发光陶瓷釉料的应用现状和展望

时间:2019-05-13 04:40:40下载本文作者:会员上传
简介:写写帮文库小编为你整理了多篇相关的《发光陶瓷釉料的应用现状和展望》,但愿对你工作学习有帮助,当然你在写写帮文库还可以找到更多《发光陶瓷釉料的应用现状和展望》。

第一篇:发光陶瓷釉料的应用现状和展望

发光陶瓷釉料的应用现状和展望

【摘要】本文简单介绍了发光陶瓷的简介和发光釉的应用,主要从低、中、高温发光陶瓷釉和发光搪瓷的制备、性能和特点做一综述,并对发光釉料现代工业化现状进行了概括,最后对发光陶瓷釉的前景做一介绍和进行展望。

【关键词】发光釉

低、中、高温发光陶瓷釉

发光搪瓷

制备、性能与特点

工业化现状

前言

长余辉发光材料俗称为“夜光粉”,属于光致发光材料的一种,是指经日光和长波紫外线等光源的短时间照射,关闭光源后,仍可以在很长一段时间内持续发光的材料。20世纪9 0 年代后,相继发展到其他硫化物,铝酸盐,硅酸盐,复合氧化物或硫氧化物等多种基质材料体系长余辉发光材料可应用于塑料,涂料,陶瓷,玻璃等传统行业中,分别制得发光塑料,发光涂料,发光陶瓷,发光玻璃等【1】。而现在考虑发光陶瓷的发光性能,也考虑到发光陶瓷的成本比较而言,发光釉的制备容易工业化,可以预见长余辉的发光釉研制开发应该有美好前景。

1.发光陶瓷简介

1.1发光陶瓷的合成方法【2】

发光陶瓷的合成方法主要有三种:(l)将发光材料的粉料直接烧制成发光陶瓷块,再经过加工的方式制成各种形状的成品.新一代的铝酸盐和硅酸盐长余辉发光材料本身就是一种功能陶瓷;(2)将发光材料与传统的陶瓷原料相混合,直接烧制出光陶瓷;(3)先制成发光陶瓷釉料,将发光陶瓷釉料施于陶瓷胚体表面,烧制成表面发光的陶瓷制品.陶瓷釉料是指熔融在陶瓷表面上一层很薄的均匀的透明的玻璃质层,它可以改善制品使用性能,提高陶瓷的装饰质量.1.2发光釉简介【3】

发光釉是熔融在陶瓷坯体表面上的一层很薄的均匀的玻璃体物质,它具有玻璃所固有的一切物理化学性质:平滑光亮,硬度大,抗风化,易清洗,不吸湿,不透气,能抵抗氢氟酸和强碱除外的大部分酸和碱的侵蚀,如与坯体配合适当,则还能提高坯体的强度,以及具有荧光,抗菌等特殊功能。同时,也可使陶瓷制品外观丰富多彩。但是,釉又不完全等同于玻璃,例如它不单纯是硅酸盐,有时还含有硼酸盐或磷酸盐等,又例如玻璃中不含有A12O3,但A12O3是大多数釉的重要成分,它能增加坯与釉

发光陶瓷釉料的应用现状和展望 的附加性,又可防止失透。发光釉,是指具有长余辉发光功能的釉料,一般由发光粉,基础釉料和添加剂三部分组成,然后按一定比例混合后施于坯体表面,烧成后具有发光功能的一种釉料,可用于陶瓷制品和搪瓷制品的生产。发光釉发明于20世纪80年代,国外最早应用在日本,前苏联,法国等国【4-8】,国内相继也有了相关的一些专利【9-11】报道".其中基础釉的选择是决定发光釉的发光性能以及釉面质量的重要环节之一,基础釉的选择应该考虑到以下一些基本原则: 1.始熔温度必须低于发光釉的烧成温度,使基础釉在发光釉烧成温度以下熔融并包覆在发光粉颗粒的表面,防止发光粉与空气中的氧气接触而氧化;2.基础釉必须始透明的.该样既可以使光线透过,照射到发光材料上,保证发光粉得到最大的光吸收,也可以使发光粉产生的荧光损失降低到最少;3.热膨胀系数低,釉料的热膨胀系数应该略低于陶瓷坯体的热膨胀系数,这样,釉烧冷却过程中的收缩率比坯体的收缩率小,凝固的釉层受到压应力,从而可提高釉的机械强度,防止釉面开裂;4.不与发光粉发生化学反应,在烧成温度下粘度应该较大,不易析晶失透,与发光粉相容性应该较好;

5.不含使发光粉发生发光碎灭作用的元素;

6.与陶瓷坯体相匹配,以制得光滑,具有良好光泽的釉表面。

2.陶瓷发光釉的应用

夜光粉(发光粉)可作为一种添加剂或颜料,均匀分布在各种透明或半透明介质中,如涂料、油黑、塑料、印花玻璃、陶瓷、釉、卫浴、雕刻、玻璃马赛克、化纤物等也可以同色料一起用,实现介质的自发光功能,呈现良好的低度照明指示和装饰美化效果,该材料具有稳定的结晶结构,发光性能在结晶构造不受到破坏的前提下可永久保持吸光、蓄能、发光,一般使用寿命可长达15年以上,该材料在-20C-1300C范围内发光性能基本无变化,在300W高压银灯下1 000小时后,颜色及发光性能无变化,因此可在户外使用。

在旅游景点、危险区、保护区和森林等地方需要夜间标示或警示,若采用灯光照明系统,由于地域大或其它原因而无法实现。如果采用蓄能发光搪瓷标牌做指标将会给人们带来许多方便。较早研究的发光搪瓷釉料都是以重金属主要是铜激活的硫化锌或碱土金属硫化物为发光材料。这类发光材料的缺点在于发光余辉时间短,而且其中

发光陶瓷釉料的应用现状和展望

一些因含有放射性物质,而不利于生产和应用。

3.陶瓷发光釉的制备与性能特点

近年来,发光釉料的研究从无到有,无论是制备工艺方面,性能特点方面都取得了很大的发展。发光釉根据烧成温度(550℃-1200℃)的不同,可分为低温釉,中温釉和高温釉。(1)低温发光陶瓷釉的烧成温度一般在550-980 ℃之间(2)中温发光陶瓷釉料的一般使用温度为 980~1050℃之间(3)高温发光陶瓷釉的烧成温度为 1050℃-1 2 0 0 ℃之间。而现代工业中有一种应用比较成熟的发光釉,就是发光搪瓷。本文就从低、中、高温发光陶瓷釉和发光搪瓷的制备、性能和特点做一综述。

3.1低温陶瓷发光釉料【12】

陶瓷发光釉的出现始于20世纪80年代,国外最早应用在日本、前苏联、法国等国。主要以硫化物为发光材料,与低温釉料混合制成。由于发光体为=+(固溶体,而一般情况下,重氧化成就开始明显氧化成硫酸锌,当温度超过,就已经严

(表面,所以在制备发光陶瓷釉料时要采取适当的防氧化措施:在形成保护膜,以减轻氧化。这样,可使此类发光釉料的烧成温度在传统发光釉的制造工艺大体上有3种:

(1)把合成好的荧光基质、激活剂和釉料混合均匀,一起施釉烧成;(2)把已含有激活剂的荧光粉和基础釉料混合均匀,一起施釉烧成;(3)把所有原料一起制成釉,在烧成的过程中,自动形成发光物质。

左右。

发光陶瓷釉料的应用现状和展望

良好,防止了发光粉与空气中的氧气接触而发生氧化。结果使此类发光釉的发光余辉时间达到了20~40min。

张宏泉等【15】运用分层施釉的方法,对发绿光的工艺过程进行了研究,从而达到了张希艳等【16】将

光致发光陶瓷釉的制备

荧光粉在高温下不发生荧光猝灭的目的。

发光粉体与基础釉料按比例混合后,利用丝网印刷的工艺,制备了陶瓷发光釉制品。

通过晶相显微镜观察发现,荧光粉晶体处在玻璃的包围之中,且是正常发光状态,目前这被大多数人认为是陶瓷发光釉的发光机理。此类低温陶瓷发光釉可广泛应用在日用瓷、工艺瓷的釉上彩部分,不仅不影响白天的视觉效果,而且多种多样的发光颜色更赋予了普通陶瓷制品在夜间发光的效果。大连路明发光科技股份有限公司在这方面已投入生产,它们生产的唐三彩瓷版画,在继承了唐三彩原来色彩丰富多样、流光溢彩、大方美观的基础上,又赋予其夜间发光的性能。

3.2中温陶瓷发光釉料

1996年以后,随着新型稀土离子激活的碱土铝酸盐蓄光型发光材料的发明和性能的提高,出现了将这种新型的发光材料用于陶瓷行业的趋势。近年来,关于这方面的研究也越来越多,从而使得发光釉料的制备工艺也越来越成熟,烧成温度也提高到1000℃以上。新型稀土离子激活的硅酸盐蓄光型发光材料的发明,使发光陶瓷的性能进一步提高。

张玉军等【17】采用铝酸基超长余辉发光粉作为发光材料,系统研究了适于发光的陶瓷釉料,成功地制备了中温发光陶瓷釉制品,并讨论了釉组成和烧成条件对釉料发光效果的影响。研究发现,发光陶瓷釉料的发光来自铕激活的铝酸锶发光晶体,烧成过程中发光材料的晶体结构并没有被破坏;发光釉的起始亮度相对于发光材料本身有所降低,这是由于在烧成过程中,部分颗粒较细的发光晶体熔入到釉熔体中所致;釉中含量的增加会降低发光釉的起始亮度,相反,SO和B2O3含量的增加却能相对提高发光釉的起始亮度。该方法制得的陶瓷发光釉烧成温度可达1800℃,且发光起始亮度高,余辉时间长,并无放射性毒害。

此类发光陶瓷釉的使用方法有很多种,可以喷淋,可以丝网印刷,还可以手绘;既可做底釉,又可与堆釉颗粒做三度烧产品。目前,它主要应用于建筑陶瓷上,例如可以制成室内使用的夜间指示、防火、安全标志陶瓷产品。该类产品具有阻燃、耐老

发光陶瓷釉料的应用现状和展望

化性好等优点;此外还可制成三度烧的腰线砖,用以装点居室、美化家庭.3.3高温陶瓷发光釉料

目前大部分发光陶瓷的最高烧成温度都低于1100℃,根本不能满足地砖和卫生洁具以及日用瓷的生产要求。所以目前关于高温陶瓷发光釉料还比较少,但已有少数高温陶瓷发光釉料的制备。

关于发光釉料的高温发光问题,主要用以下2种方法解决:(1)在发光粉的表面包覆一层对发光粉的余辉起始亮度影响不大的物质,以提高它的耐温性;(2)用配合料和釉料一起烧成,在烧成过程中生成发光晶体,从而使釉料整体呈现发光的性能。

关于发光粉表面改性的研究于十年前就已经出现。马林等【18】为了解决荧光粉在节能荧光灯使用过程中的光衰问题,综合运用浸渍、吸附、反应等复合方法对荧光粉进行处理,获得了表面具有纳米氧化铝

膜层的荧光粉,从而减少了短波紫外辐射的轰击、汞的吸附沉积等破坏因素的影响,取得了较好的效果。

溶胶凝胶法制备发光粉是一种比较新型的制备方法,很多人在做这方面的研究。袁曦明等【19】用柠檬酸合成前驱体柠檬酸盐,运用溶胶-凝胶法制备出了黄绿色长余辉发光材料【20】,并确定最佳烧成温度在1200-1250℃之间。张世英等

蓝色荧光粉,与传统的高温固也是采用溶胶-凝胶法制备了纳米晶相反应制备方法相比,克服了原料混合不均匀和烧结温度高的缺陷。

万红峰在其硕士学位论文【21】中利用溶胶-凝胶法制备出辉发光材料,进而利用该发光材料为原料,成功制备出光陶瓷釉。制备的1150℃二次烧结后的845mcd/m2,发光性能的降低可能是因为高温下逐渐被氧化成长余中高温发

发光体耐高温性能良好,XRD分析结果表明经粉体晶形没有发生变化,发光亮度值降为

发光材料中

在的缘故。长余辉发光材料发光性能出色,余辉时间达12小时以上,同时发光性能受粉体粒度影响较大,粉体粒度为80目时初始亮度值为3826mcd/m2,200目时降低为2065mcd/m2。

发光陶瓷釉料的应用现状和展望

4.发光釉料现代工业化现状

【22】

目前工业生产的陶瓷发光釉大多是中低温的陶瓷发光釉,发光材料多是 ZnS 和铝酸盐类,使用要求苛刻。有关这两类的陶瓷发光釉制备工艺报道过于简略,总的来说,由于发光材料的类型、颗粒细度、基础釉成分、烧成温度和保温时间等的不同,产品的质量差异很大。就烧成温度而言,同一温度下快烧、慢烧、保温时间直接影响产品的发光性能,以及釉面质量等。考虑到发光釉的长余辉性能,必须保证有足够的发光材料颗粒存在于釉层中,那么就需要在保证釉面质量的情况下采用快速升温、短时间保温和快速冷却的烧成工艺。另外,发光材料与基础釉的成分对发光性能影响很大,要保证基础釉对发光材料熔解作用小,不存在猝灭离子,而且两者相容性一定要好。在国家节能减排、低碳经济的方针指导下,建筑陶瓷生产开始向低温快速烧成方向发展,烧成制度也有利于陶瓷发光釉的烧成,因此,陶瓷发光釉大规模的应用于建筑陶瓷业更为可行。

5.前景与展望

发光陶瓷市场运用广阔;在色彩和图案上进行充分开发,将具有更强的装饰效果,可人量运用在夜场,如夜总会、酒店、酒吧、KTV、楼梯、消防通道等,成为夜场必选之砖,发光材料无毒无害无辐射节能环保。因其发光波长的原理,具有很好的抑制细菌再生长之功效,比现在市面上一此大厂推出纳米抗污技术更具优越性,更能满足人们的绿色健康环保的要求【23】。

而到目前为止陶瓷发光釉的研究还有很大的局限性,从理论上来说,发光材料的能量传递机理、长余辉机理还存在很大的争议,而且发光材料与基础釉的相互作用 有待进一步的深入研究。从应用上来说,对应用于建筑陶瓷工业化生产的陶瓷发光釉开发不足,最可行的稀土激活硅酸盐类陶瓷发光釉色调单

一、初始发光亮度不高、余辉时间不够长,还需要加强研究,尤其是硅酸盐类陶瓷发光釉的产业应用报道较少。今后的研究可以从以下四个方面进行 :(1)从长余辉发光材料的制备入手,研究低成本的硅酸盐类陶瓷发光釉,开发颜色更加丰富,使用性能、发光性能更好的陶瓷发光釉。

(2)从制备方法入手,寻求专门应用于陶瓷发光釉的长余辉发光材料制品的研究,在此基础上,改善制釉工艺和施釉技术,使其适应陶瓷生产的工艺要求。

发光陶瓷釉料的应用现状和展望

(3)从提高初始亮度、延长余辉时间、增加余辉多色性以及增加耐候性方面进行开发探索,这是衡量陶瓷发光有可实用化的重要依据。

(4)从扩大应用领域入手,利用陶瓷发光釉开发各种陶瓷类新产品,如公路指引标志,拓展其应用范围。

参考文献

[1] 崔 波,徐忠民 发光材料及陶瓷发光釉的研究综述[J],中国陶瓷 2006年11期 [2]朱爱玲.长余辉发光玻璃/陶瓷的合成及性质(D).湖南: 湖南师范大学.2003,p8 [3] 李跃飞,长余辉发光陶瓷的合成与性质[D], 中国石油大学硕士研究生学位论文,2007.4 [4]日本专利护一60一155546 [5]苏联专利sul280435 [6]苏联专利Su1308550 [7]法国专利F咫575171 [8]法国专利F咫587023 [9]毛向辉,吴振国.无毒彩色夜光釉及制造方法和应用[Pl.中国:85100369,1985 [10]陈鹰.仿陶瓷粉彩颜料色素的发光装饰工艺方法7Pl.中国:86104971,1986 [11]李绍荣,张金铎,杨平.无放射性彩色夜光陶瓷釉制造技术田〕.中国:86101965,1986 [12] 邱子凤 王磊 郑华德,发光釉料的应用现状和展望[ P], 现代技术陶瓷, 2005年

第二篇:陶瓷色釉料行业发展研究报告

陶瓷色釉料行业发展研究报告

点击:389添加时间:2012-04-14信息来源:陶瓷信息报

http:///shownews.asp?ch=192&BM=3971&id=11406

陶瓷色釉料行业发展概述

中国是世界上最大的建筑卫生陶瓷的生产和消费大国,也是世界上最大的日用陶瓷(包括工艺美术陶瓷)的生产和消费大国。根据协会相关统计数据表明,2010 年我国建筑陶瓷砖的产量75.7566 亿平方米;卫生陶瓷产量为1.7784 亿件;日用陶瓷年产量达270亿件,其中艺术陶瓷产量50多亿件。我国建筑卫生陶瓷、日用陶瓷都是世界第一生产制造大国、消费大国与出口大国。

建筑陶瓷、卫生陶瓷、日用陶瓷产品,每年消耗大量的陶瓷原材料,这些原材料主要是各种矿物原料:粘土、长石、石英、滑石、瓷石、透辉石、硅灰石等。陶瓷砖产品平均每平方米消耗25公斤原材料计,2010年75.76亿平方米的陶瓷砖将需要1.9亿吨陶瓷原材料。计上1.78亿件卫生陶瓷、270亿件日用陶瓷(包括工艺美术陶瓷)以及没有计入的琉璃瓦、西瓦等陶瓷产品,估计目前我国传统陶瓷行业每年消耗各种陶瓷矿物原料约3亿吨。

卫生陶瓷、日用陶瓷、琉璃瓦西瓦产品基本都是上釉产品,陶瓷砖产品至少三分之二也是上釉产品,而三分之一没有上釉的产品普遍大量使用坯体色料,可以说陶瓷色釉料几乎使用在每一件陶瓷产品中。近几年随着仿古砖产品的流行,仿古砖产品的产量越来越大,陶瓷砖产品中上釉产品的比例逐年增加,陶瓷色釉料的品种、用量都在不断增长。最近全抛釉产品、微晶产品及喷墨印花的流行,不仅增加了新的色釉料品种,也大大提升了色釉料的用量。中国75.76亿平方米陶瓷砖的产值约2500亿元的产值,色釉料约占总产值的8%~10%,粗略估算我国陶瓷砖方面色釉料的产值约为200~250亿元,如果涵盖卫生陶瓷、日用陶瓷,我国陶瓷色釉料的市场总量约300亿元。

20世纪80年代之前,中国陶瓷产品所需的色釉料等装饰材料基本上由陶瓷生产厂家自行生产,自给自足。90年代开始,中国陶瓷色釉料的生产和供应开始进入专业化轨道,并作为一个独立的产业从陶瓷生产厂家中分离出来,成为陶瓷生产厂家的原辅材料供应商和陶瓷色釉料专业生产厂家。尽管如此,陶瓷色釉料专业化生产制造的进程仍处在进行中,到目前为止,仍有相当部分的陶瓷色釉料生产制造还是陶瓷生产厂家自行生产,自给自足。由于中国陶瓷早已成为全球最大的生产与消费大国,陶瓷色釉料产品也是世界最大的生产与消费大国,而且也是全球最大的色釉料出口大国。目前我国拥有各种色釉料生产制造企业2000多家,其中规模以上的企业约500多家,主要分布在广东的佛山、潮州与山东的淄博。广东、山东两省的色釉料企业占全国色釉料企业总数的60%以上。

中国陶瓷色釉料行业进入门槛低(投资、技术、环保等),整个行业大多数为小企业,小企业多而分散,很多色釉料生产小企业仅靠一两个色釉料品种以及相应的几个陶企业务关系而生存,同时由于大多数陶瓷企业货款支付滞后,甚至拖欠货款,信用欠缺,而导致色釉料企业资金压力较大,企业融资渠道不畅的情况下,不仅无法扩大生产规模,也导致企业研发资金不足,产品质量控制升级及新产品研发得不到保证。陶瓷色釉料企业厂家多规模小分散几乎成为这个行业目前的特点。目前年销售5亿元的色釉料企业甚少,销售3亿元的色釉料企业就是大企业。这种行业状况与欧美国家的陶瓷色釉料行业大相径庭。

中国是全球最大的色釉料出口国,2010年各种色釉料出口20.6万吨,出口金额1.62亿美元。出口平均单价790美元/吨(折合每吨人民币5290多元),广东、山东两省的色釉料企业出口量占出口总量的70%以上。

陶瓷色釉料行业运行情况分析

2.1.规模以上色釉料企业分布情况

全国规模以上的色釉料企业有五百多家,其中:广东省有218家,山东省有142家,福建省有31家,江西省19家,湖南省有34家,江苏省有18家,河北省有14家,其余省份共有51家。

色釉料企业主要分布在全国的三大陶瓷产区:广东的佛山陶瓷产区有118家,广东的潮州陶瓷产区有74家,山东的淄博陶瓷产区有125家,三大产区共有色釉料企业317家,占全国规模以上色釉料企业的60%以上。(主要生产企业介绍见附录1)

2.2.陶瓷色釉料行业组成与产品结构

从表面上来讲,陶瓷色釉料行业由用于陶瓷的色料与釉料组成。而实际还是由很多分支组成,如色料方面,有:坯用色料、釉用色料、包裹色料等;釉料方面,有:生料釉、熔块釉、底釉、花釉、全抛釉、金属釉、闪光釉等;在熔块方面,有:透明熔块、乳浊熔块、微晶熔块等;还有:硅酸锆、干粒(干粉釉)、喷墨印花墨水、印油等等通常都划入陶瓷色釉料行业。

经过二十多年的发展,国内色釉料行业已经取得了长足的进步。我国在大部分色釉料市场处于主导地位。目前除喷墨印花的墨水还主要依赖进口外,其他陶瓷色釉料产品都已全部实现了国产化,并大量出口到世界各地。国内陶瓷色釉料企业可以说品种齐全,各有专长,各个领域都涌现出一批优秀企业,如:成釉,也叫成品釉,也就是已经完成了配方与调试的釉成品或釉产品,陶瓷企业购入之后,加水化浆或适当研磨即可使用的釉料,可以是生料釉、熔块釉、全抛釉,也可以是底釉、面釉等。成釉是色釉料行业最大宗的一类产品,理论上2010年我国陶瓷行业大约消耗400多万吨釉料,估计由陶瓷色釉料行业以成釉形式生产的成品釉仅占3成,大约120多万吨,成釉在釉料应用中的比例一直在不断扩大增加,也就是说釉料生产制造专业化一直是行业的发展方向,釉料生产制造专业化的发展带动着釉料产品标准化、系列化的进步。目前陶瓷色釉料行业中道氏制釉、大鸿制釉、大宇制釉、科海制釉、塘虹釉料等属于较大的成釉生产制造企业。

金属釉,是近几年才出现的一种特殊的艺术釉,主要用于仿古砖上,使产品呈现出金属质感的光泽。目前陶瓷色釉料行业中道氏制釉与华山色料几乎占有了金属釉80%以上的份额。

闪光釉,华山色料、佛山泰耀陶原、淄博金光制釉几家公司几乎占有市场70%以上的份额。

全抛釉,是一种可以在釉面进行抛光工序的一种特殊配方釉。目前一般用于仿古砖的透明面釉或透明凸状花釉,很多用于仿大理石瓷砖,再经抛光(可以是半抛或柔抛),施于全抛釉的全抛釉砖集抛光砖与仿古砖优点于一体的。目前陶瓷色釉料行业已有不少企业生产制造全抛釉,其中规模较大的有瑭虹釉料、道氏制釉、佛山远泰制釉等;而且全抛釉产品的市场份额自出现以来一直在不断增长。

熔块,是一定原料配方的物料经高温融熔骤冷而成的玻璃物质,一般有透明熔块釉、乳白熔块釉、含铅熔块釉及无铅熔块等,是多种釉料的重要组成部分。精博精材、大鸿制釉、大宇制釉、瑭虹釉料、科海制釉、正大制釉、科捷制釉等;

微晶熔块,微晶熔块是微晶玻璃陶瓷复合砖的重要组成部分,这是用于一种我国具有自主知识产权的高档微晶玻璃陶瓷复合砖重要原料,也是熔块的一种新品。目前在二次烧微晶熔块产品的基础上又推出了一次烧微晶熔块产品,使最终产品生产更节能,产品质量更耐磨并结合性更好。目前行业内也只有为数不多的陶企生产制造微晶玻璃陶瓷复合砖与为数不多的色釉料企业生产微晶熔块,主要生产企业有:精博精材、远泰制釉、道氏制釉、瑭虹釉料等。

坯用色料,用于坯体着色的色料,主要生产企业有:华宝色料、上海华陶、河南金格、大千色料、大宇制釉、泉州力科等;

包裹色料:大千色料、湖南金环、万兴无机、湖南科兴、潮州丰业等;

釉用色料,用于釉料着色或印花装饰的色料,知名生产企业有:康立泰釉料、金鹰无机、大鸿制釉、万兴无机、大宇制釉、正大制釉、潮州丰业、中冠釉料、华山色料、禾合高新等;

硅酸锆:福建晶洁辉陶瓷新材料、拜富科技、大鸿制釉、福建安泰锆业、江苏安达科陶瓷、长沙远大超细粉等;

最近几年博奥科技、道氏技术、华山色料、科信达、奥斯博等公司都加快了喷墨印花墨水的研发试制工作。

2.3.陶瓷色釉料行业产量产值分析

2.3.1.各种色釉料产品用量计算

根据国家标准(GB)及国际标准(ISO),陶瓷砖产品严格地按吸水率分类为:瓷质砖(吸水率E≤0.5%)、炻瓷砖(0.5%<E≤3%)、细炻砖(3%<E≤6%)、炻质砖(6%<E≤10%)、陶质砖(E>10%)五大类。但在我国建筑陶瓷行业往往将主要陶瓷砖粗略地分为三大类,即抛光砖、仿古砖、瓷片(内墙砖)三大类,外加外墙砖。抛光砖一般来讲是指经过抛光的瓷质砖;而瓷片指用于内墙的瓷砖;而仿古砖通常指的是有釉的装饰砖,其坯体可以是瓷质、炻瓷、细炻和炻质的,釉以亚光的为主;色调则以黄色、咖啡色、暗红色、土色、灰色、灰黑色等为主,仿古砖蕴藏的文化、历史内涵和丰富的装饰手法使其成为欧美市场的瓷砖主流产品,在我国瓷砖的几大品种中,近十年来仿古砖迅速发展、份额不断增长。计算基础数据:根据新近发布的《全国陶瓷产能调查报告》(“陶业长征”报告,简称《产能报告》),目前全国陶瓷砖生产线约3200条,产能每天3000多万平方米。各类产品的比例如下表:

抛光砖仿古砖内墙砖外墙砖

比例 40%15%30%15%

2010年我国的陶瓷砖产量:75.76亿平方米;卫生陶瓷:1.77亿件;日用陶瓷270亿件。事实上绝大部分电瓷、电子陶瓷也都使用陶瓷色釉料。在75.76亿平方米陶瓷砖中:抛光砖、玻化砖:40%;仿古砖:15%,其中仿古砖的15%为全抛釉产品;内墙瓷:30%;外墙砖:15%。根据《产能报告》,还有建陶产品琉璃瓦、西瓦拥有相当于陶瓷砖总产量的3.8%。

在抛光砖、玻化砖中,25%的产品使用坯用色料,色料比例3%。在仿古砖中:普通仿古砖产品的10%为有色坯体(坯体色料比例为0.5%),面釉:320克/m2(色料3%,熔块15%),花釉:40克/m2(色料5%。余下作为熔块),全抛釉产品占普通仿古砖15%(这个比例在快速上升),全抛釉400克/m2。内墙砖(二次烧):底釉:600克/m2(普通瓷片与不透底瓷片的比例为60:40;不透底釉组成:45%是熔块),面釉:400克/m2(熔块95%,色料1%)花釉:20克/m2(色料5%,余下按熔块计算)。外墙砖中30%为有色坯料,色料为3%,上釉产品面釉:400克/m2(色料3%,熔块15%)。琉璃瓦、西瓦用1200克/m2釉料(熔块10%,色料5%)。

卫生瓷:平均每件400克的釉(熔块10%)。日用瓷:平均每件15克的釉(有色面釉20%,花釉10%,有色面釉中的色料为5%,花釉中的色料为5%)。

坯用色料釉用色料成釉全抛釉熔块

陶瓷砖***503 140907 1309529

卫生陶瓷711377114

日用陶瓷***

合计73294561557 3973181 140907 1330205

2010年建筑陶瓷、卫生陶瓷、日用陶瓷使用色釉料共计490.86万吨;色釉料出口20.6万吨,其

中:成釉397.32万吨、全抛釉(含印刷釉)14.09万吨、坯用色料73.29万吨、釉用色料6.16万吨、色釉料出口20.6万吨。合计2010年陶瓷色釉料产量511.46万吨。

2.3.2.色釉料产品产值

按2010年我国色釉料产品出口的平均单价每吨5300元计算,我国2010年陶瓷色釉料的产值为271.07亿元人民币。这一结果与根据陶瓷产量产值所作的色釉料产值300亿元的估算比较接近。事实上,这一计算结果应该是略偏低,大量使用色釉的仿古砖产量逐年都在递增,对平均每件卫生陶瓷与每件日用陶瓷的釉料消耗都使用了偏低的基础数据。更何况这里根本没有涵盖一些新兴的色釉料品种,如:微晶熔块、喷墨印花用墨水、干粉釉等。也没有包含电工陶瓷、电瓷、电子陶瓷所使用的陶瓷色釉料。而且统计数据显示的出口平均单价也是偏低的,由于关税的原因,在亚洲很多地区出口色釉料的实际成交价远高于出口合同价。

根据今年的相关产能调查(“陶业长征”),全国目前共有微晶石生产线47条,日产23.55万平方米,每平方米微晶石至少使用5公斤微晶熔块,每天将消耗117.75万公斤,也就是1177.5吨,每年消耗353250吨微晶熔块(按每年300天计),按每吨8000元计,这一部分微晶熔块的产值就是28.26亿元。目前国内喷墨印花机约130台,平均每台喷墨印花机每月消耗墨水大约1.2吨,一年13吨,130台印花机年用1690吨墨水,目前墨水平均单价约每吨25万元,共计4.225亿元。目前墨水主要依赖进口,估计有2~3年的时间,喷墨印花所用墨水将基本国产化。

2.3.3.色釉料企业与陶瓷企业生产制造比例

尽管中国陶瓷色釉料的年产值大约为300亿元人民币,但由于整个行业的专业化生产还在发展过程中,估计目前仍有大量的陶瓷色釉料产品不是由色釉料厂家生产,而是由陶瓷厂生产,其中成釉与熔块产品比例较大,估计目前成釉仍有70%由陶瓷厂自己生产,约30%由色釉料企业专业生产,熔块的比例大约为40%由陶瓷生产企业制造,60%由色釉料企业专业生产,全抛釉及色料主要集中在色釉料企业专业生产,陶瓷生产企业制造的色料大约5%,95%的色料产品有色釉料厂家生产制造。

坯用色料釉用色料成釉熔块合计

7329456***1330205

陶瓷企业3664730782832***03900

色釉料企业6962985847912***2766700

合计:陶企生产340.39万吨;色釉料企业276.67万吨。

尽管如此,色釉料产品专业化生产制造的比例一直在逐年发展增加,陶瓷生产制造大而全、小而全的模式正在为大多数企业所放弃。

2.4.陶瓷色釉料行业运行特点

2.4.1.专业化程度低

陶瓷色釉料从陶瓷生产企业中分离出来成为一个陶瓷生产制造的上游行业仅20多年历史,实际上这种分离到目前为止仍然是不完全的,特别是成釉与熔块,目前仍然有不少陶企自己生产制造大量的成釉与熔块,如:宏宇、新中源、新明珠等大型陶企。某些陶企所拥有的熔块及成釉生产规模在陶瓷色釉料行业都可算上较大规模。目前估计约70%的成釉、40%的熔块、以及少量的色料目前仍还是陶企自给自足。

2.4.2.企业规模小而分散

我国陶瓷色釉料行业进入门槛低(投资、技术、环保等),整个行业大多数为小企业,小企业多而分

散,很多色釉料生产小企业仅靠一两个色釉料品种以及相应的一两个陶企的业务关系而生存。同时由于大多数陶瓷企业货款支付滞后,甚至拖欠货款,信用欠缺,而导致色釉料企业资金压力较大,企业融资渠道不畅的情况下,不仅无法扩大生产规模,也导致企业研发资金不足,产品质量控制升级及新产品研发得不到保证。陶瓷色釉料企业厂家多规模小分散几乎成为这个行业目前的特点。目前年销售5亿元的色釉料企业甚少,销售3亿元的色釉料企业就是大企业。大多像样的陶瓷色釉料企业的规模保持在5000万~1.5亿元人民币产值之间。这种行业状况与欧美发达国家的陶瓷色釉料行业的发展大相径庭。

但是随着陶瓷色釉料行业的发展,陶瓷色釉料企业的经营规模一直在不断增长,一方面陶瓷色釉料专业化生产的比例不断提高;另一方面,不少新兴的色釉料品种(如:金属釉、全抛釉、闪光釉、干釉等)的出现,这些新品种釉的出现往往是生产制造集中度比较高,而且目前大多陶瓷色釉料企业往往兼营其他陶瓷原辅材料。5亿元产值的陶瓷色釉料企业近几年才开始出现,陶瓷色釉料企业的规模将不断壮大。

2.4.3.行业竞争无序,陶瓷色釉料行业进入门槛低,固定资产投资比例低,全国各地大大小小的色釉料企业估计有2000多家,特别依附在一些新兴的陶瓷产区,很多小型、微型陶瓷色釉料企业甚至连营业牌照都没有,依托一两个色釉料配方就投入生产,环保方面通过偷排、税收方面通过漏税来降低成本,产品质量无法得到保证,在一些地方处于鱼龙混杂、各自为政的状态,以短期利益为重,依靠一两各关系客户及某些潜规则偏安一方,罔顾行业整体利益。技术保密形同虚设,知识产权保护不力,行业本身不够自律,互相挖人、挖技术、拼价格的现象随处而见,人员流动性巨大,尤其是技术人员与出口部经理最为吃香,部分色釉料企业老板文化层次较低,跑业务出身,抓住某次机遇、某个客户,摇身一变成了老板,小富即安、思维僵化,自大自傲的情绪弥漫,员工生活福利保障制度、培训学习计划滞后,发展到一定程度时后劲明显不足, 严重影响了色釉料企业做强做大以及长远的发展。

2.4.4.色釉料行业服务意识欠缺

陶瓷色釉料企业与陶瓷产品生产制造企业彼此是上下游关系,上下游企业之间的全面合作、互动与服务意识在两个行业间都非常缺乏。大多数陶瓷色釉料企业过于看重短期利益,缺少全面服务意识,而陶瓷企业一味追求购买更低价、付款条件更优惠的色釉料及原辅材料,没有将陶瓷色釉料企业视为真正的新产品开发合作伙伴、战略合作伙伴,导致色釉料企业在整个陶瓷行业生产链中仅仅处在一个供应商的位置上,长期处于弱势地位,严重制约着色釉料生产企业的发展壮大。

国外知名的陶瓷色釉料企业往往主张色釉料产品、产品开发、技术服务是密不可分的。陶瓷企业色釉料企业紧密配合、各取所需、共同发展是上下游企业双赢的发展方向。现在随着色釉料产品在陶瓷新产品开发中的作用越来越大,我国色釉料企业的技术服务也在不断增加,可以肯定陶瓷企业与色釉料企业之间的合作、服务、共同开发将成为这两个上下游行业的主流。

2.4.5.国外企业纷纷进入中国

国际上一些著名的陶瓷色釉料生产企业,如:美国的福禄FERRO 公司、德国的巴斯夫BASF、西班牙的陶丽西TORRECID 集团、博耐德(Bonet)、奇美瓷(Quimicer)、意大利的卡罗罗比COLOROBBIA 集团、美高(Metco)、爱斯玛格拉斯ESMALLGLASS 集团、意达加(Itaca)、庄兴万丰(Johnson Metthy)等都在中国设有厂家和分公司,地点多设在位于华东的苏州、昆山和上海一带。还有大鸿制釉、万兴无机、星谊精密陶瓷科技等台资企业。这些世界知名色釉料企业纷纷登陆中国,一方面给中国的陶瓷色釉料企业带来了激烈的竞争;另一方面竞争中给中国色釉料企业带来了提升进步。

2.4.6.国内产品出口恶性竞争

2010年我国各种陶瓷色釉料出口20.6万吨,出口金额1.62亿美元。出口平均单价仅790美元/吨(折合每吨人民币5290多元);而进口各种陶瓷色釉料1.9万吨色釉料,进口金额7899万美元,平均单价4157美元/吨,是陶瓷色釉料出口平均单价的五倍多。尽管国内海关的出口数据低于实际成交价,但实际造成我国色釉料出口单价过低的主要原因仍是国内色釉料企业产品出口的恶性竞争,实际上我国色釉料产品品种齐全,很多产品中国色釉料企业已经在全球范围内占有主导地位,如:包裹色料、闪光釉等,但由于行业的自律不够、竞争过度,我国色釉料出口价格过低。

随着行业发展成熟,陶瓷色釉料行业依靠一两个品种、一两个客户的营运模式已经越走越走不通了,行业长期无序竞争的结果导致了现在陶瓷色釉料企业不断寻找新的营运模式,包含学习外资、台资企业的成功经验,其中最为突出的是:坚持技术创新、坚持整体解决方案,将产品销售与技术服务、新产品开发有机结合,与下游陶瓷企业建立全面的战略合作关系。

【打印本页】【返回上一页】

第三篇:中国陶瓷色料产业的现状和展望

中国陶瓷色料产业的现状和展望

中国是世界上日用陶瓷(包括工艺美术陶瓷)的生产大国,也是世界上建筑陶瓷和卫生陶瓷的生产大国,据相关统计资料报道,2006年中国日用陶瓷的产量约150亿件,占世界总产量的三分之二;建筑陶瓷瓷砖的产量超过38亿平方米,卫生陶瓷产量约1亿件,均分别占世界总产量的二分之一。

由此可见,作为上述陶瓷产品装饰材料的陶瓷色料及相关原辅材料,如陶瓷釉料、化妆土、硅酸锆等的需求量是十分惊人的,就陶瓷色料而言,据初步统计,中国每年需用的陶瓷釉用色料超过8万吨,坯用色料超过16万吨。

随着行业内分工的细化和陶瓷色料生产专业化、机械化、品质控制规范化的发展趋势和要求,作为陶瓷装饰用的色釉料生产,基本上摆脱了二十世纪八十年代以前,大部分由陶瓷生产厂家自行生产、自给自足的模式,从二十世纪九十年代起,中国陶瓷色釉料的生产和供应开始进入专业化生产的轨道,作为一个独立的产业从陶瓷生产厂家中分离出来,成为陶瓷制品生产厂家的原辅材料供应商和陶瓷色料的专业生产厂家。据初步统计,自2003年起全国稍具规模的陶瓷色釉料生产厂家(包括大、中、小规模的厂家)已有300多家,由于近两年来竞争日益激烈,加上原材料特别是化工原料的紧缺和涨价等因素,减少了一些,尚剩200来家,这些厂家中半数以上的生产规模较小、品种单调,无论是生产工艺、生产装备、还是新产品开发能力和品质管理等方面都还不够完善和正规。

这几年随着中国陶瓷产业整体化水平的提高,无论是在陶瓷色料产品的品种、质量、产品的稳定性方面都有了长足的进步,出现了一批行业骨干企业,这些企业多集中在陶瓷生产产区,特别是广东省的佛山和潮州地区,其中位于广东佛山及周边地区的有广东三水大鸿制釉(台资企业属中国制釉公司),其总部在中国台湾,佛山大宇新材料有限公司、广东省万兴无机颜料有限公司、佛山市正大制釉有限公司、佛山市中冠陶瓷釉料有限公司、中山市华山陶瓷原料公司、佛山市南海禾合陶瓷原料厂、佛山市金鹰陶瓷颜料有限公司、佛山市华宝陶瓷原料厂等;广东省潮州地区的有广东省潮州市三原实业有限公司、广东省潮州市丰业实业有限公司、潮州市宝石陶瓷化工有限公司、广东省潮州市化工一厂、潮州市枫溪区枫一陶瓷色釉料颜料厂等;福建省泉州地区有福建泉州市力科陶瓷材料有限公司等;山东地区有山东省淄博Ferro陶瓷颜料有限公司(由山东省硅酸盐研究院和美国Ferro公司合资),华东地区有江苏省宜兴拜富色釉料有限公司、Ferro(苏州),新型材料有限公司、浙江省升华集团德清县华源颜料有限公司、江西省景德镇大千色釉料有限公司等;湖南省有?陵市科兴实业有限公司(专业生产包裹型CdS、SeS/ZrSiO4高温系列鲜红、鲜黄陶瓷色料)等。目前我国色料全行业的年产值约20亿元,行业中较有独立开发能力、规模较大、在国内、外有一定影响力的知名企业有10多家,他们的产品其质量大致达到国际市场上同行业产品的相当水平,但由于价格较低,在性价比上有一定优势,因而具有较强的国际竞争力,近年来出口量呈逐年增长的趋势。此外,国际上生产陶瓷色料的一些著名厂家,也分别在中国设有分厂或分公司,他们之中有:美国的福禄(Ferro);西班牙的陶丽西(Torrecid),奇美瓷(Quimicer);意大利的爱斯玛格拉斯(Esmaglass)、庄兴万丰(Johnson Metthy)、卡罗罗比(Colorobbia)等,地点多设在华东的苏州、昆山和上海附近,日本国的日研株式会社NIC在广东省佛山市设有办事处。供应陶瓷色料生产厂家所需电熔锆的主要生产厂家有沈阳阿斯创矿业有限公司,(澳大利亚ASTRON在中国的子公司),其生产基地设有辽宁省营口,福建省三祥冶金有限公司等;供应化学锆的主要生产厂家有浙江升华集团。升华拜克锆谷分公司,江西晶安高科、广东汕头东方锆业科技股份有限公司、广东韶关韶能锆制品厂等,供应陶瓷色料生产厂家所需各种规格石英粉、长石粉的主要生产厂家有广东英德中信矿业(生产各种精加工的高岭土、长石、石英、方解石、滑石等陶瓷原料),江西诚信矿业有限公司和广西平南矿冶原料有限公司(产品同上),矽比科(Sibelco)公司中国分公司(在中国设有加工厂和办事处,主要生产和供应精加工石英粉有325目和600目等规格);供应铭绿等铬盐的主要生产厂家有河北铬盐化工有限公司、重庆铬盐化工有限公司等;供应氧化镍的主要生产厂家有浙江华友铭镍材料有限公司;供应各种氧化铁(铁红、铁黄、铁黑)的主要生产厂家有:浙江升华集团华源颜料有限公司、上海一品国际颜料有限公司等。

1、产品种类、结构和用量

1)建筑、卫生陶瓷常用釉用色料;

中国瓷砖行业常用釉用色料的品种、结构类型和年使用量(含产品)的排列顺序、(按使用量的大小自大至小递减。)

2)建筑卫生陶瓷常用坯用色料;

3)日用陶瓷釉上、釉中、釉下、手彩、花纸用陶瓷颜料及其品种和结构类型;

4)国产?锆英石包裹型镉硒红、橙、黄系列部分商品色料的化学组成和色相及颗粒组成。

5)乳浊增白剂—锆英石粉和硅酸锆。

据初步统计作为世界上陶瓷生产的第一大国,中国每年用在陶瓷工业上的锆英砂(简称锆砂)约18~20万吨、其中主要用作坯釉中作为乳浊增白剂,另外一部分,加工成电熔级氧化锆、化学级氧化锆、氧氯化锆等;用在锆系色料合成中作为原料的电熔氧化锆,每年约需二万砘,化学氧化锆约需四千吨,用于合成包裹色料的氧氯化锆每年约需五千吨。

中国锆英砂蕴藏量和产量均不大,主要依靠进口,分别从澳大利亚、印尼、南非等国进口,按2006计算,世界年产110万吨锆砂计,中国进口量约为35万砘左右,已成为世界第一大锆砂进口国。

6)其它。

其它包括玻璃色料、贵金属颜料、黄金水、铂金水、黄金膏等。其主要生产厂家有:山东淄博FERRO陶瓷颜料有限公司、江苏拜富色釉有限公司、广东万兴无机颜料有限公司等.2、工艺技术、生产装备和研发能力的现状。

近些年来中国的色料生产企业,特别是骨干企业普遍开始重视新产品开发;新装备和新技术的应用;重视品质管理和质量控制。

为了保证合成色料的质量,加强了对从源头上对原料的质量加以控制,从过去的粗放型,发展到现在的批量检验和控制,对合成用矿物原料和化工原料如氧化铝、钛白粉、铁红、铬绿、氧化锆、氧化硅等进行化学组成、颗粒组成的例行检验、尽可能采用标准化原料,对配合料的混合和细磨无论是湿法,还是干法在设备选用和工艺控制上有了明显的改进和提高,广泛采用了诸如立式双螺旋锥形混合机、卧式螺节混合机和无重力混合机,立式和卧式搅拌磨、振动式混合机V型高效混合机及二维和三维运动混合机等设备和保证配合料的混和和予磨的充分和均匀,在烧成窑炉方面除了以梭式窑和推极窑、隧道窑为主外还采用了辊道窑、近二年开始出现色料合成专用的廻转窑,总之围绕着高效、节能和环保在烧成设备上进行合理的选型和改进。对合成后的色料的细磨除了传统的高速粉碎机等细磨设备外,为改善颗粒组成针对不同品种有的采用了气流磨;湿法搅拌磨等先进设备,在脱水、干燥工艺上除了采用传统的压滤脱水、离心脱水、室式干燥外,也采用了连续式脱水——干燥联合生产线。对成品色料普遍采用了予均化混和处理。有条件的每批量进行了严格的颗粒分析检验。

这几年在新产品开发上,坯用色料主要有硅铁红(Sio2-Fe2o3)、铝铁红(Al2o3-Fe2o3)和钇铝红(Y2o3-Cr2o3-Al2o3),并早已批量生产,其中以铝铁红的国内市场最大。在釉用色料方面主要在于改进一些色料的高温稳定性和提高呈色强度、改善色相方面如高温稳定型锆柔色料的开发(如高温镨黄、高温锆铁红系列等)、红相锆铁红,还有就是在锆系包裹色料方面开发了如包裹紫等到新品种,并提高了包裹色料的高温稳定性和包裹率。

有条件的骨干企业还开展了对色料结构测试、单元操作创新等基础工作,对色料的化学组成、颗粒组成、矿物组成、微观形貌进行初步的研究。

3、标准化和品质管理

2004年由中国硅酸盐学会陶瓷分会陶瓷色釉料暨原辅材料专业委员会,组织相关企业制定了陶瓷色釉产品相关标准(草案)和陶瓷色釉料用电焙二氧化锆标准(草案),经过两年多的工作包括充分讨论和试行,现已正式报批通过,将于2007年下半年开始执行。

国外一些著名陶瓷色料企业,从产品制造流程到产品本身均有严格的内部控制标准,产品质量稳定,因此在国际市场上的信誉高、市场占有率也高,中国有关陶瓷色釉料产品行业标准的出台和施行有行于中国和国际接轨,有行于陶瓷色料产品的规范化、标准化、有利于中国陶瓷色料行业今后的发展。这里以釉用色料标准为例,简单介绍如下。

该标准规定了釉用色料的术语、产品分类、技术要求、实验方法、检验规则及标志、标签、包装、运输、储存。标准对色料的标样和相应检测釉(基釉)及使用的工艺条件作了详细规定。在色料产品检验方面对色料的颗粒分析、色度和色差测定、游离重金属离子(如Cr6+)的测定等项目均有具体规定,包括测试方法和测试仪器(如激光粒度分析仪、分光光度计、原子吸收分光光度仪及重金属溶出量扫描分析仪等)。

在产品检验上分出厂检验(即例行检验)和型式检验。每批产品需经制造厂检验部门检验合格后方可出厂。出厂产品应附证明产品质量合格的文件,并将执行标准号写入其中。型式检验项目更为全面,它包括标准技术要求中的全部内容。型式检验每年进行一次,遇有下列情况之一时,必须进行型式检验。a)试制定型投产的新产品;

b)正常生产产品在原材料、配方、工艺上有较大改变时;

c)停产6个月以上再恢复生产时;

d)出厂检验结果与一次型式检验结果有较大差异时;

e)上级质量监督机构提出型式检验要求时。

结束语

中国的陶瓷色料产业经历了成长期和高速发展期,现已进入稳步发展和成熟期。今后的任务主要是要提高产品质量的稳定性、要开发新产品特别是高档产品,改变过去以初级产品为主的局面,要改进产品的结构,不断开发和引进新产品、新技术;如通过对色料的表面进行改进加工生产高档釉用分散性色料。这种色料可以直接加入到釉浆中,经搅拌后即可快速分散,并与釉浆充分混合均匀,因而使客户在调制印花釉时不用再球磨,从而简化了工艺,提高了生产效率。又如通过对色料的表面属性和深加工生产出高档坯用干混色料,它可直接与喷雾干燥后的粉料直接混合,即可达到均匀呈色的效果,可用来直接压制产品,从而大大简化了传统的混合球磨再喷雾干燥制备色粉,再将色粉与基础粉料按比例混合的工艺,既简化了工艺又节能、高效。

总之,中国正在改变以初级产品为主的的现状,使陶瓷色料产品的结构更加合理,通过加强和完善企业管理、质量管理、新产品开发,加强与国际同行的联系和交流,使中国的色料产业更加健康地发展。

建筑卫生陶瓷色料的选择和简单的配方

陶瓷色料与釉料一样,是装饰建筑卫生陶瓷产品的外衣。它与陶瓷产品的胎体及釉料紧密结合一体,发挥着装饰美化建筑卫生陶瓷产品的作用,从而使产品形成一个五彩缤纷的陶瓷世界。现在陶瓷业的发展已经进入一个新颖的颜色釉时代,建筑卫生陶瓷产品的装饰越来越多地倾向于直接采用各种颜色釉,以构筑琳琅满目的新产品系列,满足国内外市场的不同需求。因此,熟练掌握好陶瓷釉中色料的使用技术,对于提高产品的档次、丰富企业的产品品种与种类具有非常重要的意义。色料使用技术包括了色料应用于陶瓷釉产品的所有的工艺方面,其中主要有色料使用工艺性条件问题;色料色调问题;色料粒度选择问题;色料的相容与排斥问题等几项技术特点与技术要求。色料的问题实际上是一门边缘科学,其中又涉及到其他相关学科,如色彩学、陶瓷物理化学及工艺学方面的问题。陶瓷色料的选择与使用技术关系重大,直接影响到产品的质量事关企业的经济效益。在过去,陶瓷颜料的名称泛指应用于陶瓷装饰的整个呈色原料[包括高温与低温],涵盖面广泛;而色料一词系指仅供于低温烧成陶瓷制品装饰用的颜料,仅是陶瓷颜料的一个种类而已。不过,现在在陶瓷学术界与多数企业,无论是色料还是颜料,习惯上二者名称已经可以互换、交错使用,并无妨碍。

1、陶瓷色料适应的工艺条件。

在陶瓷生产企业中,不同的陶瓷产品使用的各种色料与颜料,应该能够满足实际生产工艺要求,能够形成预期的装饰效果,提高产品的档次。目前建筑卫生陶瓷产品使用的陶瓷色料与陶瓷颜料,要较之日用

陶瓷等更为丰富。建筑卫生陶瓷产品的装饰在彩饰方法上,已经分为釉下彩、釉中彩、釉上彩、色瓷胎、色釉及色化妆土等几个方面。不过,色料的装饰技法种类虽然很多,但使用效果与选择范围各有利弊,在使用时应该加以严格选择。比如釉下彩色料是进行釉下彩饰,上面再覆盖一层透明釉料,呈色纹饰花面处在釉下,具有装饰的玻璃感好。但由于烧成温度高[1200-1320度],可选择的色料品种范围反而较窄;釉上彩则是将色料绘在釉面表面,采用低温烧成后,色料附着于釉表面,由于彩烤温度低[650-830度],具有可供选用的色料种类广泛的优点。

不过由于其色料在釉面上,易产生色料中的金属化合物溶出问题;釉中彩技术界于釉上彩与釉下彩之间[烧成温度为1100-1200度],色料的颗粒处在釉层的中间,色调形成一种朦胧的美感,但所用色料种类亦受一定限制;呈色瓷胎采用了将色料掺配入坯料内,从而使产品瓷质形成出色效果,瓷胎表面一般上透明釉;色釉是将色料与颜料直接引入釉料内,使釉料形成色釉[烧成温度在1150-1280度];还有一种将色料加入到不溶性高岭土中,制成陶衣[亦称化妆土]用于陶瓷制品装饰的,称之为色化妆土,此种化妆土可以遮盖瓷砖不洁的砖坯,作用很大。但仍需在色料化妆土表面再施一层透明釉料[烧成温度为1150-1250度],增加保护与光亮作用。

在实际使用中,各种陶瓷色料与颜料均有不同的烧成范围,温度过高与过低都会给成色带来不利影响。有的色料烧成范围很宽,如铬锡红、海碧蓝之类。既可以用于高温釉下彩烧成又可以使用于釉上彩低温烧成,它们的成色效果皆佳。而有些色料的成色范围固定,使用时忌讳很多,如锑酸铅颜料,就只可以用于釉上彩及低温色釉产品的装饰,如果超过温度,则失去颜色。除了烧成温度外,还有相当多的色料与颜料对烧成时窑内火焰气氛非常敏感,如氧化铜颜料,在氧化焰时呈现绿色,而在还原焰时则要呈现红色,色彩的变化非常大。在充分了解了各种陶瓷颜料的工艺性能后,还应该对颜料的其它方面进行了解,如陶瓷颜料的成色[常用的色料种类]问题、使用温度范围及火焰气氛特点、调色范围及其禁忌要求等,均不应该忽视。

2、常用陶瓷色料及其调配要求

建筑卫生陶瓷产品的色釉装饰趋于丰富多彩,采用的颜料种类也越来越多。随着科技的进步,现代陶瓷工业采用的颜料产品不断出现新的种类与新的使用方法。如近年来出现的稀土陶瓷色料及纳米陶瓷颜料等种类,带给人们以耳目一新的新感觉。这里仅将陶瓷色料的常规种类品种与使用效果介绍如下,因为这些色料仍然是当前最主要装饰材料品种.陶瓷色料制造应注意的事项

1、原料

原料的种类、质量都必须考虑。所谓种类以氧化铝作为原料来说,有氧化铝、氢氧化铝、明矾、高岭土等。应用其中哪一种都可以。原料种类甚多,又各有特性,主要是使其适应于使用的要求。在质量方面成问题的是化学组成(或纯度),矿物组成与制造过程。

所谓制造过程是指以什么样的工艺,在什么样的条件下制造。矿物组成必须注意使用象高岭土那样的天然原料。纯度方面没有必要使用特别纯的物质。最重要的是经常使用质量稳定的原料,且严格掌握成分,不应含有超过允许量的杂质。原料加工粉碎时,最好不用铁质器械,以免铁粉渗入。此外,放置地方也应注意,不让灰尘混入而影响色泽。制造陶瓷色料所用的原料,大致分为土石原料,易熔原料与呈色原料三种。

2、混合制造色料所用的一切原料,必须经过万孔筛,无筛等。其湿度不大于0.3%,方可进行配料,仔细混合。色料在混合中有继续磨细的作用。颜料的细度一般要求通过320目筛无筛等。混合可采用干式

和湿式两种,普通在具有硬质瓷内衬的球磨机中进行。但硬度特高的色料的粉碎和混合则必须采用刚玉质磨球及内衬的球磨机,以免瓷质球磨机的瓷质混入色料中。

一般以湿式混合法为最常用。在混合时决不能与铁质器具接触,以免铁分混入。此点尤为重要。干、湿二法混合方法,均以粉未混合,其粉未无论怎样微细,总不及由物料的可溶性溶液彼此混合更为均匀。当溶液彼此混合后,在混合液中再加入氢氧化钠或碳酸钠使之中和成为沉淀。当混合多种不同的金属盐类时,尤须采用溶液混合和化学沉淀法。这样可使色料发色均匀,鲜艳。在色料煅烧后,如需配加熔剂或其它添加物,仍可送入湿式球磨机中,进行精研。湿式球磨混合,一般多用清水,如遇特殊贵重颜料,在出磨后不应在空气中或恶劣气氛中干燥,或曝露过久,以免损害色泽。为此可用酒精混研,出磨后置电热或蒸汽干燥器中,瞬间即可完全干燥。溶液混合和化学沉淀法多在搅拌木桶中进行。木桶的制造很简单,通常以厚约50-70mm的硬木板制成。桶中插入气管或橡皮管,以便通入蒸汽加热。木桶中并装有供水管,在木桶不同高度上装置截门,便于施行倾泻洗涤操作。

3、烧成(煅烧)

将调制的生料混合均匀干燥后,装于坩埚或匣钵内烧成。烧成温度、烧成时间、烧成气氛必须分别适应各种不同的调制颜料,没有必要用还原焰烧成,一般都采用氧化焰烧成。但铬锡桃红则必须规定用氧化焰烧成。烧成温度是1000-1300℃。也可以与陶瓷制品一起放在窑中共烧。烧成时间愈长愈好,有时须煅烧2次到3次,如煅烧2次时其操作过程如下:

①粉碎一次煅烧物,水洗后以相同温度进行再一次煅烧。

②最初以稍低温度煅烧,再细粉碎混合均匀,然后进行第二次本烧。这种情况下开始不加矿化剂,往往进行第二次煅烧再添加矿化剂。

③第一次仅配入两种或三种成分进行混合煅烧,然后以烧成物与其余部分混合而调之。

4、烧成物的处理

烧成物的处理是根据煅烧过程的不同而异。如系加入熔剂后烧成的熔融物,则须立即流入冷水中,制成熔块使之易于粉碎。如果是低温或高温的烧成物,则须进行粉碎,并用温水或稀盐酸、稀硝酸溶液反复洗涤除净可溶性物质,至洗涤水呈中性反应为止,最后再用清水洗涤,进行干燥。

5、矿化剂和呈色补助剂

所谓矿化剂就是具有一种作用帮助矿化物的生成。它不仅能降低生成的温度,在一定情况下能促使某种矿物的优先形成,而且还能左右生成矿物的色,所以它的择选是非常重要的.一般使用矿物有碱金属化合物,铅硼化合物等,如果其它要作用能控制颜料的色时,就称为呈色补助剂.

6、成品超细度的研磨

将成品进行超细度的研磨,使颜料的颗粒极为微细,从而适当地降低其烧成温度,使之易于熔融,光亮色泽也不为熔剂冲淡。釉下颜料的细度愈小,发色愈强,与坯体结合愈紧密,不易发生变化.实为非常重要的一个环节.一般进料细度在2mm以内,出料细度在60um以下时,已非一般球磨机所能达到,因此颜料成品的最后研磨最好用高频率振动磨机粉碎.

7、颜料使用方法

陶瓷色料必须使用得当,才能达到预期效果.由于釉上,釉下色料不同,其使用方法也不相同.釉下颜料品种不多,过去使用较少.釉下颜料是施于多孔性的生坯或素烧瓷坯上.如果单用水混和,易被素坯吸收而使颜料失其效用.因此必须添加少量胶结物质,使颜料坚固于素坯上,此胶物在烧成时可以挥发掉.最适当的添加物为极稀薄的阿拉伯树胶溶液.其配方比例,由熟练工人的经验而定,若此种物质用量过多,烧成时必然炭化,污损色泽.根据经验,亦可取蒸馏松节油,再加入经糖蜜煮沸的1%亚麻仁油,与颜料仔细混研进行彩绘.

釉上原料常用油脂作为胶粘剂来调和颜料.

胶粘剂配方为:松节油65-70% 松香35-30%

如果用水调色时,必须配制成胶粘剂其配方为:

糊精10克;水10克;白明胶0.03克;甘油0.1克;

使用此种胶粘剂时,在加热中应特别注意只可用小火慢慢加热,切不可使糊精炭化.


该文章转载自陶瓷色料制造应注意的事项

第四篇:AMT技术应用现状与前景展望

AMT技术应用现状与前景展望

整理时间:2008-9-25 10:02:37 来源:中国汽车工业信息网打印评论收藏关闭

您正在阅读的是:AMT技术应用现状与前景展望,欢迎您转贴给朋友。

近几年重型汽车发动机功率200~350kW,输出扭矩900~2200N·m,需要爬行挡速比为10~17,要求挡位间隔小,速比阶小于30%,这就需要使用更多的挡位(8~16个前进挡),而且越来越多地采用副的多挡位变速器。副变速器的采用和挡位数的增多,加大了驾驶员的操纵难度和劳动强度,变速器的故障率上升,手动机械式操纵机构已不适应当今重型汽车的发展。

AMT保留了原手动变速器总成的绝大部分机构,只是将其手动变速的操纵机构用自动操纵机构所取代,生产继承性好,改造成本低,见效快,并且通过软件的优化设计可以全面提高车辆的使用性能。因此,世界各大汽车公司和一些科研院校都在进行此项技术的研究和开发工作。表1给出了手动变速器(MT)与自动变速器的性能比较。因AMT具有较高的性价比,汽车市场对AMT的需求不断增加。

目前,AMT在美国和欧洲已实现了商品化,重型汽车上装配AMT的比例正在逐步增加。据预测,到2008年,欧洲近50%的MT将被AMT取代,部分AT市场也会被AMT占据。因此,近年来世界各重型汽车生产企业都在努力开发新一代的AMT产品。表2列出了世界著名重型汽车公司的AMT产品及主要特点。

我国从20世纪80年代初就开始了AMT技术的研究工作,并取得了一系列成果。在AMT技术理论上的研究与国际水平相当,但在产品化方面,与国外的差距较大。表3列出了国内开展AMT技术研究的单位及其产品特点。

在AMT技术理论研究取得一系列成果后,目前国内研究主要集中在提高系统可靠性、适应性和降低成本上。北京理工大学正在与国内几家汽车公司和变速器生产厂家合作开发AMT产品,这促进了AMT技术商品化、产业化。经过20余年的探索和发展,我国对AMT技术的研究已经逐步走向成熟,已具备了向商品化、产业化转变的条件。推广AMT系列化产品不仅符合我国国情,而且市场发展潜力巨大。欧洲最大的独立汽车变速器GETRAG公司在我国进行了广泛的市场调查后也认为,我国的重型汽车AMT市场前景广阔。

(1)未来10~15年内我国重型汽车技术发展的方向将是全面改善和提高重型汽车的技术性能和使用性能,这为AMT技术的发展提供了足够的空间。

(2)对于城市公交客车,在满足驾驶舒适简便和低成本的双重条件下,AMT应是其首选对象。因此,AMT技术应用于城市公交客车的发展前景广阔。

(3)目前,国内在重型车辆上开发的AMT产品,其执行机构主要采用液压驱动方案。由于大部分重型专用汽车上都具有不同用途的液压系统,本身带有液压油源,因此现有的AMT技术可以直接在其上应用。对于无液压油源但采用了气压制动的车辆,因有气源,可采用气动方案来驱动执行机构。由于专用汽车是一种具有高附加值、高利润的产品,而加装AMT系统增加的成本相对总成本来说比较小,且由此带来的整车性能及售价的提高,对于专用汽车生产厂家来说,无疑具有较大的吸引力。

第五篇:商用航空发动机陶瓷基复合材料部件的研发应用及展望

商用航空发动机陶瓷基复合材料部件的研发应用及展望

商用航空发动机是航空产业的重要支柱,随着气动热力学、结构力学和材料科学的飞速发展,大涵道比涡扇发动机向着低油耗、低排放、低噪声、易维护、高可靠、长寿命等高效能方向发展,已成为先进商用航空发动机的研发目标。基于大数据挖掘,在不改变涡扇发动机现有布局的前提下,要达成上述性能指标,依靠创新材料和新颖构型成为根本性的解决途径。

近半个世纪以来商用航空发动机技术,尤其是燃烧室技术的进步,发动机的推重比得到了显著提高,飞机的性能因此得以大幅提升。随着终端用户对飞行航程和速度要求的不断提高,对发动机高推力、高推重比要求的同时,减少NOx和CO排放等环保指标也越来越苛刻,导致发动机的增压比、涡轮前温度、燃烧室温度以及转速也必须不断提升。就材料而言,当前高效航空发动机喷射出高热气体——足以达到传统钛合金、镍基高温合金使用温度的极限,现有合金材料方案无法完全满足下一代先进发动机设计对耐热的需求,在实际应用中,不得不对高温部件采取气冷以及热障涂层防护等措施。但冷气的应用一方面会减少燃烧空气,降低发动机燃烧效率;另一方面,使部件结构复杂化,不仅增添了加工难度,且研制和维护费用也随之提高。

高性能航空发动机追求不断提升涡轮前温度,对热端部件用材的高温强度、抗腐蚀性及抗氧化性能要求也越来越高,推重比15~20发动机的涡轮前温度将达到1927℃/2200K,耐温高、密度低、有类金属的断裂行为、对裂纹不敏感、不发生灾难性的损毁等优异性能的陶瓷基复合材料(Ceramic Matrix Composite,CMC)取代高温合金,满足热端部件在更高温度环境下使用,不仅有益于大幅减重,还可节约冷气甚至无需冷却,从而提高总压比(Overall Pressure Ratios,OPR),实现在高温合金耐温基础上进一步提升工作温度400~500℃,结构减重50%~70%,势必成为高推比航空发动机的关键热结构用材[1]。

陶瓷基复合材料由连续纤维增韧补强陶瓷基体,具有低密度、高硬度、耐热和耐化学气氛,加之其固有的性能,在广泛的领域,如航空发动机热端结构件、尾喷系统以及内燃机应用中,被视为取代高温合金、实现减重增效 “升级换代材料”之首选。

商用航空发动机与军机不同,更注重长寿命、高可靠性、易维护、环保型、经济性等指标,通过采用更多新材料、新结构、新工艺,同时满足严格的适航认证,才能投入商用。

陶瓷基复合材料在大涵道比商用航空发动机的应用已呈快速增长趋势,被认同为高新技术,是反映一个国家航空航天高端制造业水平、关系国家安全的新型战略性热材料。CMC历经30余年的研发,已开始进入商业市场,以空客为例,从A320到A320neo的飞发换装,借助CMC在内的复合材料应用,有望提高发动机燃效15%。我国大客发动机动力处在追赶先进的研制阶段,不远的将来,将推出装配具有自主知识产权CMC部件的国产长江系列商用航空发动机。

商用航空动力之争——先进发动机

波音和空客是国际著名飞机制造商的两大巨头,几乎垄断了中、大型商用飞机的国际市场。在新一代窄体机中,除了波音737MAX、空客A320neo之外,近年还接连涌现了中国商飞C919,巴航工业E-Jet E2、庞巴迪C系列和俄罗斯MS21等新生力量。

目前商用航空发动机市场基本由GE、P&W、R-R和CFM垄断,俄罗斯和中国在积极努力参入,该领域的技术进步直接推动着整个航空业的升级换代。

其中,CFM是GE和SAFRAN(法国赛峰)集团旗下SNECMA(斯奈克玛)公司对半合资成立的公司,已向波音和空客提供了2.5万余台中型客机用喷气发动机。其经典之作CFM-56是全球装机最多的一款发动机产品,堪称传奇。针对新支线的换装,将推出LEAP(Leading Edge Aviation Propulsion)作为替代产品参与竞争,并将成为CMC应用的首款商用航空发动机面世[2]。

空客于2010年12月1日正式启动A320neo项目,该项目与波音稍后启动的737MAX项目一样,重点是换装新型发动机。与737MAX不同,A320neo有两款备选发动机,分别是P&W的PW1100G-JM和CFM的LEAP-X1A。

事实上,只有A320neo项目有两款发动机型号供选择,其他客机项目都只选择了唯一的发动机供应商:庞巴迪C系列、三菱重工MRJ、伊尔库特MS-21和巴航工业下一代E-Jets选择了PW1000G系列,737MAX和中国商飞的C919则选择了CFM的LEAP-X发动机。

因此A320neo的发动机是P&W和CFM唯一针锋相对的市场,总计近2500架的庞大订单也给这场动力之争增添了更多火药味。起始于20世纪80年代的窄体客机的动力之争,伴随着多年来的技术发展,比拼已进入一个全新的阶段。CFM和P&W选择了两条不同的技术升级路线。PW1100G-JM以齿轮传动见长;LEAP-X则在复合材料应用上下足功夫,也成就其一大亮点。PW1100G-JM发动机采用传统的金属材料制造,而LEAP-X发动机则凭借采用更多复合材料应对。相比现役发动机,尽管LEAP-X和PW1100G都大幅增加了风扇尺寸和涵道比,但CFM公司把更多精力放在发动机热效率的提高上,P&W公司则着重提高发动机的推进效率。两家都宣称,自己下一代发动机比现役A320产品的油耗将降低15%。按每加仑2.5美元计,每架飞机一年就可节省百万美金的航油费,换发效益可观。CFM公司和P&W公司各凭借其“二十年磨一剑”的技术优势开启了未来数十年的竞争,目前两家斩获的发动机订单数量基本上旗鼓相当。

CMC——陶瓷基复合材料

传统概念的陶瓷材料通常易碎、脆性大及可靠性差,不适合发动机应用。为了工程应用需克服其固有的致命弱点,人工创新出CMC这种全新的复合材料,它基于陶瓷组分,采用高强度、高弹性的纤维与成分相同或相近的基体复合,纤维用以阻止材料中裂纹的扩展,从而改善韧性,实践证明已成为提高CM可靠性的一个有效方法。复合后的陶瓷材料兼具优良的强度和韧性,强韧化方式有“纳米晶粒增韧”、“原位自生增韧”、“仿生结构增韧”和“增强体增韧”4种[3]。

替代高温合金作为发动机高温结构部件用材料,CMC具有诸多优势:(1)SiC/SiC密度为2.4~2.6g/cm3,仅相当于高温合金1/3程度,可有效降低结构重量;(2)耐温、能承受更高的工作温度,减少或省去冷却气体,从而提升涡轮效率;(3)可减少为降温而设置的附加结构,简化发动机结构设计;(4)因为冷却气流更少和燃烧室温度更高,燃烧将更为充分,排放气体中的CO和NOx的量更少,尾气更为洁净;(5)叶片可以有更高旋转速率,有益于更大推力;(6)高比强、高比模、高硬度、耐磨损、耐腐蚀;(7)高温抗氧化、抗烧蚀,具有高温热稳定的耐久性能;(8)热膨胀系数、热导率高,纤维和基体间热应力小。

因此,对裂纹不敏感,可避免灾难性损毁等优异特性的CMC,能实现更长的使用寿命,被认定为21世纪航空航天等高温部件最有希望的应用材料,成为航空发动机应用的一个发展趋势。

依所用陶瓷基体不同,CMC一般为氧化物基及非氧化物基两大类。CMC组元纤维的化学成分多采用与基体相同或相近的材料构成。氧化物CMC,增强材料采用氧化物纤维,基体材料多为高熔点金属氧化物,常用基体有氧化铝(Al2O3)、钇铝石榴石(YAG)、氧化锆(ZrO2)等;非氧化物陶瓷基复合材料,主要采用陶瓷纤维(C或SiC)和纤维增韧补强SiC材料(C/SiC或SiC/SiC)两种。尤其是SiC/SiC,不但保持了SiC陶瓷优异的高温力学性能和良好的抗氧化性能,还克服了韧性差等致命弱点。氧化铝基纤维主要优点是抗氧化,缺点是抗蠕变性差;碳化硅陶瓷纤维则具有良好的综合性能,但使用温度有待进一步提高。

CMC典型的制备方法有:化学气相浸透(Chemical Vapor Infiltration,CVI)法、先驱体浸渗热解(Polymer Impregnation and Pyrolysis,PIP)法、浆料浸渍结合热压(Slurry Impregnation and Hot Pressing,SIHP)法和反应性熔体渗透(Reactive Melt Infiltration,RMI)法等。其中CVI法可用于基体、界面层和表面涂层制备;RMI工艺通过熔融的Si或气态Si渗入有适当孔隙的陶瓷纤维预制体内部,通过Si 和C反应形成SiC基体,对控制部件内空洞缺陷发生、达到致密、实现低成本制备有益。

采用CVI、PIP工艺,可获得无残留Si的CMC材料,但致密度难以达到90%以上(气孔率低于10%),制备的部件多用于航天领域服役时间短或军机的尾喷部件;而服役长寿命的航空发动机热端部件,需达到98%以上致密度,同时消除残余Si以确保抗蠕变性能,通常采用上述工艺与熔渗(RMI)相结合,所获得的CMC耐温水平高,较比当前通用的高温合金“单晶+涂层+冷却”组合,其耐温能力提升400℃以上,已成为新一代航空发动机用材的趋势选择。世界各技术先进国家都把它为推动航空发动机重大进化作用的高新材料,而加以重点开发和应用。

连续纤维作为一种“增强体”,能最大限度地抑制陶瓷缺陷的体积效应,有效偏折裂纹、消耗纤维拔出的断裂能,从而发挥纤维增韧和补强作用,强韧化效果最好。所形成的连续纤维增韧补强陶瓷基复合材料(Continuous Fiber Ceramic Matrix Composite,CFCC)从根本上克服了陶瓷脆性大和可靠性差的弱点,加之自愈合组织形成和应用,使其具备有类金属的断裂行为,对裂纹不敏感,不致发生灾难性损毁等特征。优异的强韧性使其成为新型耐高温、低密度热结构材料发展的主流,连续纤维增韧碳化硅CMC是目前研究最多、应用最广泛的CMC材料,在航空发动机领域具有广阔的应用前景[4]。

应用于航空发动机热端部件,高温和腐蚀性环境会对CMC造成损伤,进而降低其性能。需要通过在其表面涂覆环境阻隔涂层(Environmental Barrier Coating,EBC),以阻隔材料组分与外部破坏性因素的反应,进而延长CMC使用寿命。EBC材料组分主要是金属氧化物或无机盐类化合物,通常有YSZ(ZrO2+8%Y2O3)、钡长石、莫来石+BSAS/Si等[3]。

由连续纤维补强增韧陶瓷基体复合成材的“混搭”,类似于“钢筋+混凝土”组合,连续的陶瓷纤维根据需要,可编织成1D(一维)、2D(二维)、以至3D(三维)的“钢筋”骨架(纤维预制体)、“混凝土”则为骨架周围紧密充填的陶瓷基体材料,这使其具有高比模、耐高温、抗烧蚀、抗粒子冲蚀、抗氧化和低密度等优点,且强度特别是韧性相比单相陶瓷的应变容限大大提高,维持高强度的同时也获得高韧性。实现减重的同时具备优良的耐涡轮前温度性能,减少冷气量,进而大幅提升发动机工作效率。成为1650℃以下长寿命(数百上千小时)、1900℃以下有限寿命(数分到数十分钟)和2800℃以下瞬时寿命(数秒至数十秒)的热结构/功能材料。

严格化学计量比的SiC陶瓷纤维具有低密度、抗磨损、高基体强度和最高耐温特性;氧含量低于2%的SiNC纤维50~500丝束,可有效提高1350℃/2462℉温度下的抗蠕变和化学稳定性。优质纤维复合的CMC有利于展示最高耐温能力和源自其基体的力学性能,将作为航空发动机涡轮热端部件发挥效能[2]。在喷气发动机进化史中,涡扇发动机材料耐温能力平均每10年以10℃/50℉速度提升。而按照GE预测,未来10年单就CMC部件应用一项,发动机耐温能力就将改善66℃/150℉,效果相当显著[2]。

CMC面向航空发动机应用的研究积累

在纤维用于制备航空发动机构件的选型上,美国做出了最为广泛的研究。1994年,NASA的EPM(Enabling Propulsion Materials)项目选择SiC /SiC作为HSCT(High Speed Civil Transport)发展的最佳材料系统,开展了SiC纤维、纤维涂层和基体组成的组合工艺优化等研究。之后,CMC成为了航空发动机设计与制造商所青睐的航空发动机高温部件(如涡轮静子的导向叶片、涡轮转子叶片、燃烧室和尾喷部件等)的重要候选材料,并取得突破性进展[4]。

CMC的应用在提高推重比、提高使用温度、简化系统结构等方面可带来显著效益。对于航空发动机长寿命CMC热端部件的开发,世界各国家已竞相投入资源展开研发。

从20世纪80年代中期开始,NASA就已开展CMC技术研究,从先进高温发动机材料技术(HITEMP)项目开始,实施过IHPTET、UEET、VAATE等大型项目,重点研究了先进材料与结构,其中用于航空发动机的CMC高温部件是攻关重点[1]。

在IHPTET计划第2阶段的ATEGG验证机XTC76/3上,GE联手Allison公司使用从EPM(Enabling Propulsion Material)项目中获得的材料,开发并验证了Hi-Nicalon纤维(占40%)增强CMC燃烧室火焰筒。该燃烧室壁可耐温1316℃/1589K,并与由Lamilloy结构材料加工的外火焰筒一起组合成先进的柔性燃烧室。IHPTET计划第3阶段在ATEGG验证机XTC77/1上,GE与Allison一道开发了CMC燃烧室3D模型,验证了空心叶片。燃烧室3D模型采用正交各向异性材料特性,改进了热力和应力分析。与典型的镍基高温合金的静子叶片相比,减重50%,冷却空气量减少20%[5]。

在IHPTET计划第3阶段的JTAGG(联合涡轮先进燃气发生器)验证机XTC97上,霍尼韦尔(Honeywell)和GE公司考核验证了CMC高温升燃烧室。该燃烧室在目标油气比下保持较小分布因子数据[5]。

在超高效发动机技术(UEET, Ultra Efficient Engine Technology)项目中,材料和结构是其攻关重点。拟实现起飞与着陆距离缩短70%、NOx排放降低70%、油耗与成本下降8%~15%等目标。而CMC作为燃烧室火焰筒和涡轮静子叶片的关键材料,占材料和结构研究总研制费用近30%[1]。

通过多用途、经济可承受的先进涡轮发动机(VAATE)项目研究,开发和验证了CMC燃烧室等技术,基本实现“减排增效”目标。GE公司在TECH56计划下开发的CMC燃烧室,考核验证了提供较大温升且冷气用量减少等性能。

在GE公司角逐用于窄体客机的下一代发动机LEAP-X中,CMC将作为关键验证项目,同时也计划在GEnx型号上采用陶瓷基复合材料燃烧室火焰筒。

在高速研究(HSR)项目中,EPM作为子项目,重点研究了CMC燃烧室火焰筒技术;在1205℃/1478K、大于9000h的热态寿命下,仍保持13.78MPa的应力水准;燃烧室扇形段试验已考核其具有200h,践行了如下开发策略[6]。

(1)在代表飞机任务循环的工作状态下进行发动机试验,验证1205℃/1478K条件下,CMC燃烧室火焰筒的耐久性;(2)提高CMC和EBC的耐温能力,研制1482℃/1755K和1649℃/1922K体系,以大幅减少甚至取消燃烧室火焰筒的气膜冷却,进而扩展CMC的应用范围。目前,通过以下途径,明显提高CMC的耐温能力,并开展热态工作300~1000h下提高其承载能力研究条件:

(1)改进工艺,减少或除去影响CMC蠕变性能的因素;(2)改进SYLRAMICTM 纤维热处理表面,提高抗蠕变性能;(3)采用类似于Hi-NicalonTM的SiC纤维;(4)通过优化工艺,降低复合材料特性值分散度,在开发1482℃/1755K 用CMC基础上,同时研发和验证1649℃/1922K CMC体系的可行性。

GE明确将CMC作为未来发展的核心技术,多年来持续投入和研发CMC工艺技术,通过合纵连横开拓美国内外的产学研资源,在CMC研究与应用领域奠定了领导地位,作为标杆值得后来者借鉴。为此,联合法国SNECMA、日本IHI和德国MTU,开展大量协作和部件试制、考核试验,对CMC材料做了数千小时的测试,于2003年就已将CMC材料用在工业燃气轮机上,已服役超过48000h。从燃机用涡轮外环、燃烧室内衬工程化应用中,确认CMC的技术成熟度已足以应用到航空发动机核心部件。

GE公司报道了耐温1205℃/2200°F、减重70%的CMC低压涡轮导向叶片的关键性试验以及在F414军用发动机上进行了CMC材料涡轮转子叶片试验,拟应用到GE9X发动机的高压涡轮二级转子叶片。

R-R联合GE公司将CMC应用于发动机F136(配装F-35)的涡轮导向3级导叶上[7],耐温可达1200℃,重量比传统高温合金部件明显减轻(大约只有镍合金的1/3和钛合金的1/2)[8]。

在FAA与NASA牵头的CLEEN(Continuous Lower Energy, Emissions and Noise)项目中,波音公司承担CMC声学尾喷(Acoustic Nozzle),R-R公司则负责CMC 涡轮动叶外环组件(Turbine Blade Tracks)[9]。NASA在ERA(Environmentally Responsible Aviation)项目和其他航空发动机计划中,在燃烧室、涡轮叶片和尾喷管等应用CMC,以减少发动机油耗、NOx 排放和降低噪音。其中,R-R 承担CMC 尾喷管的研制工作[10]。

GE公司在NASA的N+3先进发动机项目中,对2030~2035年将投入运营的高效安静小型商用发动机也参与了预研。在该项目中,除整体碳纤维风扇导向器/前机匣、复合材料风扇叶片和复合材料风扇机匣、全复合材料整体短舱等外,还包括采用新一代CMC的燃烧室、高压涡轮叶片、低压涡轮叶片和高压涡轮外环和整流罩等研究[6]。

20世纪90年代,为解决上一代基体/纤维之间的热解碳界面氧化损伤所造成的寿命短等问题,SNECMA公司研究了自愈合基体技术,开发出新一代SEPCARBINOXR A500和CERASEPR A410产品[5]。

NASA与美国联邦航空管理局(FAA)合作开展的CLEEN(Continuous Lower Energy,Emissions,and Noise)着重“持续降耗、减排和降噪”目标,聚焦在结构件和新技术以降低发动机油耗、排放和噪音。历时5年在CMC涡轮导叶制备及声学优化尾喷嘴方面取得了技术进步[9]。

2013年1月NASA利用R-R的Trent 1000发动机台架加速试车考核了该CMC尾椎,如预期实现了73h,未发生热或结构应力问题。

此外,P&W还联合MTU和IHI(日本石川岛播磨重工)开发新型发动机。

欧洲的陶瓷基复合材料技术以法国的CVI和德国的熔渗硅(Liquid Silicon Infiltration,LSI)工艺为代表。其中法国SNECMA公司和美国合作,共同研发了推力矢量CMC密封调节片,并正式装机,经1000h考核均未发现破坏迹象;德国进行了CMC燃烧室内衬的对比试验,在Kl?ckner Humboldt Deutz T216型燃气发动机经10h试验后,CVD-SiC涂层C/SiC火焰燃烧室出现了C/SiC基材和涂层之间的分层剥落,而CVD-SiC涂层C/C火焰燃烧室未出现损坏,SiC/SiC火焰燃烧室则由于自身具有良好的抗氧化性能,经受住90h的试验而无损坏。试验考核也表明:采用CVI工艺的 SiC/SiC的液体火箭发动机燃烧室壁及喷嘴,可经受累积高达24000秒点火考核和400次热循环。

日本政府1989年通过执行为期8年的“超大型耐环境先进复合材料规划”,其目的是确定以航天航空、能源为主的各领域所需的高温环境下具有耐热、高比强度、高比模量、耐氧化性等优异性能先进材料的基础技术,开发成功SiC基CMC,一跃成为当今通用级和尖端应用级SiC纤维最大出口国,法国、美国等CMC用SiC纤维基本都依靠日本供应。日本的两家实验室、4家企业,从1999年参与ESPR项目研究,参与国外的PWA、GE、R-R和SNECMA等领先发动机供应商组建建设的联合队伍,设计并试验了CMC燃烧室和涡轮部件。以IHI为代表的日本产学研机构分别在美、欧申请专利,介绍了陶瓷基复合材料应用件的制备和应用情况。他们采用CVI+PIP 工艺制备SiC/SiC火箭发动机推力室,并完成了热试车考核,推力室的最高工作壁温为1424℃。

俄罗斯CIAM也在瞄准国际先进,开展了CMC燃烧室部件的试制和考核工作。

涡轮叶片工作在燃烧室出口,是发动机中承受热冲击最严重的部件,其耐温能力直接决定着高性能发动机推重比的提升。CMC对减轻涡轮叶片重量和降低涡轮叶片冷气量意义重大。国外近期应用目标是尾喷管、火焰稳定器、涡轮外环等;中期目标在低压涡轮静子和转子叶片、燃烧室、内锥体等应用;远期目标在高压涡轮静子和转子叶片、高压压气机和导向叶片等应用,显示出明显的减重效果、提高温度、大幅减少冷却气量等,但是涡轮叶片的使用寿命尚短,有待深入研究[3]。

目前,多家国际研究机构已成功研制出CMC涡轮叶片,美国和法国以推重比8~10航空发动机为演示验证平台,对尾喷管、燃烧室和涡轮三大单元进行了大量考核。

我国从20世纪80年代开始,就有张立同院士领导的西北工业大学研发团队,以及国防科大、中航复材和上海硅酸盐研究所等先后跟踪国际前沿启动研发工作,在CMC基础及应用领域持续耕耘,技术与制造水准跻身国际先进行列,具备构件研制、工程化和小批量生产能力,技术与国际水平相当,在部分领域甚至领先于国际水平,工程产业化差距正在缩小。

综上所述,为拓宽CMC在商用航空发动机热端部件上的应用,未来还需进一步完善如下关键技术:高温工况下稳定的高性能陶瓷纤维、匹配良好的纤维防护涂层、批产成熟的CMC高致密度复合工艺、自愈合功能组织以及EBC涂层等。

CMC在商用航空发动机中的应用进展

国外航空发动机上应用的复合材料正在从低温向高温,外部冷端向内部热端,军机尾喷系统向商用涡轮、燃烧室方向推进,显示出相当大的应用潜力。美国GE和法国SNECMA公司在CMC的研究及应用领域处于世界领先地位,CFM公司更将CMC应用作为未来核心竞争力来重点开发,已制备或通过试验的部件主要有:燃烧室内衬、燃烧室火焰筒、喷口导流叶片、涡轮导向叶片、涡轮外环及尾喷相关部件等,奠定了CMC构件迈向商用发动机应用的基础。

美国在CMC应用于航空发动机领域做了大量的研究积累工作,NASA和GE研制的CMC密封片/调节片已实现产品化,应用到F100、F414、F110、F119等军用发动机上,装试燃烧室火焰筒的CMC内衬也已通过全寿命考核验证,进入应用阶段。有报导称,GE 公司利用F414 军用发动机开展CMC 材料涡轮转子叶片的关键性试验,并明确将该CMC 应用到下一代GE9X发动机高压涡轮二级转子上。

CFM应用在LEAP-X发动机上的复合材料技术,除典型的3D编织碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)风扇叶片和风扇机匣(图1),以及氧化物CMC尾椎外,就是CMC用在最具挑战性的核心热端部件。CFRP采用传递模塑(RTM)工艺制造;尾椎采用的是3M公司的Nextel610氧化铝纤维增韧补强铝硅酸盐氧化物基体CMC。后者是现今为止最大的氧化物CMC部件,外部套环直径约1.6m/5.25英尺、长度约1m/3英尺,位于其内部的尾椎端到端部长约2.1m/7英尺,是CMC应用领域具有标志性成果。

商用航空发动机方面,法国SNECMA公司首开CFM56-C用CMC混气锥应用,耐温超过700℃的同时,可实现减重35%。2011年启动地面和飞行测试,已在空客A320上通过700个发动机循环,包括200h发动机试车和70h试飞,计划于2014~2015年取得法国适航认证,为空客A380、A400飞机提供引擎动力。

将CMC用于发动机,对以镍基为主导的结构设计可实现减重、减少冷气用量,使油耗降低、燃烧性和持久性改善,使发动机运行到更高推力、更高效率。发动机上高压涡轮一级外环主要用来控制高压涡轮叶片和机体的间隙,承受从发动机燃烧室出来的高温高压气体,是整个发动机工作环境最恶劣的固定部件之一。如果采用传统的镍基合金外环,由于其耐温不及CMC,需使用原本用来产生推力的高压空气进行冷却,分流了冷气量,影响到发动机效率发挥。在LEAP-X发动机上应用该CMC部件,每一CMC环块单元重约1Kg,仅相当于镍基高温合金的1/3,整个外环减重达数百磅,使得高压涡轮效率和耐久性大幅提高,推力改善10%;此外还应用了经过验证的CMC低压涡轮导向叶片,采用了新气动设计结构和减震机构,重量为传统合金件的1/2以下,耐温1200℃以上,且无需冷却,便于成形加工。LEAP-X发动机的涵道比达10~11,相当于CFM56发动机的两倍,CFRP和CMC复合材料的应用,更有效地降低噪声并提高推进效率。据CFM公司消息,已完成多台核心机、验证机的考核工作,测试考核超过两万多小时,部件性能结果超过预期,LEAP-X发动机拟于2016年装配商用客机首飞。

复合材料在现代航空发动机上的应用数量日益增多,GE公司在此领域一直处于领先地位。该公司率先应用复合材料技术在新一代商用发动机GE90上,实现了更轻、燃油效率更高,风扇叶片在服役中表现优异,运转效率更高、噪声更低等性能方面取得成功,随后在GEnx发机和LEAP-X发动机上应用了更多的复合材料。

波音研究与技术中心开发的声学喷嘴可提升发动机性能至更静、更轻和更高效。喷嘴按设计要求寿命需达到55000h,模拟预测表明持续服役时间会超过预定指标[7]。

R-R通过收购的位于美国加州的Hyper-Therm HTC Inc.公司,CMC生产C/SiC和SiC/SiC,寄希望对现有单纯依靠高温合金单晶叶片的发动机在重量和性能上带来变革[7]。

P&W当前出于“成本与可靠性”考量,主要聚焦在“先进冷却”技术的突破,也将CMC具有的提高燃油效率的潜在能力列入其发展目标。

SNECMA公司生产的密封/调节片已装机使用10余年,结果表明其抗疲劳性能优于高温合金,减重50%。基于连续纤维增韧补强陶瓷基复合材料的优良特性,在新一代的LEAP-X中型发动机采用CMC低压涡轮,提高其耐热性,实现了轻量化。

IHI通过推进CMC技术工艺开发,承制了新一代CMC低压涡轮导向叶片高温部件,耐温可达1300℃,加之减重效果,发动机的燃效有望进一步提高10%,计划于2020年实现商用,作为空客A320neo的后续换发,以及有望于2019年投放市场的波音777后续机型上应用。

目前,美国和法国以推重比8~10航空发动机为演示验证平台,对涡轮、燃烧室和喷管进行了大量考核。据悉,美国研制的燃烧室构件已通过工程验证,最高考核温度为1200℃,累积考核时间达15000h。通过了全寿命5000h和高温段500h测试,即将进入应用阶段。美、法作为CMC应用到航空发动机的先进国,在长达30多年的研发及应用实践中,积累了丰富经验,已达到相当高的技术水准,形成了较为完备的工业技术体系和产业配套能力。

GE公司已将CMC列为其未来发展的核心技术之一。就像此前将GEnx的新技术应用到CF6发动机上一样,随着CMC技术进步,也将逐步应用在配套波音787和747-8的GEnx发动机上,并在GE和CFM的新一代发动机上全面推广。随着NASA的N+3先进发动机项目成果的实施,复合材料的应用将达到一个新的水平。据悉,国外的CMC材料已成功应用到高推重比的军用航空发动机燃烧室中。GE公司坚信,如同树脂基复合材料在“梦想”787应用引起的技术革新一样,应用于发动机热端部位的CMC也会引领商用发动机材料技术新的进化。

经过30多年的不懈努力,CMC已在航天运载火箭结构件、航空军机整流和尾喷系统获得良好的应用,在商用航空发动机领域应用研发也初见成效。通过复合材料的应用,近50年来商用飞机的油耗指标几乎下降了1/2。随着各国争先对工艺技术研发的重视,以及对批产制造产业化投资的扩大,CMC商用的爆发增长拐点已经到来。

在CMC研发应用领域,我国与国际先进水平相比仍存较大差距,在技术成熟度提升、工程化和产业化方面尚需努力,致力自主创新,必须在工程化阶段破解好“五化“工程应用技术课题:一体化、纯净化、致密化、平滑化和梯度化挑战,夯实CMC应用于航空发动机部件批产化基础,构建CMC产品“材料-工艺-设计”一体化能力,从结构、功能和表面完整性等方面确保长寿命和高可靠性的产品早日走向商用。

CMC面向商用航空发动机产品的机遇与挑战

CMC作为一种新型材料,通过相应的新结构设计,运用到商用航空发动机制造时,需要进行大量实测评估、试验考核,以确保产品的安全和可靠性、满足适航要求。

美国的CMC应用领先离不开诸多创新型高科技企业的支撑,诸如以MATECH、ATK和COI Ceramics Inc.等高科技企业作为创新主体的CMC产业链初具规模。

研发力求稳定CMC性能和增加陶瓷纤维(氧化物和非氧化物)产量,各供应商基于成熟的定型工艺,已从全尺寸的演示、试制件考核中获得良好的评价结果。

作为新的发动机用材,基于CMC风险因素考量,CFM先期仅在固定部件上应用,现有技术成熟度可满足固定部件的可靠性要求,未来CMC材料还将用在发动机的更多部件上。CMC还存在若干阻碍其商用推广的问题需要解决:

首先,CMC材料性能数据短缺、设计应用经验不足,需要开发特定应用环境下寿命评估方法的及必要的软件工具。

由于纤维增强CMC结构强度具有很大的随机性,作为航空发动机的高温部件无法采用常规金属部件惯用的安全系数等确定性设计方法,有必要采用概率设计方法,进行可靠性分析。同时,还要重视CMC材料标准、性能数据、寿命评估方法与工具等体系方面的积累,建设基于CMC数据库支撑的评价方法,形成一套完整、经过验证的CMC适航符合性设计与验证技术体系。

依据中国民用航空发布的新版《航空发动机适航规定》[11],CMC作为商用航空发动机用用的新材料,需要满足第33.15条的规定:发动机所用材料的适用性和耐久性必须满足下列要求:(1)建立在经验或试验的基础上;(2)符合经批准的规范(如工业或军用规范),保证这些材料具有设计资料(数据)中采用的强度和其他性能。

其次,CMC 部件的制造费用仍高出传统高温合金数倍,成本偏高,需在确保质量的前提下,实施精益制造,改进加热温度、升温时间、降温周期等来控制工艺各周期中化学组分的变化,通过缩短循环周期等优化批量生产工艺来有效降低成本,实现最佳效益。今后,如何运用CMC提高航空发动机性价比,是在商用航空发动机普及应用该先进材料的一大挑战。

再则,发动机构件工况苛刻,某些部件需暴露于高温、氧化、冷热冲击循环中,还需承受水汽、氧和燃烧固体颗粒的侵蚀;若在海上飞行,还要承受海盐的侵蚀,燃烧室还需耐受由富含燃烧副产物氯化盐和硫酸盐等所引起的加速氧化等考验。

此外,CMC的表面完整性精细加工也应引起足够重视。因为SiC的硬度接近金刚石,工业上常用作磨料或刀具来加工其他材料,所以需采用坚硬的金刚石来研磨,近年来借助脉冲激光手段加工精细微孔等渐受青睐。

还有需要引起重视的关联技术,就是CMC与金属间的联结和结构完整性(Joining and Integration)工艺探索,随着扩散连接(焊)(Diffusion bonding)、高温耐久钎焊(Brazing)的进步,必将开拓以金属骨架接合CMC结构为代表部件的广阔应用领域。

国际同行普遍认为,CMC是发动机高温结构材料的技术制高点之一,技术门槛高、投入大,通常反映所在国航空装备设计和制造能力的顶尖水准。目前仅有美国、法国等少数国家掌握高性能SiC纤维和致密化CMC的产业化技术。

GE旗下的航空业务集团已计划在GE9X燃烧室衬套、高压涡轮喷嘴、外环和涡轮叶片这些热端部件上使用CMC材料;相应地,LEAP系列发动机也能从GE9X项目中借鉴诸多宝贵的工程化和产品化经验。

尽管当年GE90发动机上采用宽弦叶片也广被质疑,最终是通过实践证明了其正确的选择。GE方面已经为CMC材料进行过大量测试,与风扇叶片从金属材料转到树脂基复合材料所付出的时间等考验相类似,转向CMC的应用同样需要花费相应的代价来证明,允许人们从中建立起对CMC安全可靠应用的信念。出于风险控制的考量,现阶段CMC还只能应用在固定部件上。基于已有的数据有理由相信,随着研究深入和科技进步,稳固而扎实的创新将渐趋完美地发挥出CMC的优异特性,未来势必开拓出更多商用航空发动机核心部件上的新应用。

国内商用发动机由中航工业商发作为主承制商,牵头实施国家级商用发动机研发项目,负责组织国内外产、学、研优势资源,通过强强联合、协同攻关拓展国际国内合作空间,为涡轮静子件、浮动瓦块应用扫清路障,逐步夯实CMC工程化、产业化的应用基础。

结束语

来自GE公司官方的预测:未来10年对CMC的需求将递增10倍。据此,为应对CMC部件需求增长带来的产能压力,2013年6月GE投资1.25亿美金,在美国北卡罗莱纳州的阿什维尔建设1.16万m2的生产基地,用以支撑LEAP-X发动机CMC部件的量产,也为日后GE9X发动机供应所需CMC批产部件,并将逐步应用到为波音787和747-8提供动力的GEnx上,以及在CFM的新一代LEAP发动机上全面推广。

为确保高端SiC纤维的供应,2012年4月GE还携手SNECMA对外发布,将联合日本碳素公司(Nippon Carbon)合资成立NGS公司(NGS Advanced Fibers Co.Ltd.),生产和销售“Nicalon”品牌SiC连续纤维,以确保“两强”对CMC关键原材料SiC纤维的持续供应能力。

GE正努力将CMC应用到发动机的各种部件,包括涡轮叶片升级用到F414中,预计到2016~2018年间将日产800个CMC成品部件,以兑现大力拓展CMC发动机部件应用的承诺。

CFM准备从2016年开始由CFM56的生产逐渐过渡到LEAP-X发动机,到2020年实现年产1700台发动机。为实现这一产能需求,计划投资7.5亿美元,在美国密西西比州埃利斯维尔新建和扩建厂房,总面积扩至139350m2,用于量产CMC材料部件。

CMC在国外航空发动机上的应用已取得一定的应用成就,国内的技术成熟度和制造成熟度还不够高,工艺技术尚待优化完善,离满足适航审定要求差距明显。要想早日投入应用,还须不断优化CMC制造工艺,探索科学的概率设计方法,掌握该材料服役行为规律,解决高温服役工况条件下的耐久性和安全可靠性等问题。

面向国产商用航空发动机对CMC热端部件的需求,出于风险可控因素考量,参照国际同行经验,在技术成熟度基本满足固定部件可靠性要求的前提下,优先发展高压涡轮外环、涡轮导向叶片和燃烧室内衬等热端固定件上应用CMC材料,随着研究的进一步深入,再逐渐拓展到包括涡轮转子等更多发动机部件的应用。在航空发动机用CMC构件的研制与应用考核方面,可参考如下原则循序渐进:

(1)先易后难(先静子件后转子件、先低温件后高温件、先简单件后复杂件的原则)发展,充分进行发动机验证平台的考核评测;

(2)优先发展中温(700~1000℃)和中等载荷(低于120MPa)静子件(如尾喷管/内锥体构件);

(3)在积累基础上发展高温(1000~1300℃)和中等载荷静子件(如涡轮外环、导向叶片及燃烧室内衬等);

(4)更高载荷(高于120MPa)静子或转子件(如涡轮转子和整体叶盘等)。

同时,为促进CMC国内自主配套产业技术联盟的形成和完善,可参照国外合资参股、风险共担、利益共享(Risk and Revenue Sharing Partner,RRSP)等混合经济模式成长,致力建成“材料-工艺-设计”一体化专业能力,加速贯通CMC制品的批量制造产业链协同,全面满足国产商用航空发动机用CMC部件产品要求,以优良性价比的产品参与国际的市场分工和商业竞争,以不断成长壮大。

本文共有参考文献11篇,因篇章有限,未能一一列出,如有需要,请向本刊编辑部索取。

(作者 中航商用航空发动机有限责任公司 高铁 洪智亮 杨娟

责编 良辰)

下载发光陶瓷釉料的应用现状和展望word格式文档
下载发光陶瓷釉料的应用现状和展望.doc
将本文档下载到自己电脑,方便修改和收藏,请勿使用迅雷等下载。
点此处下载文档

文档为doc格式


声明:本文内容由互联网用户自发贡献自行上传,本网站不拥有所有权,未作人工编辑处理,也不承担相关法律责任。如果您发现有涉嫌版权的内容,欢迎发送邮件至:645879355@qq.com 进行举报,并提供相关证据,工作人员会在5个工作日内联系你,一经查实,本站将立刻删除涉嫌侵权内容。

相关范文推荐

    陶瓷压力传感器原理及应用

    陶瓷压力传感器原理及应用 工作原理:抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递,压力直接作用在陶瓷膜片的前表面,使膜片产生微小的形变,厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面,连接成一个惠......

    陶瓷的分类及其应用

    陶瓷的分类及其应用 (一)按瓷种分类 目前市场上流通的主要有日用瓷器、骨灰瓷器、玲珑日用瓷器、釉下(中)彩日用瓷器、日用精陶器、普通陶瓷和精细陶瓷烹调器等。除骨灰瓷外,......

    两岸关系现状与展望

    自古以来台湾就是属于中国的领土,国际社会也普遍承认台湾是中国的一部分。然而由于国、共内战和美国的介入,1949年以后两岸一直处分离状态,两岸治权统一成为包括台湾人民在内的......

    氧化锆陶瓷行业现状5篇

    氧化锆陶瓷行业现状 氧化锆陶瓷作为陶瓷中应用最广的一种材料, 其计算机技术和数字化控制技术的发展促进了先进陶瓷材料工业的技术进步和快速发展,诸如自动控制连续烧结窑炉、......

    忻州市测土配方施肥技术应用现状和展望

    忻州市测土配方施肥技术应用推广现状和展望 王晓金 忻州市土壤肥料工作站 山西省忻州市 034000 摘 要 阐述了忻州市测土配方施肥技术推广的现状,分析了测土配方施肥技术推广......

    复合材料在航天航空领域的应用现状与展望

    复合材料在航天航空领域的应用现状与展望 摘要现代飞机和卫星的制造材料应具有质量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀等特性,先进复合材料的独有性能使它成为制造卫星和飞机的理想......

    酶制剂在工业上的应用现状与展望

    《酶工程》课程论文 学院:材料与化工学院 专业班级: 2011级生物工程(2)班 姓 名: 李丹丹 学号:20110412310047 评阅意见评阅成绩评阅教师: 2014年 6月 12日 酶制剂在工业上的应用......

    超高温陶瓷及其应用(精选多篇)

    超高温陶瓷及其应用讲座小结 超高温陶瓷(UHTCs:Ultra High Temperature Ceramics)是指能在1800℃以上温度下使用的陶瓷材料。这类陶瓷材料有望用于航天火箭的发动机部件,太空往......