(InSb)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、硫化镉(CdS)等。此中砷化镓是除了硅以外研讨最深切、运用最普遍的半导体材料。氮化镓可以与氮化铟（Eg＝1.9eV）、氮化铝（Eg＝6.2eV）构成合金InGaN、AlGaN，如许可以调制禁带宽度，进而调理发光管、激光管等的波长。三是非晶半导体。上面介绍的都是拥有晶格构造的半导体材料，在这些材料中原子布列拥有对称性和周期性。但是，一些不拥有长程有序的无定形固体也拥有显著的半导体特征。非晶半导体的种类繁多，大体上也可按晶态物质的归类方式来分类。从现在}研讨的深度来看，很有适用价值的非晶半导体材料首推氢化非晶硅（α－SiH）及其合金材料（α－SiC:H、α－SiN:H），可以用于低本钱太阳能电池和静电光敏感材料。非晶Se（α－Se）、硫系玻璃及氧化物玻璃等非晶半导体在传感器、开关电路及信息存储方面也有普遍的运用远景。四是有机半导体，比方芳香族有机化合物就拥有典范的半导体特征。有机半导体的电导特征研讨可能对于生物体内的基础物理历程研究起着重大推进作用，是半导体研讨的一个热点领域，此中有机发光二极管（OLED）的研讨尤为受到人们的看重。二、半导体材料的特性半导体材料是常温下导电性介于导电材料以及绝缘材料之间的一类功效材

我国航空发动机行业现状及发展趋势预测分析

2016年我国航空发动机行业现状及2017市场发展趋势预测分析中商情报网讯：近年来，我国已经形成较完整的航空发动机产业链和相应的生产布局。2011年我国整个航空发动机市场规模约为200亿元人民币，其中军用约占70%；民用约占30%，预计到2020年，我国航空发动机产业市场规模将突破千亿元大关。中国航空发动机市场规模及预测，2011年-2020年如下图所示：一、航空发动机整体情况航空发动机作为飞机动力源，是决定飞机性能的重要因素。航空发动机集中了机械制造行业几乎所有的高精尖技术，因此航空发动机技术水平的高低是一个国家工业实力的重要标志。目前世界上能制造飞机的国家很多，但是能独立研制航空发动机的只有美国、俄罗斯、英国、法国、中国等少数几个国家，而全球民用航空发动机市场基本被欧美企业垄断。航空发动机产业空间广阔，未来20年全球民用航空发动机市场规模将达到 14,360亿美元，军用航空发动机市场规模将达到4,300亿美元。二、航空发动机电子技术随着发动机测试技术和控制技术的快速发展，发动机系统已从传统的机械系统向机电系统发展，而且发动机电子技术所占比例不断提高。在航空发动机领域，以发动机参数采集器和发动机电子控制系统为代表的发动机电子系统的采用极大推动了发动机电子技术的发展。（一）发动机参数采集器基本情况发动机参数采集器属于发动机状态监视装置。这类设备主要进行发动机重要参数的采集、处理和存储，发动机气路参数趋势分析，发动使用寿命监视，发动机振动监视，发动机健康管理等。发动机参数采集器可以跟踪采集航空发动机运行中的工作状态和故障信息，并进行处理，分析出航空发动机部件的性能退化情况或者根据处理后的数据对故障进行诊断、分析故障原因、性质、部位及发展趋势，根据具体情况采取必要的维护措施。这类电子状态监视与故障诊断系统对航空发动机早期故障诊断征兆的及时发现与及时处理具有重要作用，可以避免相关事故的发生，保障飞行安全，同时还可以“视情维修”，大大节省维修成本与维修时间，对使用方和维修商都会带来明显的经济效益。目前国内外飞机都逐渐采用发动机参数采集器取代传统的发动机仪表，新飞机制造和老飞机改造产生了较大容量的市场。晨曦航空是国内率先研制发动机参数采集器的企业之一，是国内直升机发动机参数采集器最大供应商。（二）航空发动机电子控制领域基本情况

浅析建筑材料的发展历史及未来建筑材料的发展趋势

浅析建筑材料的发展历史及未来建筑材料的发展趋势摘要：建筑的发展是人类文明发展中的一个缩影，而建筑的发展依赖于建筑材料的进步，同时建筑材料也制约着建筑的发展。建筑材料的发展是随着社会科技的进步而不断发展的，不同时期有着不同的特征。进入十九世纪以后，建筑材料迎来了发展高峰，各种新型材料相继应用到具体工程，而未来材料将伴随科技进步发生更加深远的变迁。本文将从建筑材料发展历史的角度以及对现今材料发展方向的了解来预测未来建筑材料的发展趋势。关键词：建筑材料发展未来一、建筑材料的发展历史 1、相关概念材料是人类用于制造物品、器件、构造物、或其他产品所必须的物质建筑材料指构成土木工程的材料总和，用于建造各种构造物，建筑物或者与其相关的产品，它包括结构材料（如水泥、石材、木材、沙等）、装饰材料（如装饰玻璃、装饰涂料等）、维护材料以及各种功能材料（如保温、隔热、吸声材料等），细分还包括门窗材料、五金材料等。 2、19世纪之前建筑材料的发展自从我们的祖先开始定居，人类的建筑材料便有了最初的雏形。最早人类是利用自然中的天然材料进行建造活动的，如黏土、木材、石头等，而后有了古罗马建筑、古埃及建筑以及中国的宫廷建筑。当时人们在土木工程活动中所发明的一些建筑材料在现代建筑活动中仍广泛采用，例如石灰、石膏以及铜、铁等金属。先简单谈谈西方建筑材料的发展。西方的建筑史可以说就是西方的文明史，西方建筑的源头是古希腊建筑，公元前5世纪到公元前4世纪，古希腊建筑达到顶峰，其代表为雅典卫城及其神庙，后来古希腊文明被古罗马取代和继承，其代表为众多的宫殿、竞技场、神庙等。值得注意的是，无论是古希腊还是古罗马，都采用了自然界中来源广泛，强度较高，塑造性好的石材作为建筑的主要材料，尤其是雕刻艺术的发展，更加体现出石材作为天然建筑材料的优势。到了中世纪，西方建筑达到了历史以来的最高成就，哥特式建筑就是其中典型的例子，无一例外，这些建筑都是以石材作为主要材料，从而造就了严肃庄严雄伟的建筑风格。从现代的建筑观点来看，石材抗压能力很好，这也是西方建筑立式柱较多运用的缘故；石材的大量运用也有粘接材料的发展有极大关系，在早期西方人便开始用石膏作为粘结材料。中国建筑材料的发展显得更具多样性。原始社会晚期，在北方我们祖先用黄土凿壁穴居或者用木架和黏土制造出半穴居的建造物。在南方则出现了干栏式木构建筑。进入阶级社会以后，夯土技术逐渐成熟，商代出现了大量土制的宫殿建

2016新编航空发动机控制系统的研究目的与发展

2016新编航空发动机控制系统的研究目的与发展航空发动机控制系统的研究目的与发展目录 1.1(课题研究的目的和要求...................................................................... . (1) 1.2(航空发动机控制系统的发展...................................................................... (2) 1.2.1(经典控制理论和现代控制理论在发动机控制中的应用 (2) 1.2.2(航空推进系统机械液压式控制器和数字式电子控制器 (4) 1.2.3(航空推进系统各部分独立控制与综合控制 (6) 1.3.航空发动机控制系统的基本类型 ..................................................................... .. (6) 1.3.1.机械液压式控制系统 ..................................................................... . (7)

1.3. 2.数字式电子控制系统 ..................................................................... . (7) 1.1(课题研究的目的和要求航空发动机的工作过程是一个非常复杂的气动热力过程，随着环境条件和工作状态(如最大、巡航、加力及减速等)的变化，它要给飞机提供所需的时变推力和力矩，对这样一个复杂且多变的过程，如不加以控制，航空发动机是根本不能工作的。例如:某发动机在地面最大状态工作时，需油量是每小时2400kg;在15km高空、马赫数Ma为0.8时只有每小时500kg，需油量变化达5倍。若对供油量不加以控制，则发动机在飞机升高过程中，将发生严重的超温、超转，会使发动机严重损坏。因此，发动机控制的目的就是使其在任何环境条件和任何工作状态下都能稳定、可靠地运行，并且充分发挥其性能效益。概括来说，航空发动机对控制的基本要求有: (1) 在各种工作状态及飞行条件下，能最大限度地发挥动力装置的潜力，能有效的使用动力装置，以满足飞机 1 航空发动机控制系统的研究目的与发展对动力装置的要求。具体来说，就是在最大状态下，要能发出最大推力，以满足飞机起飞、爬高的要求; 在巡航状态下，耗油率要小，以满足经济性要求(即飞机的航程要大);慢车状态时则要求转速尽可能的小，但又能保证发动机连续稳定的工作。 (2) 过渡过程(启动、加速、减速、加力启动等)的调节时间尽可能地短，但又要保证动力装置能稳定、可靠

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