自航空噴氣發(fā)動(dòng)機發(fā)明以來(lái)，技術(shù)人員們便一直糾結于不斷提升的渦輪前溫度與不斷落伍的高溫合金這對矛盾體。為了讓熱端部件承受更高的溫度，人們采取的對策是各種型號的鎳基高溫合金，到定向結晶多晶葉片，再到單晶葉片，還絞盡腦汁在葉片內部挖出迷宮般的微小通孔，其目的無(wú)非是讓葉片能夠承受更高的工作溫度而不至過(guò)早報廢。雖然工程師們一直依靠各種合金解決渦輪材料問(wèn)題，但他們無(wú)時(shí)無(wú)刻不想顛覆金屬材料的熱端壟斷地位！如今通用電氣（GE）航空分部研制的陶瓷基復合材料（CMC）就是朝著(zhù)這個(gè)目標去的。
2015年巴黎航展上，通用電氣展出了CMC噴氣發(fā)動(dòng)機渦輪葉片。美國正在驗證的新一代ADVENT自適應循環(huán)發(fā)動(dòng)機采用的諸多先進(jìn)技術(shù)，就包括通用電氣的CMC材料，這在某種程度上解釋了何以ADVENT首次試車(chē)就創(chuàng )下了航空噴氣發(fā)動(dòng)機有史以來(lái)最高工作溫度紀錄。GE技術(shù)人員表示，被稱(chēng)做“超級陶瓷”的CMC材料強度堪比金屬，但重量卻只及后者的三分之一。最令發(fā)動(dòng)機設計人員興奮得抓狂的是，CMC能夠在1 450攝氏度環(huán)境中工作——這一指標比最棒的高溫合金還高出許多。盡管這些數字指標看來(lái)無(wú)比誘人，但CMC材料的量產(chǎn)困難也是橫亙在技術(shù)人員面前的一道障礙，如今GE正準備建立新的CMC工廠(chǎng)，解決量產(chǎn)難題。
2015年巴黎航展上GE展出的噴氣發(fā)動(dòng)機CMC渦輪葉片
在CMC美妙前景的背后，是GE技術(shù)人員近20年的不懈努力。從2000年開(kāi)始，GE便開(kāi)始在2兆瓦燃氣輪機上測試CMC渦輪導向器。2007年通用電氣航空分部開(kāi)始考慮把CMC應用于航空發(fā)動(dòng)機，先是在F136軍用渦扇發(fā)動(dòng)機上應用CMC渦輪導向器，接著(zhù)又在CFM新一代LEAP商用飛機發(fā)動(dòng)機內采用CMC靜子部件。
2015年，GE開(kāi)始在GE9X商用噴氣發(fā)動(dòng)機上測試CMC高壓渦輪葉片和燃燒室部件，結果表明對發(fā)動(dòng)機性能提升作用明顯。但最令美軍感興趣的自然還是ADVENT：其上安裝了GE首批CMC低壓渦輪葉片，這是意義非凡的創(chuàng )新——意味著(zhù)CMC材料由靜入動(dòng)，逐漸勝任更為嚴苛的高溫高壓高載荷工作環(huán)境。CMC轉子帶來(lái)的好處則顯而易見(jiàn)：轉子重量大幅降低，工作離心力相應銳減，這意味著(zhù)渦輪葉片安裝盤(pán)、發(fā)動(dòng)機主軸都可隨之“瘦身”。而由于耐高溫性能更優(yōu)，冷卻部件可相應減少，這讓發(fā)動(dòng)機重量減少的同時(shí)還能更高效地利用進(jìn)氣，有效提升發(fā)動(dòng)機推力并降低油耗。
F414驗證發(fā)動(dòng)機上的低壓渦輪采用了CMC葉片，其中一些表面施加了特殊的黃色涂層。
CMC究竟是什么？說(shuō)到底，它是用特殊工藝生產(chǎn)的高技術(shù)復合材料。比如GE在發(fā)動(dòng)機上使用的CMC，便是將碳化硅纖維以特殊結構形式與碳化硅基底材料結合的產(chǎn)物，最后的制成品表面再施加特種涂層。其性能特點(diǎn)就是，強度像金屬，重量像塑料，耐高溫像陶瓷，卻不像瓷器那樣易碎。
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