陶瓷基復合材料(CMC),陶瓷基體與纖維取長補短。CMC材料是指將陶瓷基體和纖維增強材料復合而成的材料,使得陶瓷基體和纖維增強材料在性能上取長補短,形成互補。
CMC材料性能優異:耐高溫、密度低。CMC材料具有耐高溫、高強度、抗氧化、抗腐蝕、耐磨損等一系列優越性能。CMC材料與其主要的競爭對手鎳鈷高溫合金、鈦合金等相比,不但耐高溫性能很高,密度也比鎳鈷高溫合金、鈦合金等低。
典型的航空(渦扇)發動機由進氣道、風扇、壓氣機、燃燒室、渦輪和尾噴管幾大部件構成。根據文獻《渦輪風扇發動機的工作特點》(王國華)的介紹,渦扇發動機工作過程中,首先進氣道吸入空氣,一路空氣通過風扇的內涵部分,經過壓氣機加壓,進入后面的燃燒室,在燃燒室里空氣和燃油混合燃燒,高溫燃氣在高壓渦輪內膨脹作功,最后從內涵噴管高速噴出,產生推力;另一路空氣經外涵道風扇壓縮后流入外涵道然后從外涵噴管噴出,也產生推力。其中進氣道、風扇和壓氣機部分為低溫部分,燃燒室、渦輪和尾噴管為高溫部分。
渦扇發動機的渦輪由高壓渦輪和低壓渦輪組成,同時分為轉子部件和靜子部件。對于渦扇發動機而言,其渦輪部件可以根據其受到的壓力相對值分為高壓渦輪和低壓渦輪;同時,根據各部件是否可旋轉可將其分為渦輪轉子和渦輪靜子,轉子和靜子擔負著不同的任務。
CMC材料的核心優勢在于高溫性能和低密度,而劣勢在于韌性、可加工性。從航空發動機選材的六大要素來看,CMC材料優勢體現在可承受的最高溫度更高、高溫比強度高、比壽命長、高溫抗氧化能力好;而在韌性和可加工性方面不如高溫合金。因此,CMC材料制成的航空發動機能夠承受更高的溫度,并且在高溫環境下壽命更長;但同時韌性和可加工性等相對較差,對航空發動機的制造工藝提出了更大挑戰。