在航空发动机高压涡轮的叶片是在很长一段时间内最高的高技术航空燃气轮机,尽管现代风机叶片的复杂性,它所提供的挑战不会减少。能够运行在越来越高的气体温度造成的组合材料的改进和发展的更复杂的安排内部和外部冷却(图1)。
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图1所示。燃气涡轮发动机的示意图。 |
现代合金现代涡轮叶片合金是复杂的,它包含十重要的合金元素,但其微观结构非常简单。结构类似于一个“印加墙”,由矩形块的石头堆放在一个常规数组中水泥与狭窄的乐队把它们粘在一起。 在合金的情况下“块”是一个与近似成分镍金属互化物3(Al, Ta),而“水泥”是一种含有铬、镍固溶体钨铼。 超合金超合金总是含有这种类型的阶段,但近年来钛在原始的金属间化合物已经取代了钽。这种变化给提高高温强度,也提高了抗氧化性能。然而,最大的变化发生在镍、高水平的钨和铼。加强这些元素是非常有效的解决方案。 自1950年代以来,进化从造成传统铸造对单晶涡轮叶片定向凝固产生了250°C增加允许的金属温度,和冷却的发展增加了近一倍的涡轮入口气体温度。最近的一个重要贡献来自合金颗粒的排列在单晶叶片,这使得材料的弹性性能控制。这些属性控制叶片的固有振动频率。
如果冶金开发可以利用通过减少冷却空气量这是一个潜在的重要的性能增强剂,例如,劳斯莱斯Trent 800引擎使用5%的空气压缩机冷却高压涡轮叶片的行。RR3000单晶合金,是能够运行大约35°C温度比其前任。这似乎是一个很小的增加,但允许Trent中压透平叶片仍未冷却的。 |
据估计,在未来20年增加200°C涡轮入口气体温度需要满足航空公司的要求改进的性能。其中一些将可能增加热障涂层的进一步应用。这些涂料生产陶瓷前体和有潜在贡献了约100°C通过他们所提供的保护。 热障涂层热障涂层静态部分已使用多年,最初使用镁锆酸但最近yttria-stabilised氧化锆。在旋转部件,陶瓷剥落是特别危险的可能性,和应变-宽容涂料采用有效的黏合层系统,以确保机械可靠性。 陶瓷基复合材料进一步增加温度可能会需要陶瓷基复合材料的发展。一些简单形状的静态组件为军事和民事应用程序引擎开发阶段和导叶片制造的证明过程能力,这些技术包括先进的纺织品处理和化学蒸汽渗透。 然而,它是合成的。陶瓷转子叶片提供了终极挑战。它最终会出现,因为回报如此之高,但需要更长的时间来让它满意的标准比预期在1980年代。研究工作集中在纤维增强陶瓷多年对于这个应用程序,而不是整体材料具有足够的高温强度,但可怜的耐冲击的障碍。欧洲杯足球竞彩 今天的商用陶瓷复合材料采用碳化硅纤维如碳化硅或氧化铝陶瓷矩阵。这些材料能够欧洲杯足球竞彩非冷却操作温度高达1200°C,几乎超出了当前的能力最好涂镍合金系统。非冷却涡轮应用程序需要一个所有氧化物陶瓷材料系统,确保长期稳定在最高温度在氧化气氛。这样一个系统的早期例子是氧化铝纤维氧化铝矩阵。实现最终的负荷能力在高温下,单晶氧化物纤维可能被使用。操作温度为1400°C被认为可能与这些系统。 |