陶瓷基復合材料（CMC）被設(shè)想為金屬合金的輕量化替代品，其密度接近材料的三分之一，但具有優(yōu)越的物理和熱性能。材料技術(shù)的進步使CMC成為大量高溫應用的熱門選擇，包括其在內(nèi)部發(fā)動機部件中的使用。

現(xiàn)代渦輪風扇發(fā)動機的燃燒室和排氣系統(tǒng)使用基于陶瓷基復合材料的內(nèi)襯和面板。隨著內(nèi)部溫度接近1700攝氏度，噴氣發(fā)動機需要特殊的材料來進行有效的熱管理。

陶瓷基復合材料是嵌入陶瓷基體中的陶瓷纖維和陶瓷基體的組合。從碳-碳到碳-碳化硅和鋁，CMC可采取各種組合形式。在CMC制造過程中，纖維在被基體材料浸潤之前以所需的形狀或形式堆積。

除了預先成型的鋪層，纖維的固定也可以通過連續(xù)纏繞、編織或打結(jié)來實現(xiàn)。沉積基體材料后，進行必要的加工。進一步的處理，如涂層或浸漬，可根據(jù)材料要求進行。

燃氣渦輪發(fā)動機中使用的陶瓷基復合材料通常由碳化硅、陶瓷纖維和陶瓷樹脂制成。這些都是通過復雜的滲透工藝制造的，并通過涂層進一步增強。這種復合材料提供非常高的抗熱震性和沖擊韌性。

CMC在噴氣式發(fā)動機上的應用

通用電氣(GE)全球研究中心和通用航空公司一直在為各種商用和軍用發(fā)動機的熱部件開發(fā)CMC技術(shù)。燃燒室、高壓渦輪和噴嘴的主要部件都是用CMC制造的。根據(jù)通用電氣的說法，由CMC制成的GE渦輪罩目前已成功應用于CFM國際公司（GE和賽峰飛機發(fā)動機公司各占50%的合資公司）生產(chǎn)的最暢銷的LEAP渦扇發(fā)動機的最熱門部分，該發(fā)動機為數(shù)百架單通道商用噴氣客機提供動力。

勞斯萊斯致力于通過在其發(fā)動機的各個位置使用CMC技術(shù)來提高噴氣發(fā)動機的性能。與傳統(tǒng)金屬合金相比，CMC的質(zhì)量密度更低，因此發(fā)動機的總重量大大減輕。根據(jù)勞斯萊斯的說法，CMC為一系列高科技行業(yè)提供了多種優(yōu)勢，例如航空航天和其他對熱學和機械要求苛刻的應用。CMC具有陶瓷的耐高溫性能，具有燃氣渦輪發(fā)動機應用所需的強度和可靠性，而重量比目前的合金輕。

CMC優(yōu)越的耐熱性使發(fā)動機能夠?qū)崿F(xiàn)更低的燃油消耗，從而產(chǎn)生更少的排放和更低的噪音。勞斯萊斯將CMC技術(shù)應用于各種發(fā)動機項目，包括UltraFan的核心設(shè)計。

由于其優(yōu)異的熱性能，CMC組件比傳統(tǒng)的鎳基組件需要更少的冷卻。因此，多個冷卻通道可以最小化或消除，以實現(xiàn)更直接的設(shè)計。通用電氣生成，去除冷卻空氣可以使噴氣發(fā)動機以更高的推力或更高效地運行。在渦輪發(fā)動機上結(jié)合CMC的獨特性能可以提高發(fā)動機的耐用性，并減少對冷卻空氣的需求。這些優(yōu)點提高了燃燒器效率，降低了燃料消耗。

如今，高效率噴氣發(fā)動機的溫度比以往任何時候都要高，經(jīng)常超過傳統(tǒng)材料的極限。使用CMC可以使制造商在減少數(shù)百磅發(fā)動機重量的同時獲得最佳的熱性能。