渦輪前溫度是現代航空發動機關鍵指標
近日，有關媒體報道，中國相關單位已經研製成功新一代熱障塗層材料-稀土鉭酸鹽高溫鐵彈相變陶瓷材料，可以有效提高國產航空發動機渦輪前溫度，為國產航空發動機性能升級打下了堅實的基礎。
眾所周知，渦輪前溫度是現代航空發動機關鍵指標之一，這個渦輪指的是高壓渦輪，航空發動機屬於熱機，能量來源於空氣受熱膨脹，從能量守恆角度來講，燃氣溫度越高，產生的能量越大，但是航空發動機燃氣溫度有一個限制，那就是高壓渦輪承受能力，噴氣式發動機工作需要空氣由壓氣機送入燃燒室，而高壓壓氣機由高壓渦輪帶動，因此高壓渦輪需要承受高溫高速燃氣帶來的衝擊，還要高速旋轉帶動高壓壓氣機，對於材料要求極高，所以高壓渦輪與燃燒室、高壓壓氣機被稱為發動機“核心機”三大件就是這個原因。
現代航空發動機高壓渦輪普遍採用鎳基高溫合金，它的最高工作溫度大約是1100度，四代航空發動機渦輪前溫度已經達到1600度，抵達材料表面溫度也有1100度，在這樣高溫度下材料會變軟，無法承受高速運動產生的應力，實際上未來發動機燃氣溫度有可能超過2000度，抵達材料表面溫度在1500度以上，僅憑鎳基高溫合金本身已經不能適應要求，需要熱障塗層來進一步降低材料工作溫度。
現代航空發動機高壓渦輪熱障塗層主要採用陶瓷材料，陶瓷優點就是熔點高、強度大、熱導率低，傳統發動機熱障塗層多採用氧化鋯基陶瓷材料，它可以使材料承受的溫度降低100度，這樣加上鎳基高溫合金本身1100度，再加上氣膜冷卻技術還能提供400度左右的冷即效果，那麼航空發動機渦輪前溫度可以達到1600度左右。這個溫度正是第四代航空發動機F119渦扇發動機渦輪前溫度。
隨着航空發動機性能繼續提高，人們預測第五代航空發動機渦輪前溫度可能會達到達到2000度，這樣熱聯塗層需要提供氧化鋯陶瓷材料提供更好的防護效果，遺憾是實驗發現隨着溫度升高，氧化鋯陶瓷材料迅速下降，熱導率增加，材料氧化，進而導致塗層失效，所以人們一直在尋找性能更好的熱障塗層材料，為此中國相關單位研製成功稀土鉭酸鹽高溫鐵彈相變陶瓷材料，它與傳統氧化鋯陶瓷材料相比，效率更高，可以達到後者的2-3倍，也就是說它可以讓材料承受的溫度降低200-300度，加上鎳基高溫合金的1100度、氣膜冷卻的300-400度，可以讓發動機渦輪前溫度提到1800度以上，還有就是韌性好，傳統陶瓷材料最大缺點就是韌性不足夠，稀土鉭酸鹽材料比氧化鋯材料質地柔軟，可以承受更多的應力，這樣就可以大大提高材料熱循環次數，增強航空發動機可靠性。同等應力狀態稀土鉭酸鹽還可以製備更厚的熱障塗層，這樣就能達到更大的溫度梯度。
因此稀土鉭酸鹽高溫鐵彈相變陶瓷材料研製成功，為中國航空發動機提高渦輪前溫度創造了有利條件，可以想像，這種發動機應用之後，國產航空發動機推力更大、推重比更高，能夠更加有效的進一步提高國產戰鬥機作戰能力。
