為何國產發動機壽命曾經只達到美國的十分之一：真實原因令人深思

在最近的軍民融合展上，某公司披露了我國自行研製的第三代含鈹系列碳化硅陶瓷纖維信息，讓人興奮不已。軍事專家陳忠告訴記者，碳化硅（SIC）纖維是由碳和硅元素按金剛石結構形式組成的一種陶瓷纖維。它具有高強度（1至4GPa）、高模量（150至400GPa）、低密度（是發展航空、航天、核能及戰略武器必需的關鍵材料之一，可應用於大型運載火箭擴張段、各類導彈發動機部件、太空梭的頭部和機翼前緣、航空發動機的燃燒室-噴管、整體導向器、整體渦輪、導向葉片、渦輪間過渡機匣、尾噴管等表面溫度高、氣動載荷大的區域。然而，碳化硅纖維的工業化生產與大家熟知的碳纖維相比，還要困難的多，直到1975年日本東北大學矢島聖使教授等人用聚碳硅烷作原料通過紡絲法研製出成束的連續細碳化硅纖維，才真正使它從實驗室走入工廠。這是目前唯一實現工業化生產的方法。

日本碳公司和宇部興產公司從矢島聖使教授購買專利後，經過多年苦心研究，才實現了碳化硅纖維的小批量生產。美國道康寧公司也通過技術交流和購買關鍵工藝掌握了其核心技術，但是該領域的高端應用及商品化銷售，基本還是被日本碳公司和宇部興產公司所壟斷。目前，日本已工業化生產的碳化硅纖維至少發展了三代，其第三代碳化硅纖維在1300至1800℃的空氣中具有良好的熱穩定性。在美研製的世界上最大推力的GE9X（推力達48噸）民用渦扇發動機中，為減輕發動機重量，提高發動機壽命，發動機最關鍵的熱端部件，包括燃燒室內/外襯、一級高壓渦輪罩環、一級噴嘴、二級噴嘴以及低壓渦輪轉子等5個部件，都採用了日本研製生產的第三代碳化硅纖維材料，GE公司估計GE9X發動機採用碳化硅陶瓷纖維渦輪轉子葉片後總重將降低約455千克，相當於GE90-115發動機凈重的6%，燃油效率較目前的GE90-115B提高10%。

在軍用發動機方面，該材料將廣泛用於GE公司研製的下一代戰鬥機用自適應循環發動機上，該發動機相比當前最先進的第五代戰鬥機發動機F119和F135，燃油消耗量降低25%，航程增加30%，最大推力提高10%。由於碳化硅纖維是一種國防高科技戰略材料，因此是西方「巴黎統籌委員會」和「瓦森納協議」明文列出的對我方禁運的材料，我國航空發動機壽命僅為同期美國的十分之一，比較大的原因就是材料不行，而碳化硅纖維和單晶材料更是其中最落後的部分，不過，經過我國科學家多年的不懈努力，終於打破了國外技術封鎖和產品壟斷，目前已成為世界上第3個能獨立生產碳化硅纖維的國家，滿足了航天航空等高端裝備迫切要求。據公開資料披露，我國已投資22億元，形成了年產10噸第二代連續碳化硅纖維、年產90噸聚碳硅烷和年產15噸複合材料的能力。

據資料披露，國產第二代碳化硅纖維已應用於某現役航空發動機上，服役時間延長了300小時。應用於國產運輸機剎車盤上，部件減重1/3，續航能力提高600千米，節約燃油7%。由於第二代碳化硅纖維在空氣中耐溫不超過1200度，不能滿足我國下一代航空發動機耐高溫動部件需要，但已經可以滿足發動機的靜止耐高溫部件，推力矢量尾噴管，航天發動機高溫部件的需求。據目前的公開資料披露，含鈹碳化硅連續纖維這一我國原創高性能纖維，具有完全的自主知識產權，在國內攻克了摻雜先驅體連續紡絲的工藝難關，製備出第三代摻雜碳化硅纖維，獲得了目前國內的最高的使用溫度，可滿足我國航空發動機部件製造對碳化硅纖維大於1200℃要求。

我航空發動機研究所（608所）和燃氣渦輪研究院（624所）在航空發動機關鍵部件的設計和製造上都將採用第三代碳化硅纖維。目前，該公司已形成年產500千克的中試能力，為滿足國內需要，計劃投資4.5億元，在今年年底形成第三代含鈹碳化硅纖維的批量生產能力。

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