2001年，美國防務(wù)分析研究所（IDA）曾針對航空用陶瓷基復合材料（CMCs）的工業(yè)化應用前景發(fā)表過(guò)一篇評估報告。結論概括起來(lái)只有短短八個(gè)字：挑戰巨大，前景不明。

時(shí)至今日，來(lái)自GE航空和GE全球研發(fā)中心的CMC專(zhuān)家卻可以對這篇報告付之一笑了。短短二十年間，GE投入了數百名技術(shù)專(zhuān)家和超過(guò)15億美元資金對CMC技術(shù)進(jìn)行集中攻關(guān)。今天，CMC技術(shù)已經(jīng)成為GE所掌握的最新銳、最領(lǐng)先的技術(shù)之一，為公司本身業(yè)務(wù)發(fā)展和世界航空工業(yè)的發(fā)展帶來(lái)巨大的變革。

GE所生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機渦輪罩已經(jīng)裝配在賽峰國際（GE和賽峰航空發(fā)動(dòng)機公司各持50%股份的合資公司）旗下暢銷(xiāo)款LEAP渦輪發(fā)動(dòng)機上，為數百架單通道商務(wù)客機提供飛行保障。

CMC部件的問(wèn)世推動(dòng)了GE產(chǎn)品在軍事領(lǐng)域的推廣。GE曾為軍方制造過(guò)一臺發(fā)動(dòng)機樣品，創(chuàng )造了噴氣式發(fā)動(dòng)機耐受溫度新的世界紀錄。GE旗下的CMC制旋轉部件也成功通過(guò)了測試。

2018年，GE航空在美國阿拉巴馬州Huntsville市興建的CMC基地盛大開(kāi)幕。算上之前建成的3處CMC基地，GE公司在十年間構筑起美國首個(gè)一體化的CMC產(chǎn)品供應鏈，成為CMC技術(shù)發(fā)展史上重要的里程碑。與此同時(shí)，GE位于北卡羅來(lái)納州Asheville市的CMC部件組裝新廠(chǎng)已累計生產(chǎn)出超過(guò)4萬(wàn)件CMC發(fā)動(dòng)機渦輪罩，并承擔了GE9X大推力發(fā)動(dòng)機五種CMC耐高溫部件的生產(chǎn)任務(wù)。

陶瓷基復合材料（CMCs）是利用碳化硅、陶瓷纖維和陶瓷樹(shù)脂等原材料，通過(guò)復雜的生產(chǎn)工藝，再經(jīng)涂裝環(huán)節生產(chǎn)而成。其密度和重量只有合金的三分之一，但耐高溫性能卻遠超后者，因此無(wú)需將更多空氣導入高溫部件內部，并對其進(jìn)行冷卻。更多的空氣將留在氣流通道內。因此，發(fā)動(dòng)機在大推力條件下的運轉效率更高，具有更高的能效、更低的排放和更好的耐用性。

在噴氣式發(fā)動(dòng)機的發(fā)展史上，渦輪發(fā)動(dòng)機材料的最高耐受溫度每隔十年可以提升五十華氏度左右。CMC材料的問(wèn)世足足將這個(gè)數字提升了2倍，達到一百五十華氏度。隨著(zhù)CMC材料在GE發(fā)動(dòng)機中愈來(lái)愈普及的應用，發(fā)動(dòng)機的推進(jìn)力有望提升25%，燃油效率有望提升10%。

盡管使用CMC材料帶來(lái)的好處如此顯著(zhù)，但真想要實(shí)現其工業(yè)化應用卻并非易事，成為困擾業(yè)內數十年的難題。除了成型工藝的局限之外，CMC材料的脆性也成為其短板。美國政府自上世紀七十年代起開(kāi)始資助CMC材料的研發(fā)工作，GE科學(xué)家也正是自彼時(shí)起與CMC材料展開(kāi)較量。上世紀八十年代，GE將CMC成功應用于大型地面燃氣渦輪發(fā)動(dòng)機，并于1986年申請了公司首個(gè)CMC專(zhuān)利。二十五年間，GE已成功地將CMC發(fā)動(dòng)機渦輪罩應用于不同種類(lèi)的工業(yè)用燃氣渦輪機。

本世紀初，GE全球研發(fā)中心將研發(fā)方向從燃氣渦輪發(fā)動(dòng)機轉向噴氣渦輪發(fā)動(dòng)機。彼時(shí)擔任能源與推進(jìn)技術(shù)負責人，后來(lái)轉任GE航空CMC項目負責人的Sanjay Correa回憶說(shuō)：“在CMC技術(shù)研發(fā)進(jìn)行的過(guò)程中，我們愈發(fā)地開(kāi)始關(guān)注噴氣式渦輪發(fā)動(dòng)機。因為CMC具備減重的特性，使其在飛行領(lǐng)域擁有了更大的發(fā)展潛力?！?/p>

與此同時(shí)，GE航空開(kāi)始有意對外展示CMC材料在發(fā)動(dòng)機領(lǐng)域的應用成果，并著(zhù)手構建供應體系。截至2018年，GE已在俄亥俄州Evendale市、特拉華州Newark市、北卡羅來(lái)納州Asheville市和阿拉巴馬州Huntsville市建成四處CMC生產(chǎn)基地/研發(fā)中心。日本Carbon株式會(huì )社作為CMC的原材料供應商，與GE公司、賽峰集團成立了合資公司，在Huntsville基地的籌建過(guò)程中扮演了重要的角色。

作為最新的一處CMC生產(chǎn)基地，Huntsville基地占地約100英畝，包括兩座工廠(chǎng)。其中一座負責生產(chǎn)耐受溫度高達2400華氏度的碳化硅陶瓷纖維，是美國境內首條高產(chǎn)量碳化硅陶瓷纖維生產(chǎn)線(xiàn)；另一座毗鄰的工廠(chǎng)負責將碳化硅陶瓷纖維加工成單向CMC預浸料，用于后續CMC部件的生產(chǎn)。

Huntsville基地自2018年起開(kāi)始對外供貨。同時(shí)，GE和賽峰發(fā)動(dòng)機對CMC材料的需求在十年間增長(cháng)了二十倍，并且增勢不減。2018年，Huntsville基地的CMC材料產(chǎn)量大約為6噸，這個(gè)數字將在2028年增長(cháng)10倍。

隨著(zhù)供應鏈的不斷穩固，GE航空也在持續提升CMC產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，以期攤薄生產(chǎn)成本。GE在CMC生產(chǎn)、鑄造和涂層方面的技術(shù)進(jìn)步將極大推動(dòng)后者在新一代發(fā)動(dòng)機領(lǐng)域的應用，進(jìn)而為GE和賽峰旗下民用/軍用噴氣式發(fā)動(dòng)機生產(chǎn)更多部件產(chǎn)品。

GE旗下Evendale基地實(shí)驗室CMC負責人Jonathan Blank表示說(shuō)，數字分析技術(shù)的進(jìn)步不僅推動(dòng)著(zhù)噴氣式發(fā)動(dòng)機推進(jìn)效率的提升，同時(shí)也深刻影響著(zhù)CMC生產(chǎn)工藝的進(jìn)步。

“我們將落實(shí)制度化的學(xué)習模式，研發(fā)更加完備的材料/工藝模型，將數字工具更深入地應用到工藝研發(fā)的過(guò)程中，使其成為技術(shù)研發(fā)不可分割的一部分?！?/p>

CMC材料的發(fā)展歷程與整個(gè)航空工業(yè)的發(fā)展歷程保持高度同步。最初，當懷特兄弟制造人類(lèi)第一架飛機時(shí)，采用的是木材、鋼鐵和帆布作為航空材料。隨著(zhù)飛機不斷更新?lián)Q代，航空材料也經(jīng)歷了鋁合金、鈦合金以及其他高溫合金的發(fā)展階段。

噴氣式飛機生產(chǎn)過(guò)程中所需的很多先進(jìn)合金材料都是由GE公司率先研發(fā)出來(lái)的，包括噴氣式發(fā)動(dòng)機核心部件采用的單晶合金。

GE公司工程事業(yè)副總裁Gary Mercer表示說(shuō)：“基礎化學(xué)和新材料加工工藝是人類(lèi)提升飛機熱效率、降低油耗和排放的基礎保障?！?/p>

上世紀九十年代，GE首次將碳纖維復合材料制成發(fā)動(dòng)機扇葉應用在GE90渦輪發(fā)動(dòng)機上，各航空企業(yè)也積極尋求大尺寸復合材料結構件，以降低飛機自重、提升其耐用性。

以CMC材料為武器，GE公司可以將其應用領(lǐng)域從航空發(fā)動(dòng)機拓展到更加廣闊的航天市場(chǎng)，在后者更加嚴酷的宇宙環(huán)境中發(fā)揮作用。借此，GE航空將成為人類(lèi)二十一世紀航天事業(yè)中不可或缺的重要CMC供應商。

對此，Mercer評價(jià)說(shuō)：“我們現在所經(jīng)歷的，只是CMC材料應用的初級階段。在未來(lái)航空航天事業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，輕量化和耐高溫將成為人類(lèi)持續關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。隨著(zhù)超音速、極超音速和可回收航天器的陸續問(wèn)世，CMC將在動(dòng)力系統和航空結構件等領(lǐng)域中扮演愈發(fā)重要的角色?！?br/>（*文章資料來(lái)源于網(wǎng)絡(luò )）