重获新生的SiC纤维

SiC纤维是继碳纤维之后的又一高性能纤维。其作为新一代航空机引擎用增强材料，近来大受关注。而目前全球范围内只有两家日系企业能做。这两家企业并非传统意义上的大型化工企业，但却拥有各自独特的先进技术。其发展模式希望能给予一定的借鉴意义。...

SiC纤维是继碳纤维之后的又一高性能纤维。翻译这篇报道，一方面是为了介绍这一还处于含苞待放的产业，希望能引起国内相关研究机构或者公司的注意。同时也希望这篇报道能给予中小型企业一点发展模式的启发。日本碳素公司（Nippon Carbon Co., Ltd.）和宇部兴产（UBE Industries Co., Ltd.）从体量上是无法与三菱化学控股集团的大型化工企业相提并论的，但却各具特色。当今化学巨头纷纷们的重组并购正越来越多，而中小型企业在资金与人材不占优的情况下，如何保持独立自主，稳步发展壮大呢？这一方面，希望日本经验能给予一定的借鉴意义。

[译文]

航空引擎的革新 也得到GE认可的日本材料界的实力

原载 2015/6/19  日経新聞　電子版　                Brucelee 译

在法国召开的世界最大规模的航空展览会“巴黎国际航空展“上，航空飞机制造商们为了订单而正面交锋。其中引人注目的当属用在机体和引擎上的部件的材料革命。而用于引擎的复合材料所采用的技术，曾经一度被埋没，在日系厂商有效地利用下重获新生，并驱动着GE的前进。日本的材料实力，可谓是世界航空飞机产业幕后的主角。

■在巴黎航空展上备受瞩目的材料

“它是迄今为止航空引擎材料中最有价值的材料，它所带来的冲击力有可能一举摧毁耐热合金所主导的世界。”世界航空引擎最大生产商GE航空的洽谈区位于航空展会场的一个角落，公司下一代引擎的总负责人William总经理强调到。



站在下一代引擎“GE9X”的与实物1:1大小的模型旁的William总经理

这种材料便是用于引擎上的陶瓷基纤维复合(CMC)。它是由碳化硅(SiC)纤维和陶瓷一起烧结得到的。SiC纤维具有如下的特性：它的比重只有以前引擎部件中被使用的镍合金的的1/3，耐热温度却提高了20%，强度提高了1倍，集此三大优点于一身。“它所具有的优异性能可以在高压涡轮叶片上得以充分发挥”，William如是说。

引擎工作时，会有温度超过1000度的高温燃烧气体被输送到高压涡轮叶片。以前，使用镍合金时，必需从外部吸入空气来冷却涡轮叶片，但使用SiC纤维制的CMC后，由于最高耐热温度最高可达到2000度，冷却空气就不再需要了。“不使用的那部分空气，可以通过有效的利用转化为推力，这会改善燃料效率”William继续说到。同时，由于重量减轻，预计也会减少燃料的使用量。

■日本碳素公司助力GE的前行

实际上，世界上能生产SiC纤维的只有日本碳素公司和宇部兴产。GE所选择的合作者是日本碳素，它与法国引擎巨头Saffraan 公司再三邀请下，3家公司在富山市合资建立了名为NGS先进纤维的公司。这家公司为了SiC纤维得以量产，决定投资60亿日元来开建新工厂。

采用了CMC的引擎产品“LEAP”，与其它的新技术一道，实现了燃料费15%以上的削减。这一引擎已被决定搭载到今年中投入运行的空客公司的下一代小型机，以及将在2017年首飞的波音公司的下一代小型机上。

目前CMC的适用部件虽然暂时还只有涡轮叶片这一项，但是William在这次的航空展上明确表示“在燃烧气体流经的燃烧器内衬以及圆筒部件等上的应用也将相继展开”。GE运用自己的技术，实现了通过使用特殊机械将纤维编织成纵横交错的3D部件。据说总共将量产70架飞机量的这种引擎。

“SiC纤维维持了超过30年的赤字，一半的事业曾经被束之高阁”，NGS的武田道夫社长回顾到。来自日本碳素公司的武田社长自入社以来的17年间，虽然一直提携着SiC纤维的研究开发，但是由于应用领域局限在体育用品行业而不为人所知。但是，GE项目的突然降临，作为“关键先生的SiC纤维”终于一鸣惊人。



新开发的SiC纤维，由于具有纤细而连续的优点，性能较当初开发的产品，有了飞跃的提升。耐热温度由1300度提升到2000度，表征强度的一个参数“拉伸模量”达到380GPa，差不多是之前的2倍。

SiC 纤维的弱点在于当温度超过1300度是会发生劣化。而克服这一缺陷所用到的技术是不会混杂入氧气的［电子线照射技术］，这一技术得益于国家原子能研究机构的技术转让。

■另一生产商－宇部兴产

另一方面，宇部兴产利用自家品牌为［チラノ纤维］的SiC纤维产品，与从事制造引擎部件的IHI公司合作。CMC材料制造中存在这样的技术难题，那便是陶瓷与纤维的过度结合会造成材料容易断裂。宇部兴产将氮化硼（BN）涂覆于SiC纤维上，解决了这一难题。

宇部兴产也和日本碳素公司一样，有过一段很长的辛酸时期。现在“正积极的转向这一新兴项目”（チラノ纤维开发组领导涩谷昌树如是说）。据说研究开发和营业的人员也将逐渐增加。

作为合作伙伴的IHI公司，迄今为止在用于涡轮圆盘及叶片的合金加工领域十分拿手，具有浓重的［机械工程集团公司］的色彩，而CMC灯的新材料，相对于随温度变化的材料分析，对化学类别的知识有更高的要求］（满冈次郎执行董事如是说）。IHI也紧急从自家化学工厂部队中抽调了一批人材过来协助实用化研究。

日本的这两家SiC纤维生产商目前正与英国Rolls・Royce公司密切接触。“CMC的应用领域并不仅仅局限于航空机引擎，将来还有可能取代发电所的气流涡轮机等多种产业机械的部件” GE航空的干部预测到。而日资企业正受到广泛的期待。

（完）

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