【行业动态】GE航空集团在美新建首个碳化硅材料工厂，以应对航空发动机上CMC的需求增长
导读
近日，GE航空集团宣布在阿拉巴马州新建2个大规模工业生产的碳化硅材料工厂，以用于陶瓷基复合材料部件（CMC）的制造，应对航空发动机和地面燃气轮机对CMC不断增加的需求，GE预测航空发动机和燃气轮机对CMC未来需求10年将增长10倍。
2016年6月16日，阿拉巴马州，GE航空集团旗下两个位置相邻的碳化硅材料大批量生产厂破土动工，这些生产出的碳化硅材料将用于制造陶瓷基复合材料部件（CMC），并应用到航空发动机和地面发电用燃气轮机上。
GE航空集团正在亨茨维尔投资的这2个工厂将超过2亿美元，占地面积达100公顷。该工厂预计在2018年上半年就能建成并投产，到2020年左右到达全面投产。工厂将雇员300人，招聘在今年晚些时候展开。
GE航空先进技术的产业化副总裁桑杰-科雷亚表示：“GE航空集团正在创造一个完全集成化的CMC组件供应链，在阿拉巴马州的新工厂将是这一个战略的关键。我们非常感谢地方、州政府和国家对我们的支持。”
除了满足美国国内项目和企业对CMC材料的需求外，新工厂还将支持GE及国际伙伴在全世界的航空发动机和燃气轮机业务。例如，GE航空集团2015年的营收为250亿美元，而其中的61%来自美国以外的客户。GE和其合作伙伴将它们生产的超过70%的商业飞机发动机卖给了非美国公司。
亨茨维尔市长汤米巴特尔说：“这个GE工厂作为全世界陶瓷基复合材料技术的领导者，把全世界的眼光都吸引到了亨茨维尔。我们的社会为能够提高人才支持和环境材料这一革命性的进步感到无比自豪。”
州长罗伯特本特利也表示：“GE航空集团一直在航空航天制造创新的最前沿，我很高兴地看到阿拉巴马州与这一行业领导者的合作伙伴关系在不断扩大。这个项目显示了GE航空集团高新技术的复杂性，同时还展示了该公司对阿拉巴马州和有技能劳动力供应的信心。”
亨茨维尔工厂之一将生产碳化硅（SiC）陶瓷纤维。这将是在美国的第一个这样大规模生产的工厂。今天，世界上唯一的大型碳化硅陶瓷纤维厂在日本，隶属日本NGS先进纤维公司，该公司为GE、法国赛峰和日本碳素公司的合资企业。
第二工厂则主要使用这些碳化硅陶瓷纤维制造非定向CMC坯带，用于制造CMC部件。
先进材料正在给航空发动机带来的革命，对于航空发动机来说，在热部件上使用重量轻、耐热的CMC材料，将是一个里程碑式的突破。CMC首先将碳化硅陶瓷纤维进行阵列式放置，然后通过专门的涂层进行增强。
由于CMC材料只有金属合金密度的三分之一，这些重量超轻的CMC部件降低整个发动机的重量。此外，它们的耐温性能大大提升了发动机的耐用性和燃油经济性。CMC在高温下，远比金属合金耐磨，这也将使得航空发动机热端部件需要的冷却空气减少，从而使得用于做功的空气流量增加，发动机效率提高。
GE全球研究中心的科学家和GE的工业企业已经合作研发用于商业的CMC超过20年。目前畅销的LEAP发动机，由CFM国际公司（GE和法国赛峰的合资企业）研制，是世界上第一个在高压涡轮上使用CMC部件的公司。LEAP发动机目前承诺订单数已经超过10,500台，目前正在进行最终的适航认证测试。
2015年9月，GE航空集团在一台燃烧室和涡轮内采用了GE9X CMC部件的GEnx验证发动机上进行了测试。
阿拉巴马州的工厂，将实现从陶瓷纤维到陶瓷生坯带，再到CMC部件。生产的CMC需要使用一种复杂的化合物处理步骤，把硅和碳的合成在一起。正在建立的两个GE航空工厂将涉及这一过程的2个步骤，分别生产碳化硅陶瓷纤维和碳化硅陶瓷生坯带：
陶瓷纤维厂：获得了美国空军研究实验室III号办公室2190万美元的资助，这家工厂将极大的增加了美国生产能承受2400OF(1316 OC)温度的陶瓷纤维。
碳化硅陶瓷纤维工厂将获得日本NGS先进纤维公司的授权，日本NGS先进纤维公司于2012年在日本建立，该合资公司中，日本碳素公司占股50%，GE公司占股25%，法国赛峰占股25%。同时，日本碳素公司已经生产的SiC纤维将继续为GE的CMC部件使用供货，不仅如此，日本碳素公司还正在日本建立第二家工厂，以提高产能，以满足日益增长的需求，亨茨维尔的GE纤维工厂将补充日本碳素公司产能的不足。
一旦亨茨维尔工厂投产后，将出售生产的碳化硅陶瓷纤维给美国国防部、美国能源部、GE公司、赛峰集团和其他受到美国法规允许的国外客户。这将是第一个在美国本土大规模工业生产碳化硅陶瓷纤维的美国工厂，但GE表示赛峰和日本碳素公司最终将成为亨茨维尔工厂股权的合作伙伴。
CMC生坯带制造：另一个相邻的工厂，则完全由GE公司出资，GE计划应用该公司的专利涂层到碳化硅陶瓷纤维上，将它组建成一个矩阵结构来产生CMC生坯带。生坯带将用于GE航空集团在北卡罗来纳州阿什维尔的CMC生产基地，该基地在2014年开业，主要制造用于LEAP发动机的高压涡轮罩壳。
此外，GE的发电和水事业部也正在测试CMC部件，计划将它应用到最新的高效风冷式燃气轮机上。该事业部在格林维尔的先进制造工程设施里，新的CMC组件正在替代大型燃气轮机中的超级合金。
CMC材料的应用范围。
GE自身对CMC部件的需求正在提升，预计CMC部件的需求在未来十年预计增长10倍。每台LEAP发动机需要至少18个CMC涡轮部件，以确保涡轮叶片的效率。另外，正在研发的GE9X发动机的燃烧器和高压涡轮部分也采用了CMC部件，该引擎将作为波音777X双通道飞机的动力，目前GE9X发动机的订单已经超过700台，将在2020年进入商业服役。
GE公司还在研究将CMC部件应用到先进的军用发动机中，包括美国陆军ITEP计划中的GE3000发动机。同样，为陆军服务的GE先进涡轴发动机验证机FATE（未来经济实惠的涡轮引擎）也在热端部件采用了CMC，以实现较高的燃油效率、功率重量比和较低的维护成本。目前，CMC部件已装配到了现用的 T700直升机发动机中，性能正在评估中。
此外，这2座工厂也是GE航空集团在阿拉巴马州，最近几年的第2笔大投资。自2013年以来，GE航空集团在奥本投资超过1亿美元，面积达30万平方英尺的工厂，该工厂主要从事航空发动机部件制造（超合金加工零件），以建立世界上最高产量的3D打印制造中心。
在使用3D打印的制造过程中，奥本工厂通过激光熔化机来为CFM国际的LEAP发动机生产燃料喷嘴，这是世界上第一次使用3D打印制造技术来生产如此复杂的航空发动机部件。
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