Gentian karbida gentian silikon berprestasi tinggi baharu

Serat silikon karbida mempunyai kelebihan rintangan pengoksidaan suhu tinggi, kekerasan tinggi, kekuatan tinggi, kestabilan haba yang tinggi, rintangan kakisan dan ketumpatan rendah. Ia adalah salah satu aeroangkasa yang paling ideal tahan suhu tinggi, bahan penguat dan siluman. Ia juga mempunyai keratan rentas serapan Neutron yang kecil, jadi ia mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam penerbangan, aeroangkasa, tenaga nuklear dan bidang lain.

Nisbah tujahan kepada berat yang tinggi adalah matlamat yang sentiasa dikejar oleh enjin aeroangkasa maju. Apabila nisbah tujahan kepada berat enjin meningkat, suhu salur masuk turbin terus meningkat, dan sistem bahan aloi suhu tinggi sedia ada sukar untuk memenuhi keperluan enjin aeroangkasa termaju. Sebagai contoh, suhu masuk turbin enjin sedia ada dengan nisbah tujahan kepada berat 10 telah mencapai 1500°C, dan purata suhu masuk turbin enjin dengan nisbah tujahan kepada berat 12 hingga 15 akan melebihi 1800°C, yang jauh melebihi suhu penggunaan aloi suhu tinggi dan sebatian antara logam. Pada masa ini, suhu kerja bahan aloi suhu tinggi berasaskan nikel dengan rintangan haba terbaik hanya boleh mencapai kira-kira 1100°C. Suhu operasi SiCf/SiC boleh ditingkatkan kepada 1650°C, dan ia dianggap sebagai bahan komponen struktur hujung panas yang paling ideal bagi enjin aeroangkasa.

Di negara penerbangan maju seperti Eropah dan Amerika Syarikat, SiCf/SiC telah digunakan secara praktikal dan dihasilkan secara besar-besaran dalam bahagian statik enjin aero, termasuk M53-2, M88, M88-2, F100, F119, EJ200, F414, F110, F136 dan model lain. Enjin pesawat tentera/awam.

Walaupun negara saya telah menyenaraikan penyelidikan teknologi aplikasi komposit matriks seramik silikon karbida (CMC-SiC) sebagai kawasan pembangunan utama sejak 1980-an, dan pada Januari 2022, enjin aeroangkasa yang dibina oleh NPU menggunakan bahan komposit matriks seramik baharu domestik Cakera turbin integral berjaya menyelesaikan pengesahan ujian penerbangan pertamanya. Ini juga merupakan ujian penerbangan udara domestik pertama bagi platform pemasangan rotor komposit matriks seramik, menandakan satu lagi kejayaan penting dalam teknologi utama aeroengine kami. Walau bagaimanapun, setakat ini, skop permohonan dan masa penilaian kumulatif CMC-SiC di negara saya adalah sangat terhad, dan terdapat jurang yang besar dengan penyelidikan aplikasi kejuruteraan asing.

Dengan perkembangan pesat teknologi radio moden dan sistem pengesanan radar, teknologi siluman, sebagai cara yang berkesan untuk meningkatkan kebolehmandirian dan keupayaan penembusan sistem senjata, terutamanya keupayaan serangan dalam, telah menjadi topik hangat di kalangan kuasa tentera yang bersaing untuk persenjataan berteknologi tinggi. Penggunaan teknologi bahan siluman pada masa ini merupakan cara siluman radar yang paling berkesan dan boleh dilaksanakan. Untuk bahan siluman yang digunakan dalam persekitaran khas, selain mengurangkan keadaan asas seperti kebolehkesanan, bahan tersebut juga dikehendaki mempunyai kestabilan terma yang baik dan rintangan kakisan. Sebagai contoh, muncung ekor enjin, tepi sayap dan bahagian lain pejuang siluman terbang berkelajuan tinggi akan menghadapi ujian pengoksidaan suhu tinggi dan impak suhu tinggi dan rendah yang berulang. SiCf/SiC bukan sahaja mempunyai sifat mekanikal yang sangat baik, rintangan pengoksidaan dan hayat perkhidmatan suhu tinggi yang lebih lama, tetapi juga mempunyai sifat menyerap gelombang yang baik, yang memenuhi keperluan bahagian senjata dan peralatan suhu tinggi seperti permukaan pesawat supersonik, muncung ekor enjin, dan hidung peluru berpandu jelajah. Keperluan tersembunyi, prospek permohonan yang luas.

Dengan penekanan yang semakin meningkat terhadap isu keselamatan reaktor, hampir semua elemen pembakaran aloi zirkonium yang digunakan dalam loji janakuasa nuklear reaktor air komersil semasa telah dipertimbangkan semula, dan unsur bahan api baharu menggunakan silikon karbida sebagai bahan pelapis atau matriks telah menjadi tempat tumpuan penyelidikan baharu. Unsur bahan api ialah komponen teras reaktor nuklear, dan penunjuk prestasinya secara langsung mempengaruhi keselamatan dan ekonomi reaktor. SiCf mempunyai ciri-ciri yang sangat baik seperti kekuatan suhu tinggi, kekerasan yang tinggi, rintangan haus yang baik, rintangan kejutan haba yang baik, kekonduksian haba yang tinggi, rintangan pengoksidaan yang kuat dan rintangan kakisan kimia, dan keratan rentas penyerapan neutronnya yang kecil, sifat yang rendah Aktiviti dan haba pereputan menjadikannya sesuai untuk bidang reaktor nuklear, dan mempunyai prospek aplikasi yang baik dalam reaktor air dan garam cepat. reaktor.

Sepanjang 40 tahun yang lalu sejak kelahirannya, serat SiC telah berkembang pesat. Mengikut komposisi dan struktur gentian yang berbeza, ia boleh dibahagikan kepada gentian generasi pertama, kedua dan ketiga. Generasi pertama ialah gentian silikon karbida kandungan oksigen tinggi, dan generasi kedua ialah gentian silikon karbida dengan kandungan oksigen rendah dan karbon tinggi, generasi ketiga ialah gentian silikon karbida dengan nisbah stoikiometrik. Dalam proses pembangunan serat SiC, negara seperti Jepun dan Amerika Syarikat sentiasa mengambil inisiatif dalam persaingan.

Pada tahun 1980-an, negara kita menyedari bahawa gentian silikon karbida, sebagai bahan baharu, mempunyai potensi nilai aplikasi dalam bidang aeroangkasa, jadi ia bermula lebih awal, dirancang lebih awal, dan menganjurkan penyelidik saintifik yang berkaitan secara khusus dari Universiti Teknologi Pertahanan Nasional untuk menubuhkan kumpulan penyelidikan gentian SiC.

Selepas tahun 2000, negara saya memasuki peringkat penyelidikan aplikasi gentian SiC generasi pertama dan memulakan penyelidikan yang sukar dan pembangunan industri gentian SiC yang dibangunkan secara bebas.

Pada tahun 2005, dengan promosi Wilayah Jiangsu dan Kerajaan Perbandaran Suzhou, pembangunan perindustrian gentian karbida silikon berterusan tahan suhu tinggi telah dilaksanakan, dan pasukan penyelidikan saintifik yang kuat telah dibentuk. Melalui kerja keras dan penyelidikan dan pembangunan bebas, peralatan teras utama dibuat sendiri dan menjadi Ia adalah syarikat domestik pertama yang mencapai pengeluaran berterusan gentian silikon karbida, memecahkan sekatan teknikal yang telah lama wujud dan monopoli produk Jepun, Amerika Syarikat dan negara-negara lain pada jenis bahan sensitif ketenteraan ini.

Dalam 10 tahun yang lalu, pembangunan enjin aeroangkasa telah mengemukakan permintaan yang jelas untuk gentian SiC berterusan tahan suhu tinggi, yang secara langsung menggalakkan pembangunan teknologi kejuruteraan untuk gentian SiC generasi kedua dan ketiga.

Sebagai tindak balas kepada kekurangan kandungan oksigen tinggi gentian SiC generasi pertama, yang menghalang suhu penggunaan jangka panjang di udara daripada melebihi 1050°C, Universiti Teknologi Pertahanan Nasional melancarkan penyelidikan teknologi utama pada gentian SiC generasi kedua. Sambil mengekalkan kereaktifan polycarbosilane, dengan mengoptimumkan komposisi dan struktur polycarbosilane, kami telah membuat kejayaan dalam sintesis polikarbosilane takat lembut yang tinggi dengan kebolehputaran yang baik dan teknologi rawatan tidak lebur tanpa oksigen, dan mengoptimumkan proses pra-pembakaran dan pembakaran akhir. Menguasai teknologi penyediaan kejuruteraan gentian SiC berterusan generasi kedua dengan hak harta intelek bebas.

Dalam tempoh "Rancangan Lima Tahun Kedua Belas", sejumlah lebih daripada 600 kilogram gentian dan fabrik SiC berterusan generasi kedua telah disediakan kepada AVIC, Kumpulan Sains dan Teknologi Aeroangkasa dan unit pengguna lain, yang pada mulanya memenuhi permintaan mendesak untuk gentian SiC berterusan generasi kedua untuk enjin aeroangkasa termaju dan lain-lain.

Setakat ini, gentian SiC berterusan telah mencapai kemajuan yang besar dalam jenis produk, prestasi dan output, dan pada mulanya telah menembusi beberapa siri langkah sekatan asing yang mengenakan sekatan ke atas teknologi penyediaan, peralatan proses dan produk gentian SiC berterusan.

Untuk meningkatkan lagi prestasi suhu tinggi gentian SiC domestik, Universiti Teknologi Pertahanan Nasional telah melancarkan pembangunan gentian SiC generasi ketiga. Gentian generasi ketiga yang dibangunkan oleh Universiti Teknologi Pertahanan Nasional terutamanya termasuk KD-S dan KD-SA. Yang pertama digunakan terutamanya dalam bidang tenaga nuklear maju, dan yang kedua digunakan terutamanya dalam bahan struktur suhu tinggi. Gentian KD-S menggunakan kaedah pengkalsinan hidro untuk mengeluarkan karbon, mempunyai komposisi hampir stoikiometrik, dan mempunyai kekuatan tegangan lebih besar daripada 2.5GPa. Gentian KD-SA menggunakan laluan penyediaan yang serupa dengan gentian Tyranno SA. Polialuminokarbosilane prekursor disediakan daripada polikarbosilane berat molekul rendah dan aluminium acetylacetonate atau aluminium klorida. Gentian KD-SA telah mencapai kemajuan yang besar dan mempunyai kekuatan yang kuat. Lebih daripada 2.2GPa, modulus tegangan mencapai 380GPa. Di samping itu, untuk memenuhi permintaan bahan struktur stealth suhu tinggi, Universiti Teknologi Pertahanan Nasional juga telah menjalankan penyelidikan mengenai penyerapan gentian.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, banyak unit telah mula terlibat dalam penyelidikan dan pengeluaran gentian silikon karbida. Mereka juga telah membina platform peralatan penyelidikan perintis untuk gentian SiC berterusan dan membangunkan gentian SiC generasi kedua menggunakan teknologi pemautan silang sinaran sinar elektron. Kaedah pengurangan H2 digunakan untuk mengkaji penyediaan gentian dengan nisbah stoikiometri hampir menggunakan laluan penyediaan yang serupa dengan gentian Hi-Nicalon S Jepun. Sampel gentian SiC berterusan telah dihasilkan. Pada masa yang sama, laluan yang serupa dengan Tyranno SA juga digunakan untuk menyediakan gentian Si-Al-C. penerokaan awal.

Didorong oleh faedah sosial dan ekonomi gentian SiC berterusan, syarikat juga telah mula menyertai pembangunan gentian SiC berterusan dan membangunkan produk gentian SiC berterusan. Pada masa ini, pengeluaran gentian SiC berterusan generasi pertama pada tahap tan telah dicapai.

Dengan perkembangan pesat pemodenan pertahanan negara, kuasa ketenteraan dan teknologi persenjataan, gentian berprestasi tinggi telah berkembang pesat dalam pelbagai bidang. Sebagai wakil gentian berprestasi tinggi, gentian silikon karbida mempunyai rintangan suhu tinggi yang sangat baik, rintangan kakisan, Penyerapan gelombang telah mendapat perhatian yang meluas.

Walaupun kita telah disekat oleh teknologi selama beberapa dekad, mujurlah kita tidak pernah berputus asa mengejar. Pada masa ini, beberapa tahap teknologi penyediaan gentian silikon karbida negara saya hampir dengan tahap lanjutan antarabangsa, tetapi secara keseluruhan, masih terdapat jurang tertentu antara negara saya dan negara luar, terutamanya dalam merealisasikan pengeluaran perindustrian. Gentian silikon karbida ialah bahan rizab strategik nasional yang baharu, dan negara ini sedang meningkatkan penggunaan dan pelaburan. Adalah dipercayai bahawa dalam masa terdekat, negara kita akan secara beransur-ansur menguasai teknologi teras gentian silikon karbida dan merealisasikan pengeluaran industri gentian silikon karbida.