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    中國新型碳纖維材料打破國外封鎖 已應用于WS15航發

    來源:中國粉末冶金商務網 2018-09-21 09:05中國投資咨詢網 A-A+

      日前,據國內媒體披露,投資數億元的國內首條第二代10噸級連續碳化硅纖維工程生產線,已于2017年在浙江寧波民營企業眾興新材料科技有限公司正式投產,這也是既江蘇省民營企業蘇州賽力菲陶纖新材料有限公司,年產10噸級第一代SiC纖維于2016年投入生產后,國內公開報道的第二條連續碳化硅纖維工程生產線。公開資料稱,這兩條生產線都是由國防科學技術大學轉讓技術和現場技術深度參與,而眾興新材料科技有限公司更是由來自國防科學技術大學的資深SiC纖維研發專家教授擔任總工程師,僅僅花費15個月,這條年產10噸的生產流水線就順利投產,而蘇州賽力菲第一代連續碳化硅纖維生產線投資達22億元,花費了30個月時間才于2016年投產。

      據資料披露,第二代連續碳化硅纖維生產線經改一定改進后年產量可超20噸。廠房內還預留了3條生產線的空間,全部投產后年產量將達80噸至100噸。另據國內公開資料披露,國內除了國防科大轉移技術的上述兩家公司外,由某大學轉移技術,投入工程化生產的公司還有一家:廈門的火炬電子公司。據資料披露,2018年火炬電子已經建成3條連續碳化硅纖維生產線,合計產能5噸;另外三條生產線正在建設之中,預計2019年投產。連續碳化硅纖維是國防高科技戰略材料,也是巴黎統籌會禁運軍事敏感物資,作為一種新型的戰略性材料,它不僅能大幅度提高現有武器裝備的性能,而且成為發展未來武器裝備關鍵高溫結構材料,也是核聚變能源、高速剎車、燃氣輪機的高溫熱端材料和高溫過濾、熱交換材料。

      第二代連續碳化硅纖維具有耐高溫、抗氧化、高強度和低密度等優點,可在1200攝氏度以上高溫氧化氣氛中使用。相比用于渦扇-10發動機熱端的鎳基高溫合金材料,其工作溫度可提高200攝氏度以上,結構減重達30%。在眾興新材料科技有限公司的公開宣稱資料中,首次披露了我國第二代連續碳化硅纖維在我國航空發動機上的一些應用情況。公開資料稱,以國防科技大學第二代連續碳化硅纖維為增強體制備的(可能為渦扇-15)發動機熱端復合材料渦輪轉子葉片和導向器葉片在國內首次通過發動機裝機考核,考核后結構完整,無損傷。與基耐高溫金屬相比,渦輪轉子葉片減重達72%,導向器葉片減重58%。采用同樣材料,目前正在進行整機考核的部件還有用于發動機熱端的燃燒室襯套,碳化硅陶瓷基復合材料整體渦輪葉盤(推比15一級發動機關鍵部件),XX(殲-20A狀態使用所謂渦扇10D)發動機隱身噴管等。

      目前,已正式通過考核,批量應用的第一個產品是復合材料矢量尾噴管調節密封片,分別在800、900、1000、1100和1200℃時經過288小時的高溫試驗后仍然具有良好的使用強度,而發動機打開加力時尾噴管的尾流最高溫度一般不超過1200℃,這也意味著我國推力矢量發動機技術已基本成熟,可大批量應用在渦扇-10,渦扇-15發動機上。在采用國產碳化硅纖維復合材料矢量尾噴管調節片后,不僅發動機增重極少,其使用壽命也超過了蘇-35的117S發動機矢量尾噴管。據稱117S發動機矢量尾噴管壽命僅為200小時,而印度的蘇-30MKI的AL-31FP推力矢量發動機尾噴管壽命僅為50到100小時,后勤人員疲于奔命。值得一提的是,國防科大的科研人員還首創了碳化硅復合材料修復再制造技術。復合材料構件服役過程中,經常會受到高溫氣流或粒子沖刷等機械力的作用,材料易產生孔洞、裂紋、孔隙等缺陷,造成構件不能繼續使用。

      但是通常材料上產生缺陷的部位往往只是構件承受使用條件最嚴酷(如溫度最高、粒子沖刷最嚴重或作用力最大)的部位,缺陷所占的區域只是整個構件的一部分,甚至是很小的一部分。目前碳化硅復合材料構件一旦產生缺陷,一般是進行廢棄處理,不能繼續使用。而從新聞報道可知,其生產線投入達數億甚至數十億元,而其產量不超過10噸,如果只能一次性使用,其使用成本是極為昂貴的,特別是第二代碳化硅纖維材料,公開資料稱其生產成本每千克高達近10萬元,因此碳化硅纖維復合材料的修復研究工作就顯得非常重要。該技術不僅使材料表面的破損得到完整修復,而且原料易得,工藝控制簡便,有望大大降低碳化硅纖維復合材料的使用成本。目前,性能更好的第三代連續碳化硅陶瓷纖維量產已提上議事日程,隨著推比15發動機研制的不斷成熟,在不久的將來,必將大有其用武之地。

    關鍵詞:碳纖維 WS15航發
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