碳化硅陶瓷基復合材料行業(yè)深度報告:航空航天材料下一個藍海
日期：2016-10-11
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1)為了提高航空發(fā)動機的推重比和降低燃料消耗,根本的措施是提高發(fā)動機的渦輪進口溫度。而渦輪前溫度與航空發(fā)動機熱端部件材料的高允許工作溫度直接相關。陶瓷基復合材料是21世紀中可替代高溫合金的發(fā)動機熱端結構選材料。
2)20世紀80年代,法國率先研制出SiC/SiC陶瓷基復合材料,并成功應用于M88-2發(fā)動機和F100型發(fā)動機。法國賽峰集團設計的陶瓷基復合材料(CMC)尾噴口在2015年6月16日搭載在CFM56-5B發(fā)動機上完成了次商業(yè)飛行。CFM公司針對單通道客機的新一代發(fā)動機LEAP-X預計于2016年投放市場。
3)GE公司預測:2013-2023年航空發(fā)動機市場對CMC的需求將遞增10倍。2013年6月GE投資1.25億美金建設1.16萬m2的生產(chǎn)基地。為確保高端SiC纖維的供應,2012年4月GE還攜手SNECMA對外發(fā)布,將聯(lián)合日本碳素公司合資成立NGS公司,生產(chǎn)和銷售“Nicalon”品牌SiC連續(xù)纖維。GE正努力將CMC應用到發(fā)動機的各種部件,預計到2016~2018年間將日產(chǎn)800個CMC成品部件。CFM準備從2016年開始由CFM56的生產(chǎn)逐漸過渡到LEAP-X發(fā)動機,到2020年實現(xiàn)年產(chǎn)1700臺發(fā)動機。為實現(xiàn)這一產(chǎn)能需求,計劃投資7.5億美元,在美國密西西比州埃利斯維爾新建和擴建廠房,總面積擴至139350m2,用于量產(chǎn)CMC材料部件。
4)SiC纖維位于SiC/SiC陶瓷基復合材料的上游,是整個產(chǎn)業(yè)鏈至關重要的一環(huán)。目前上僅日本和美國能批量提供通用級和商品級的SiC纖維,已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)能達百噸級的僅有日本碳公司和日本宇部興產(chǎn)株式會社。根據(jù)纖維組成、結構及性能的發(fā)展變化過程,先驅體法制備的SiC纖維可分為三代,代為高氧碳SiC纖維,第二代為低氧高碳含量SiC纖維,第三代為近化學比SiC纖維。
5)我國從20世紀80年代開始,就有張立同院士領導的西北工業(yè)大學研發(fā)團隊,以及中航工業(yè)復材中心、航天材料及工藝研究所、國防科大、中科院硅酸鹽研究所等單位先后跟蹤國際前沿啟動研發(fā)工作。我國研究SiC纖維的主要單位有國防科技大學、廈門大學等,并取得了卓有成效的成果;蘇州賽力菲陶纖有限公司是我成功實現(xiàn)連續(xù)SiC纖維產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的企業(yè)。目前國內已經(jīng)突破第二代SiC纖維和SiC/SiC復合材料研制關鍵技術,具備了構件研制和小批量生產(chǎn)能力,但在工程產(chǎn)業(yè)化方面與西方發(fā)達尚存在明顯差距。
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