航空發(fā)動機(jī)（aero-engine）是一種高度復(fù)雜和精密的熱力機(jī)械，作為飛機(jī)的心臟，不僅是飛機(jī)飛行的動力，也是促進(jìn)航空事業(yè)發(fā)展的重要推動力，人類航空史上的每一次重要變革都與航空發(fā)動機(jī)的技術(shù)進(jìn)步密不可分。
在目前，全世界只有美國、俄羅斯、英國、法國四個國家真正具備研制的能力,其他國家或多或少都是仿造，目前世界上最大、實(shí)力最強(qiáng)的發(fā)動機(jī)公司包括普惠(美國)、通用動力(美國)、羅爾斯羅伊斯(英國)。
這些年中國一直想要自主研發(fā)造出優(yōu)異的發(fā)動機(jī)，不僅適用于軍用，還能推廣于民用（民用要考慮性價比）。像我國的最新第五代戰(zhàn)機(jī)就是采用了渦扇15“峨眉” 渦扇發(fā)動機(jī)，這是為我國第五代戰(zhàn)斗機(jī)而研制的小涵道比推力矢量渦扇發(fā)動機(jī)。盡管如此，中國在總體上還是與歐美發(fā)達(dá)國家差距很大，
航空發(fā)動機(jī)的特點(diǎn)是體積小,功率大,各部件的工作條件嚴(yán)酷，特別是轉(zhuǎn)動件在不同的溫度、載荷、環(huán)境介質(zhì)（空氣，燃?xì)猓┫鹿ぷ鳎蠖囗氂帽葟?qiáng)度高、耐熱性好和抗腐蝕能力強(qiáng)的材料制造。航空發(fā)動機(jī)的使用期限不盡相同,軍用飛機(jī)發(fā)動機(jī)一般為100～1000小時；民用機(jī)發(fā)動機(jī)甚至要求1萬小時以上,所用材料的組織和性能須保持長時間穩(wěn)定。所以航空發(fā)動機(jī)的材料非常重要。
而想要制造航空發(fā)動機(jī)，首先你要先掌握材料的制造工藝，航空發(fā)動機(jī)材料是制造航空發(fā)動機(jī)氣缸、活塞、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪、軸和尾噴管等主要部件所用的結(jié)構(gòu)材料。尤其是發(fā)動機(jī)熱端部件渦輪盤、渦輪葉片材料和制造工藝是發(fā)動機(jī)發(fā)展的重要標(biāo)志。對材料的耐高溫性能和應(yīng)力承受能力提出很高要求，
20世紀(jì)40年代，噴氣式發(fā)動機(jī)原理早已提出，但沒有合適的高溫材料用于制造渦輪，發(fā)展遲緩。
直到五六十年代，英國的White公司開發(fā)出了鎳基高溫合金。此外，真空熔煉方法制造高溫合金純度得到提高，性能更好。航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片采用了變形高溫合金和鑄造高溫合金。
目前，航空發(fā)動機(jī)材料已經(jīng)發(fā)展出來了高溫合金、金屬間化合物、超高強(qiáng)度鋼、陶瓷基復(fù)合材料、碳/碳復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料等幾大類。
而航空材料目前的發(fā)展趨勢是研制新的三、四代單晶合金，美國NASA開發(fā)的第四代單晶合金工作溫度比第三代高出27～42℃，俄羅斯正在開發(fā)的ⅨC-55也屬于第4代單晶，在1100℃、100h的持久強(qiáng)度高達(dá)180～190MPa。
美國NASA還打算將工作溫度比第四代單晶再提高56℃，這已十分接近合金的熔點(diǎn)了。此外，鎳鋁型合金也是發(fā)展方向之一。
航空發(fā)動機(jī)其核心部件葉片的承溫能力可以說直接決定著發(fā)動機(jī)的性能，而航空發(fā)動機(jī)新材料的變革對于飛機(jī)發(fā)動機(jī)的減重、降噪、節(jié)油、性能等都具有顯著的作用，這也是為什么各國國家都積極探索新材料的原因。
舉個例子，此前，以鈦鋁合金為代表的金屬間化合物研究已持續(xù)了三十年，但是進(jìn)展緩慢。其最大的兩個缺點(diǎn)，一是室溫拉伸塑性低，造成加工困難；二是高溫強(qiáng)度不足，使用溫度范圍有限。
美國率先在鈦鋁合金上取得了突破。通過研發(fā)Ti-48Al-2Cr-2Nb（以下簡稱4822）合金替代鎳基高溫合金，制造出最后兩級低壓渦輪葉片。4822合金運(yùn)用在了波音787飛機(jī)上。這種新型飛機(jī)可節(jié)油20%，氮化物(NOx)排放量減少80%，噪音顯著降低，成為當(dāng)時航空與材料領(lǐng)域轟動性的進(jìn)展。
盡管中國在航空發(fā)動機(jī)制造工藝上與歐美差距很大，但是在航空材料研制上，中國這些年一直處在世界先進(jìn)行列。
為縮短我國與歐美發(fā)達(dá)國家的差距，我國已將航空發(fā)動機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)列為“重大科技項(xiàng)目”，并于2016年3月正式成立了“中國航空發(fā)動機(jī)集團(tuán)有限公司”。
而在前幾年，南京理工大學(xué)研制的新型鈦鋁合金更是在航空發(fā)動機(jī)材料上取得新突破。（我感覺南京理工大學(xué)都成軍工大學(xué)了，新一代超級炸藥也是這個學(xué)校研制成功的）
南京理工大學(xué)校陳光教授團(tuán)隊(duì)研制的新型鈦鋁合金承溫能力能夠達(dá)到900℃以上，比現(xiàn)有發(fā)動機(jī)核心部件材料的耐高溫能力提高150℃-250℃以上。陳光教授主要從事金屬材料受控凝固與相變及其應(yīng)用研究，在凝固技術(shù)與新材料領(lǐng)域取得了一系列創(chuàng)新性成果：提出并發(fā)明的用粗化內(nèi)生晶體相阻止剪切帶的方法，2008年被提為BMG復(fù)合材料獲得室溫拉伸塑性的兩個基本原則之一。他還提出利用界面能各向異性調(diào)控晶體取向的新理論。
目前制成我國航空發(fā)動機(jī)核心部件葉片的材料是鎳基合金，其耐高溫能力在650℃-750℃，美國也同樣開發(fā)了含鋁、鈦的彌散強(qiáng)化型鎳基合金，如普惠公司、GE公司和特殊金屬公司分別開發(fā)出的Inconel、Mar-M和 Udmit等合金系列。但是我國的鎳基合金溫度一旦更高，材料就會“蠕變”即慢慢發(fā)生變形。
相比鎳基合金，鈦鋁合金不僅有著自身質(zhì)量小等優(yōu)點(diǎn)，還有著強(qiáng)度大、塑性高等特點(diǎn)。陳光教授團(tuán)隊(duì)在國家973計劃等資助下，其發(fā)明的非籽晶法定向凝固PST鈦鋁單晶制備新技術(shù)，攻克了鈦鋁合金室溫脆性大和服役溫度低兩大難題，從而設(shè)計制造出了鈦鋁合金家族的新成員“聚片雙晶鈦鋁單晶”（PST鈦鋁單晶），不僅使其強(qiáng)度、塑性大大增強(qiáng)，其耐高溫能力更是達(dá)到900℃以上，可以說具有原創(chuàng)性、突破性、引領(lǐng)性和基礎(chǔ)性。
這項(xiàng)高溫PST鈦鋁單晶不僅強(qiáng)度高，室溫塑性更是超過6.9%，4822合金室溫塑性還不到2%，屈服強(qiáng)度高達(dá)708兆帕，抗拉強(qiáng)度高達(dá)978兆帕，強(qiáng)度質(zhì)量領(lǐng)先美國，實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)高塑的優(yōu)異結(jié)合。
可以說陳光教授研發(fā)的高溫PST鈦鋁單晶，在核心性能、強(qiáng)度質(zhì)量和持久壽命上均優(yōu)于美國的“4822合金。簡而言之，其室溫拉伸塑性、屈服強(qiáng)度、高溫抗蠕變性能、承溫能力等關(guān)鍵性能指標(biāo)處于國際領(lǐng)先，超過美國同類材料1—2個數(shù)量級。
該合金在900℃時的拉伸屈服強(qiáng)度為637兆帕，并具有優(yōu)異的抗蠕變性能，其最小蠕變速率和持久壽命均優(yōu)于‘4822合金’1到2個數(shù)量級，并有望將目前鈦鋁合金的使用溫度從650~750℃提高到900℃以上。——陳光
通常鎳基單晶高溫合金的承溫能力每提高25℃-30℃，即為一代新合金。而陳光教授團(tuán)隊(duì)發(fā)明的這一新材料，一下將承溫能力提高了150℃-250℃以上，是重大突破，將有力地為我國飛機(jī)打造一顆澎湃的中國心提供了支持。
目前，陳光教授研發(fā)的高溫PST鈦鋁單晶已經(jīng)應(yīng)用于我國航空發(fā)動機(jī)的葉片制造，雖然中國航空發(fā)動機(jī)技術(shù)和歐美差距很大，但是任何事情都需要一個過程，今天我們在航空材料取得了突破，下一步我們在葉片制造上取得突破，一步一步攻克，一步一步發(fā)展，總有一天，我們會掌握世界上最為優(yōu)異的航空發(fā)動機(jī)技術(shù)。
