第一章航空材料高溫性能概述第二章鎳基高溫合金的性能特性第三章鈦合金的高溫性能研究第四章高溫陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用與挑戰(zhàn)第五章高溫防護(hù)涂層技術(shù)第六章高溫性能的未來展望01第一章航空材料高溫性能概述航空材料高溫性能的重要性高溫性能對(duì)飛行器壽命的影響如渦輪葉片壽命、發(fā)動(dòng)機(jī)壽命等高溫性能對(duì)飛行器成本的影響如材料成本、維護(hù)成本等高溫環(huán)境下材料性能變化顯著以鈦合金為例，其在600K時(shí)強(qiáng)度下降約30%高溫性能不足可能導(dǎo)致嚴(yán)重事故如發(fā)動(dòng)機(jī)失效、結(jié)構(gòu)完整性下降等高溫性能測(cè)試的重要性如高溫拉伸試驗(yàn)、高溫蠕變?cè)囼?yàn)等高溫性能對(duì)材料選擇的影響如鎳基高溫合金、鈦合金等高溫性能的關(guān)鍵指標(biāo)熱疲勞性能材料在反復(fù)熱循環(huán)下抵抗裂紋擴(kuò)展的能力氧化行為如Inconel625在800K時(shí)生成致密氧化膜高溫性能測(cè)試方法高溫X射線衍射分析分析材料相結(jié)構(gòu)變化高溫差示掃描量熱分析分析材料熱穩(wěn)定性高溫?zé)釞C(jī)械分析分析材料熱機(jī)械性能高溫疲勞試驗(yàn)在高溫下測(cè)試材料疲勞壽命高溫硬度試驗(yàn)在高溫下測(cè)試材料硬度變化高溫顯微鏡分析觀察材料微觀結(jié)構(gòu)變化高溫性能影響因素環(huán)境因素氧分壓影響氧化速率熱處理工藝如固溶處理、時(shí)效處理等02第二章鎳基高溫合金的性能特性鎳基高溫合金的應(yīng)用場(chǎng)景中國(guó)C919發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤采用鎳基合金DD6，在700K時(shí)強(qiáng)度達(dá)1500MPaGE90發(fā)動(dòng)機(jī)熱障涂層采用MCrAlY+YSZ多層涂層，熱障效率達(dá)40%空客A350發(fā)動(dòng)機(jī)熱障涂層采用ZrB?/SiC涂層，熱障效率達(dá)35%中國(guó)C919發(fā)動(dòng)機(jī)熱障涂層采用Al?O?-Nd?O?涂層，熱障效率達(dá)30%空客A350發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤采用鎳基合金IN718，在900K時(shí)抗蠕變性能優(yōu)異鎳基高溫合金的熱穩(wěn)定性耐腐蝕涂層如ZrB?/SiC涂層熱穩(wěn)定性對(duì)材料壽命的影響如渦輪葉片壽命、發(fā)動(dòng)機(jī)壽命等熱穩(wěn)定性對(duì)材料成本的影響如材料成本、維護(hù)成本等熱穩(wěn)定性對(duì)飛行器性能的影響如發(fā)動(dòng)機(jī)效率、燃油消耗等抗氧化涂層如MCrAlY+YSZ多層涂層鎳基高溫合金的力學(xué)性能熱疲勞性能鎳基合金在700K、1000次熱循環(huán)下的裂紋擴(kuò)展速率低于0.1mm/循環(huán)高溫拉伸試驗(yàn)在1500K下測(cè)試材料屈服強(qiáng)度鎳基高溫合金的微觀結(jié)構(gòu)優(yōu)化熱處理工藝合金元素溫度梯度如固溶處理、時(shí)效處理等如鈷(Co)、鎳(Ni)等如熱循環(huán)、熱沖擊等03第三章鈦合金的高溫性能研究鈦合金在航空領(lǐng)域的應(yīng)用鈦合金的應(yīng)用領(lǐng)域機(jī)身框架、起落架、尾翼前緣等鈦合金的性能優(yōu)勢(shì)強(qiáng)度、密度、耐腐蝕性等鈦合金的成本優(yōu)勢(shì)相比傳統(tǒng)材料，成本更低鈦合金的輕量化優(yōu)勢(shì)密度僅4.41g/cm3，比鋼輕45%鈦合金的耐腐蝕性在海洋環(huán)境下表現(xiàn)出優(yōu)異的耐腐蝕性鈦合金的耐高溫性在600K時(shí)強(qiáng)度仍保持1200MPa鈦合金的熱穩(wěn)定性耐腐蝕涂層如TiN涂層熱穩(wěn)定性對(duì)材料壽命的影響如渦輪葉片壽命、發(fā)動(dòng)機(jī)壽命等熱穩(wěn)定性對(duì)材料成本的影響如材料成本、維護(hù)成本等熱穩(wěn)定性對(duì)飛行器性能的影響如發(fā)動(dòng)機(jī)效率、燃油消耗等抗氧化涂層如Al?O?-Nd?O?涂層鈦合金的力學(xué)性能高溫拉伸試驗(yàn)高溫蠕變?cè)囼?yàn)高溫疲勞試驗(yàn)在600K下測(cè)試材料屈服強(qiáng)度在800K、50MPa下測(cè)試材料蠕變速率在高溫下測(cè)試材料疲勞壽命鈦合金的微觀結(jié)構(gòu)優(yōu)化溫度梯度如熱循環(huán)、熱沖擊等應(yīng)力狀態(tài)如拉伸應(yīng)力、彎曲應(yīng)力等腐蝕環(huán)境如酸性環(huán)境、堿性環(huán)境等輻照環(huán)境如中子輻照、伽馬輻照等合金元素如鈷(Co)、鎳(Ni)等04第四章高溫陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用與挑戰(zhàn)高溫陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用場(chǎng)景中國(guó)C919尾翼前緣采用SiC/SiC-CMCTiC復(fù)合材料，工作溫度達(dá)1000K高溫陶瓷基復(fù)合材料的輕量化優(yōu)勢(shì)密度僅3.2g/cm3，比鋁輕30%高溫陶瓷基復(fù)合材料的抗氧化性能耐腐蝕涂層如ZrB?/SiC涂層熱穩(wěn)定性對(duì)材料壽命的影響如渦輪葉片壽命、發(fā)動(dòng)機(jī)壽命等熱穩(wěn)定性對(duì)材料成本的影響如材料成本、維護(hù)成本等熱穩(wěn)定性對(duì)飛行器性能的影響如發(fā)動(dòng)機(jī)效率、燃油消耗等高溫陶瓷基復(fù)合材料的力學(xué)性能高溫硬度試驗(yàn)在高溫下測(cè)試材料硬度變化高溫顯微鏡分析觀察材料微觀結(jié)構(gòu)變化高溫X射線衍射分析分析材料相結(jié)構(gòu)變化高溫拉伸試驗(yàn)在1200K下測(cè)試材料屈服強(qiáng)度高溫蠕變?cè)囼?yàn)在1000K、50MPa下測(cè)試材料蠕變速率高溫疲勞試驗(yàn)在高溫下測(cè)試材料疲勞壽命高溫陶瓷基復(fù)合材料的制造與挑戰(zhàn)制造工藝SiC/SiC-CMCTiC的制造需經(jīng)歷粉末冶金、高溫?zé)Y(jié)等步驟制造挑戰(zhàn)高溫陶瓷基復(fù)合材料的熱脆性導(dǎo)致其在加工時(shí)易碎裂成本挑戰(zhàn)高溫陶瓷基復(fù)合材料的生產(chǎn)成本是金屬材料的10倍制造工藝高溫等離子噴涂技術(shù)可降低CTBC制造溫度200K制造挑戰(zhàn)高溫陶瓷基復(fù)合材料在高溫下易發(fā)生熱震成本挑戰(zhàn)高溫陶瓷基復(fù)合材料的生產(chǎn)成本是金屬材料的10倍05第五章高溫防護(hù)涂層技術(shù)高溫防護(hù)涂層的技術(shù)需求GE90發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片采用MCrAlY+YSZ多層涂層，熱障效率達(dá)40%空客A350發(fā)動(dòng)機(jī)噴管采用ZrB?/SiC涂層，熱障效率達(dá)35%中國(guó)C919尾翼前緣采用Al?O?-Nd?O?涂層，熱障效率達(dá)30%高溫防護(hù)涂層的應(yīng)用領(lǐng)域渦輪葉片、噴管、尾翼前緣等高溫防護(hù)涂層的性能優(yōu)勢(shì)強(qiáng)度、密度、耐高溫性等高溫防護(hù)涂層的成本優(yōu)勢(shì)相比傳統(tǒng)材料，成本更低MCrAlY高溫防護(hù)涂層的性能耐腐蝕涂層如ZrB?/SiC涂層熱穩(wěn)定性對(duì)材料壽命的影響如渦輪葉片壽命、發(fā)動(dòng)機(jī)壽命等熱穩(wěn)定性對(duì)材料成本的影響如材料成本、維護(hù)成本等熱穩(wěn)定性對(duì)飛行器性能的影響如發(fā)動(dòng)機(jī)效率、燃油消耗等抗氧化涂層如MCrAlY+YSZ多層涂層陶瓷熱障涂層(CTBC)的性能耐腐蝕涂層如ZrB?/SiC涂層熱穩(wěn)定性對(duì)材料壽命的影響如渦輪葉片壽命、發(fā)動(dòng)機(jī)壽命等熱穩(wěn)定性對(duì)材料成本的影響如材料成本、維護(hù)成本等熱穩(wěn)定性對(duì)飛行器性能的影響如發(fā)動(dòng)機(jī)效率、燃油消耗等抗氧化涂層如YSZ陶瓷涂層高溫防護(hù)涂層的未來發(fā)展方向新型涂層材料空客正在研發(fā)SiC-CMCTiC復(fù)合涂層，預(yù)計(jì)可提高熱障效率至50%智能涂層波音正在研發(fā)可主動(dòng)調(diào)節(jié)氧化膜的智能涂層制造工藝低溫等離子噴涂技術(shù)可降低CTBC制造溫度200K制造挑戰(zhàn)高溫陶瓷基復(fù)合材料在高溫下易發(fā)生熱震成本挑戰(zhàn)高溫陶瓷基復(fù)合材料的生產(chǎn)成本是金屬材料的10倍06第六章高溫性能的未來展望高溫材料的新興技術(shù)3D打印金屬3D打印可制造復(fù)雜高溫部件，中國(guó)航天2021年測(cè)試顯示，3D打印的鎳基合金葉片在1300K時(shí)強(qiáng)度達(dá)1200MPa高溫性能測(cè)試的新方法激光熱震測(cè)試可模擬發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的極端溫度變化高溫性能測(cè)試方法高溫氧化試驗(yàn)在900K的空氣環(huán)境中暴露100小時(shí)高溫疲勞試驗(yàn)在高溫下測(cè)試材料疲勞壽命高溫性能影響因素環(huán)境因素氧分壓影響氧化速率熱處理工藝如固溶處理、時(shí)效處理等高溫防護(hù)涂層技術(shù)GE90發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片采用MCrAlY+YSZ多層涂層，熱障效率達(dá)40%空客A350發(fā)動(dòng)機(jī)噴管采用ZrB?/SiC涂層，熱障效率達(dá)35%中國(guó)C919尾翼前緣采用Al?O?-Nd?