SiC/SiC复合材料典型结构

碳化硅陶瓷基复合材料保留了SiC陶瓷耐高温、高强度、抗氧化、耐腐蚀、耐冲击的优点，同时兼具SiC纤维或C纤维增强增韧作用，克服了SiC陶瓷断裂韧性低和抗外部冲击载荷性能差的先天缺陷（见图）。碳化硅陶瓷基复合材料作为一种综合性能优异的高温结构材料，在航空发动机、空天飞行器等领域具有广泛的应用前景。

SiC/SiC复合材料的制备工艺主要包括化学气相渗透（chemical vapor infiltration，CVI）工艺、聚合物前驱体浸渍裂解（polymer infiltration and pyrolysis process，PIP）工艺和熔体浸渗（melt infiltration，MI）工艺。其中日本有聚碳硅烷（PCS）和连续SiC纤维制备技术，主要开展PIP工艺制备纤维增强SiC复合材料的研究，特别是在SiC/SiC复合材料制备上具有较高的研究水平；法国以CVI技术为主，且技术水平属国际领先；美国对PIP、CVI和MI工艺均有研究，且均有较高的研究水平。

20世纪80年代，法国率先研制出牌号为CERASEPR系列的SiC/SiC复合材料，并成功应用于M88-2发动机喷管外调节片和F100型发动机调节片上。随后各个国家持续加大对SiC/SiC复合材料制造技术领域投入，以期能够将热端部件的服役温度提高到1650℃甚至更高，如NASA的HIPTET、HSR/EPM和UEET计划，日本的AMG计划等。随着SiC/SiC复合材料制造技术逐渐成熟，应用范围也日益广泛。据报道，SiC/SiC复合材料已经成功应用于F110-GE-129发动机尾喷管、F136发动机涡轮叶片、F414发动机和LEAP-X发动机涡轮壳环等构件。碳化硅陶瓷基复合材料的应用趋势逐步从发动机静子部件，扩展至发动机转子部件，并逐渐向无人机和空天飞机的热端部件上扩展，并且从中温中载部件过渡至高温高载和可重复使用部件。

中国已经具备SiC/SiC复合材料构件研制和小批量生产能力，但在构件设计及考核、高性能纤维制备、复合材料成型以及工程产业化能力方面与西方发达国家尚存在明显差距，尚不能满足航空发动机、空天飞行器热端构件工程化应用需求，必须依托发动机或空天飞行器设计、构件研制和原材料研制等单位，通过强强联合、协同攻关，形成SiC/SiC复合材料产学研的合力，推进SiC/SiC复合材料在航空发动机、空天飞行器热端部件上的应用。