近日中國電科二所對外透露或怜,他們在大直徑碳化硅(SIC)單晶生長研究之中取得突破潘懊,實現(xiàn)了高線度SIC粉批量生產(chǎn)线婚,標志著中國在這個材料領域取得了長足進展狼电。
SIC單晶被認為是運用最廣泛新型材料之一蜒灰,它最大特點就是性能穩(wěn)定,耐熱哥钉、耐磨性能都非常好蜗原,讓這種材料在機械、電子等領域有著廣泛用途峦铲,是國防建設和國民經(jīng)濟急需的關鍵材料之一嗤锯。
SIC材料最讓人關心的用途就是在發(fā)動機上運用,尤其是航空發(fā)動機筑轻,航空發(fā)動機設計要求就是用更輕重量钉栈,提供更大的推力,實現(xiàn)這個目標提高發(fā)動機工作溫度具雹,也就是我們經(jīng)常聽到的渦輪前溫度滥庭,不過提高渦輪前溫度意味著材料要具備更好耐高溫性能,這樣就會降低對發(fā)動機冷卻要求衔系,簡化發(fā)動機結構惦鄙,降低重量,一般認為發(fā)動機重量1公斤鹊获,飛機重量會降低3公斤喧久,如果材料不過關,就需要采用復雜冷卻手段刹碾,結果就是發(fā)動機結構會更加復雜燥撞,重量增加,發(fā)動機重量增加又會導致飛機重量進一步上升迷帜,高溫材料對于發(fā)動機和飛機貢獻可想而知物舒。
從國內(nèi)外航空發(fā)動機研究進展來看,金屬高溫材料已經(jīng)趨近極限戏锹,未來發(fā)展重點就是陶瓷基復合材料(CMC)冠胯,CMC材料利用纖維韌性彌補陶瓷材料易碎的缺點火诸,前面說過SIC材料具備優(yōu)秀耐高溫、耐磨等方面性能荠察,所以陶瓷基復合材料之中又SIC材料最受關注置蜀,目前國外已經(jīng)在航空發(fā)動機上面運用CMC材料,例如新一代LEAP渦扇發(fā)動機就采用了CMC材料悉盆,從而讓發(fā)動機重量降低數(shù)百公斤盯荤,進而讓飛機減少結構重量接近1噸,極大改善了飛機經(jīng)濟性能焕盟,可以說效果顯著秋秤,國內(nèi)也在此領域開展了跟蹤研究,完成了基于CMC材料的渦輪葉片铣飘,并且進行了地面試車纷辈,從相關資料來看,基于CMC材料的渦輪葉片與金屬渦輪葉片相比卤酬,重量降低70%左右膛躁,可以讓發(fā)動機性能得到有效提高。
除了發(fā)動機葉片之外睛至,CMC材料還可以用于發(fā)動機其他部件特奇,例如燃料室、尾噴口等等治部,還可以鋪設在飛行器表面剧么,作為耐熱層,防止氣動加熱引起機體溫度升高對飛機結構造成不利影響沧蛉。
SIC運用領域不僅僅局限在機械領域苫治,還在半導體領域有廣泛用途,傳統(tǒng)硅基(SI)材料耐高溫性能較差蟀思,一般認為SI基集成電路工作溫度不能超過250度零院,這樣就限制器件工作必,隨著電子設備性能要求提高村刨,對于設備功率告抄、電壓、環(huán)境等方面性能要求也越來越高嵌牺,而SIC材料性能要比SI材料好的多打洼,例如耐電壓是后者10倍,碳化硅的能帶間隔為硅的2.8倍(寬禁帶)逆粹,達到3.09電子伏特募疮。其絕緣擊穿場強為硅的5.3倍,其導熱率是硅的3.3倍,因此更加適合制作抗輻射阿浓、高頻他嚷、大功率和高密度集成的電子器件。有消息說美國福特級變電系統(tǒng)就采用SIC基器件芭毙,從而設備體積和重量降低50%左右筋蓖。
綜上所述我們可以看到,中國相關單位在SIC材料取得突破遇冶,為國產(chǎn)發(fā)動機材又、電子設備性能提高打下了堅實基礎枫须,從而為國產(chǎn)武器裝備研制提供了有力支撐和保障涧智。
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