陶瓷基复合材料(CMC)是先进无机非金属材料,具有高强度、高硬度、高弹性模量、热化学稳定性等优异性能,由增强纤维、界面层和陶瓷基体三部分组成。其性能特征包括高强度、高硬度、高耐磨性、耐高温、轻量化和抗氧化性,在航空航天、能源、交通等领域具有广泛应用前景。
CMC产业链上游主要为制备原料,包括增强体(碳纤维、碳化硅纤维等)和基体材料(碳化硅、氧化铝等);中游为生产环节,主要制备工艺包括化学气相渗透法(CVI)、反应熔渗法(RMI)等;下游为应用领域,包括涡轮发动机、刹车制动系统、燃烧炉及加工设备等。
陶瓷基复合材料广受工业发达国家关注,因其耐高温和轻量化特性,在航空航天、能源、交通等领域具有巨大潜力。在航空航天领域,CMC是制造推重比10倍以上航空发动机的理想耐高温结构材料,最高使用温度可达1,650°C,密度仅为高温合金的70%。在能源领域,可用于核聚变反应堆第一壁构件,适应高温辐照环境;在交通领域,是新一代刹车材料,可用于先进战斗机、赛车、跑车、高速列车的刹车系统上。
CMC在航天领域的应用优势在于轻量化、耐烧蚀、节能环保等方面。在飞行器热防护系统、发动机及空间探测的太空反射镜等应用中,CMC可有效解决轻量化、耐烧蚀、节能环保等问题。目前CMC在航空发动机的应用层面已逐渐打开,呈现出从低温向高温、从冷端向热端部件、从静子向转子的发展趋势。短期应用目标为尾喷管、火焰稳定器、涡轮罩环等;中期应用目标为低压涡轮叶片、燃烧室、内锥体等;远期应用目标为高压涡轮叶片、高压压气机和导向叶片等。
预计到2026年,全球陶瓷基复合材料市场将达到75.1亿美元。CMC已成为航空发动机制造的主流趋势,市场空间巨大。