碳化硅纖維
　　碳化硅（SiC）纖維是一種新型的高精尖材料，上世紀(jì)60年代初，日本開始研發(fā)這種材料，大約10年后日本科學(xué)家矢島首次制得這種纖維。目前，可商業(yè)化生產(chǎn)這種材料的只有日本宇部興產(chǎn)公司和日本碳精電極公司，美國通用電氣公司（GE）從日本進(jìn)口的這類材料制造新一代的最新型發(fā)動機(jī)GEGX的主要零部件。還用這種纖維增強(qiáng)的塑料基復(fù)合材料（CFRP）制造飛機(jī)機(jī)體的主翼和機(jī)身結(jié)構(gòu)件，過去這類構(gòu)件是用2XXX系及7XXX系高強(qiáng)度鋁合金制造的。歐洲空客公司（Air Bus）和美國波音飛機(jī)公司（Boing）的最新款大中型客機(jī)的機(jī)體已有超過50%的結(jié)構(gòu)件用的CFRP，而其中的70%以上是日本生產(chǎn)的。
　　當(dāng)下，多數(shù)航空發(fā)動機(jī)葉片是用鎳基高溫合金生產(chǎn)的，鎳的密度高，為9.0g/cm3，鎳基高溫合金的密度大都在9.0g/cm3以上，比碳化硅纖維的大得多，同時它的高溫性能也遠(yuǎn)不如SiC。鎳基高溫合金葉片在工作時必須以空氣冷卻，否則，就不能正常工作，使用SiC纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料葉片就不存在此類問題，可長期正常使用，而且在保證發(fā)動機(jī)安全方面起著至關(guān)重要作用。發(fā)動機(jī)葉片復(fù)合材料不是鋁基的，而是以SiC增強(qiáng)的陶瓷基材料，美國通用發(fā)動機(jī)公司已用這種材料制造最新型發(fā)動機(jī)GE9X的零部件。波音飛機(jī)公司將用這款發(fā)動機(jī)裝備下一代大型客機(jī)777X。
　　SiC是一種低密度的高溫材料，日本企業(yè)可生產(chǎn)直徑8μm~140μm的纖維，它們的密度為2.14g/cm3~3.1g/cm3，抗拉強(qiáng)度Rm為2.3GN/m2~3.5GN/m2，正彈性模量E=20GN/m2~400GN/m2。用SiC纖維的陶瓷基復(fù)合材料的密度當(dāng)在3.5g/cm3左右或更低一些。
　　國際民航組織（ICAO）制定的2021年后國際航線飛機(jī)不得增加排量等規(guī)定，使得降低航空器油耗成為迫在眉捷的當(dāng)務(wù)之急，因此采用復(fù)合材料制造飛機(jī)結(jié)構(gòu)和發(fā)動機(jī)零部件是必由之路。長期以來，采用鎳基高溫合金制造的渦輪葉片等四種零件若改用SiC纖維增強(qiáng)的陶瓷基復(fù)合材料制造，用鋁基或塑料基復(fù)合材料制造某些結(jié)構(gòu)件，以及在飛機(jī)整體設(shè)計(jì)方面作一些調(diào)整，GE9X的耗油量就可以輕松地下降約10%。
　　中國怎么辦
　　據(jù)波音飛機(jī)公司的預(yù)測，2035年也就是20年后，全世界對國際航線客機(jī)需求量可達(dá)3.83萬架，比全球2015年擁有的總和2.13萬架多80%，民航大客機(jī)進(jìn)入了穩(wěn)定的高速發(fā)展期，平均約2000架/年，如果每架裝備4臺發(fā)動機(jī)，那么每年對發(fā)動機(jī)的需求就高達(dá)4000臺。在此背景下，日本的兩家碳化硅纖維企業(yè)決定大幅度提高產(chǎn)量，以滿足日益提高的市場需求。
　　宇部興產(chǎn)公司在山口縣宇部市有一個碳化纖維中間試驗(yàn)廠，生產(chǎn)能力10噸/年，該公司2016年8月決定投資五六十億日元，將中間試驗(yàn)廠提升為世界最大的碳化硅纖維廠之一，生產(chǎn)能力在2025年以前上升到200噸/年，為現(xiàn)有產(chǎn)能的20倍，實(shí)現(xiàn)年平均銷售額50億日元，平均售價0.25億日元/噸。
　　碳精電極公司的碳化硅纖維廠位于富山市，原有生產(chǎn)能力僅1噸/年，2015年進(jìn)行了大規(guī)模擴(kuò)建，2016年10月完成，工廠總產(chǎn)能躍升至10噸/年。另外，該公司還將參股通用電氣公司計(jì)劃建設(shè)碳化纖維項(xiàng)目，此項(xiàng)目可于2019年在美國建設(shè)，生產(chǎn)能力大于100噸/年。
　　中國現(xiàn)在需要的客機(jī)與軍機(jī)發(fā)動機(jī)都是從美國、英國、法國與俄羅斯等進(jìn)口的，中國已進(jìn)入航空航天器持續(xù)高速發(fā)展期，并于2016年組建了中國航空發(fā)動機(jī)集團(tuán)，再過幾年，國產(chǎn)發(fā)動機(jī)就可以裝上國產(chǎn)大飛機(jī)，但是制造發(fā)動機(jī)用的高溫復(fù)合材料還不能生產(chǎn)，同時這些材料不是一兩年就生產(chǎn)出來的，是一類真正的高精尖材料，必須有很強(qiáng)大的研發(fā)能力與成套的精細(xì)裝備。中國鋁工業(yè)必須為航空發(fā)動機(jī)提供充足的高端葉片復(fù)合材料，在航空航天復(fù)合材料中，此種材料的生產(chǎn)難度最大，技術(shù)含量最高。希望以航空航天器鋁材為主導(dǎo)產(chǎn)品之一的企業(yè)如中鋁公司、魏橋鋁電公司、南山集團(tuán)、中國忠旺控股有限公事等組建復(fù)合材料研究所，并將碳化硅纖維作為頭號產(chǎn)品，力爭2020年前能批量生產(chǎn)葉片碳化硅纖維增強(qiáng)的陶瓷基復(fù)合材料。
　　制造渦輪葉片還需要耐高溫、耐磨、耐腐蝕的鈦合金、鋯合金、鉿合金，但是鋯、鉿屬共生于礦物，從鋯礦石中分離與提取純鋯與鉿是一個世界性技術(shù)難題?？墒沁@一難題被上海哈峰新材料科技有限公司董事長、哈峰新材料科技江蘇有限公司朱興峰解決了，并于2013年12月12日以自己的名義申報了一項(xiàng)在航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域具有創(chuàng)新革命性意義的新技術(shù)專利——“氧化鋯/氧化鉿混合物的火法分離方法”，于2015年10月28日獲得國家發(fā)明專利證書。
　　現(xiàn)在他正在江蘇啟東呂四港建一個世界最大的鋯鉿生產(chǎn)基地，占地227萬m2，總投資100億元，首期投資20億元，生產(chǎn)能力20萬噸/年核級鋯、3000噸/年核級鉿，而全球鉿2015年的生產(chǎn)能力還不到300噸/年。
　　中國大圓航空發(fā)動機(jī)制造強(qiáng)國夢指日可待了！
　　南京理工大海陸空材料評價與設(shè)計(jì)教育部工程研究中心陳光教授團(tuán)隊(duì)在新型航空航天發(fā)動機(jī)葉片材料TiAl合金方面于2015年取得重大跨越性突破，所制備的PST TiAl單晶室溫抗拉強(qiáng)度Rm=978N/mm2、屈服強(qiáng)度Rp0.2=708N/mm2，伸長率A=6.9%，更難能可貴的是它在900℃的屈服強(qiáng)度Rp0.2=637N/mm2，并具有優(yōu)異的抗蠕變性能，比目前美國應(yīng)用于GEnx發(fā)動機(jī)的4822合金的高1~2個數(shù)量級。TiAl材料的研制成功是我們國家和民族的驕傲與自豪。
　　中國在發(fā)展航空發(fā)動機(jī)葉片方面不妨既發(fā)展碳化硅SiC又發(fā)展TiAl合金，兩強(qiáng)競爭，優(yōu)者為勝。
　　十多家碳纖維企業(yè)可否聯(lián)合起來
　　當(dāng)今世界上建成真正航空工業(yè)體系的國家只有美國與俄羅斯，法國與英國也不能算有完整航空工業(yè)體系的國家，主要?dú)W洲國家必須聯(lián)合起來才能形成維持一個完整的航空工業(yè)，其他國家如加拿大、巴西等只不過是美國、俄羅斯、歐洲航空工業(yè)系統(tǒng)里的配角。不過，隨著殲20重型戰(zhàn)斗機(jī)的批量生產(chǎn)，使中國航空工業(yè)成為世界航空產(chǎn)業(yè)的一匹黑馬，成為世界航空工業(yè)第四大，然而，我們的航空工業(yè)畢竟還年輕，在不少方面還與他們有一些差距。以飛機(jī)復(fù)合材料中的碳纖維來說，是制造第4代戰(zhàn)機(jī)（殲20）所必需的，但尚未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，如T800級的高精碳纖維，江蘇航空材料科技有限公司的產(chǎn)量還只有100千克/摩左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要，而且產(chǎn)品性能也不完全令人滿意。正如業(yè)內(nèi)專家鄧濤所言，國內(nèi)十?dāng)?shù)家碳纖維生產(chǎn)廠家，群雄并起，看似熱鬧，實(shí)際上大部分并未掌握核心技術(shù)，要么是關(guān)鍵設(shè)備或材料需要進(jìn)口，要么是工藝還未過關(guān)或控制不嚴(yán)，所以碳纖維生產(chǎn)長期徘徊在“能做出來，就是做不好；能做好，就是貴”的尷尬局面中。這僅是我國航空材料現(xiàn)狀的一個縮影。