国产太行发动机

　　不起眼的SIC材料对于提高航空发动机性能至关重要

　　近日中国电科二所对外透露，他们在大直径碳化硅（SIC）单晶生长研究之中取得突破，实现了高线度SIC粉批量生产，标志着中国在这个材料领域取得了长足进展。

　　SIC单晶被认为是运用最广泛新型材料之一，它最大特点就是性能稳定，耐热、耐磨性能都非常好，让这种材料在机械、电子等领域有着广泛用途，是国防建设和国民经济急需的关键材料之一。

　　SIC材料最让人关心的用途就是在发动机上运用，尤其是航空发动机，航空发动机设计要求就是用更轻重量，提供更大的推力，实现这个目标提高发动机工作温度，也就是我们经常听到的涡轮前温度，不过提高涡轮前温度意味着材料要具备更好耐高温性能，这样就会降低对发动机冷却要求，简化发动机结构，降低重量，一般认为发动机重量1公斤，飞机重量会降低3公斤，如果材料不过关，就需要采用复杂冷却手段，结果就是发动机结构会更加复杂，重量增加，发动机重量增加又会导致飞机重量进一步上升，高温材料对于发动机和飞机贡献可想而知。

　　航空发动机工作在高温、高转速、高压环境之中，对于材料要求较高

　　LEAP发动机就使用了基于SIC的陶瓷基复合材料，成功降低了发动机重量，进而减少了飞机空重

　　F414的尾喷口也用了SIC材料

　　从国内外航空发动机研究进展来看，金属高温材料已经趋近极限，未来发展重点就是陶瓷基复合材料（CMC），CMC材料利用纤维韧性弥补陶瓷材料易碎的缺点，前面说过SIC材料具备优秀耐高温、耐磨等方面性能，所以陶瓷基复合材料之中又SIC材料最受关注，目前国外已经在航空发动机上面运用CMC材料，例如新一代LEAP涡扇发动机就采用了CMC材料，从而让发动机重量降低数百公斤，进而让飞机减少结构重量接近1吨，极大改善了飞机经济性能，可以说效果显著，国内也在此领域开展了跟踪研究，完成了基于CMC材料的涡轮叶片，并且进行了地面试车，从相关资料来看，基于CMC材料的涡轮叶片与金属涡轮叶片相比，重量降低70%左右，可以让发动机性能得到有效提高。

　　除了发动机叶片之外，CMC材料还可以用于发动机其他部件，例如燃料室、尾喷口等等，还可以铺设在飞行器表面，作为耐热层，防止气动加热引起机体温度升高对飞机结构造成不利影响。

　　SIC在新一代电子材料领域也有着广泛用途，图为国产SIC晶片

　　福特级航空母舰变电系统采用了基于SIC的电了元器件

　　SIC运用领域不仅仅局限在机械领域，还在半导体领域有广泛用途，传统硅基（SI）材料耐高温性能较差，一般认为SI基集成电路工作温度不能超过250度，这样就限制器件工作必，随着电子设备性能要求提高，对于设备功率、电压、环境等方面性能要求也越来越高，而SIC材料性能要比SI材料好的多，例如耐电压是后者10倍，碳化硅的能带间隔为硅的2.8倍（宽禁带），达到3.09电子伏特。其绝缘击穿场强为硅的5.3倍，其导热率是硅的3.3倍，因此更加适合制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件。有消息说美国福特级变电系统就采用SIC基器件，从而设备体积和重量降低50%左右。

　　综上所述我们可以看到，中国相关单位在SIC材料取得突破，为国产发动机、电子设备性能提高打下了坚实基础，从而为国产武器装备研制提供了有力支撑和保障。（作者署名：小飞猪观察）

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