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背景

在航空发动机，高压涡轮的叶片是很长一段时间的高最高，技术在航空燃气涡轮的，而且尽管现代风扇叶片的复杂性，它提供的挑战不会减少。在越来越高的气体温度运行的能力已经导致从材料的改进的组合和用于内部和外部冷却（图1）更复杂的安排的发展。

现代合金

一个现代化的涡轮叶片合金是复杂的，因为它包含了多达十显著合金元素，但其微观结构非常简单。该结构类似于一个`印加墙”，其由堆叠在与水泥的窄带的规则阵列，以将它们固定在一起石矩形块。

在合金的情况下`块是大致组成的Ni的金属间化合物_3.（Al，Ta），而“水泥”是含有铬，钨和铼的镍固溶体。

超合金

高温合金总是包含这种类型的阶段，但近年来在原有的金属间钛已被取代钽。这一变化给了改进的高温强度，也提高了抗氧化性。然而，最大的变化发生在镍，其中高水平的钨和铼的存在。这些元素是固溶强化非常有效。

自1950年代以来，允许的金属温度提高载流向传统铸造以定向凝固到单晶涡轮机叶片的进化产生了250°C，并且在涡轮机入口气体温度方面，冷却发生几乎翻了一番。最近的最近贡献来自单晶叶片中的合金颗粒的对准，这使得允许更紧密地控制材料的弹性性质。这些性能反过来控制刀片的自然振动频率。

如果通过降低冷却空气量可以利用冶金开发，这是一个潜在的重要性能增强剂，例如，劳斯莱斯支手800发动机使用5％的压缩机空气来冷却其一排高压涡轮叶片。单晶合金，RR3000，能够比其前身更热约35°C。这可能似乎很小，但它允许托特中间压力涡轮机叶片保持不冷却。

持续发展

据估计，在接下来的二十年内，需要200°C的涡轮机入口气体温度增加，以满足航空公司对改进性能的需求。通过进一步采用热阻挡涂层，将实现其中一些增加。这些涂层由陶瓷预光栅生产，并且具有通过它们提供的保护贡献约100℃的潜力。

热障涂层

热障涂层已用于静态零件有些年头了，最初使用镁锆但最近钇稳定氧化锆。上旋转部件，陶瓷剥落的可能性是特别危险的，并且耐应变涂层与有效粘结涂层系统中使用，以确保机械可靠性。

陶瓷矩阵复合材料

在温度进一步升高都可能需要陶瓷基复合材料的发展。一些军事和民用领域只是形静态部件是在发动机发展阶段和导叶已经制造演示过程能力，这种技术包括先进的纺织处理和化学气相渗透。

然而，这是复合材料。陶瓷转子叶片，其提供最终的挑战。它最终会出现，因为回报是如此之高，但它会需要更长的时间，以使其达到满意的标准比1980年的预期了。研究工作集中在为这个应用纤维增强陶瓷有些年头了，而不是其具有在高温下足够的强度，但耐冲击性差的障碍整体材料。亚博网站下载

今天的市售陶瓷复合材料在陶瓷基质中使用碳化硅纤维，例如碳化硅或氧化铝。这些材料能够亚博网站下载在高达1200°C的温度下进行加工，几乎没有超出当前最佳涂覆的镍合金系统的能力。未冷却的涡轮机应用将需要所有氧化物陶瓷材料系统，以确保在氧化气氛中的最高温度下的长期稳定性。这种系统的早期例子是氧化铝基质中的氧化铝纤维。为了实现高温下的最终载荷载能力，可以使用单晶氧化物纤维。这些系统认为可能是1400°C的工作温度。

主要作者：Stewart Miller

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