在接近30年的时间里，Krishan Luthra在通用电气研究实验室进行着希望渺茫的努力，为了创造出一种新型的，几乎没有消费者会明白和使用的陶瓷。

现在，这种不起眼的材料，因其质量轻、强度高，可以承受极端温度，正用来建造喷气发动机的躯壳，并且由于它减少了重量以及能让引擎在更高温下运行，确保了在未来几十年可以节省数十亿加仑的燃料。

到目前为止，该材料已经从那些想要缩减巨大燃油开支的航空公司那里，帮助通用电气赢得价值1000亿美元的喷气发动机订单。将来它有望用于电厂和其他设备。

Luthra说：“这是一种梦寐以求的材料。”他花费职业生涯的大部分时间都在梦想着得到它。

这种材料是一种坚硬，且能够耐高温的陶瓷，就像2500年来人们一直在制造的陶瓷。但这种陶瓷是一种复杂的复合物，它很轻，然而韧度却像金属一般。因为没有人想在35000英尺的高空中飞机的发动机像花瓶一样碎掉。

成功只是在一段令人饱经折磨的旅途之后才到来：不断波动变化的研究经费和种种失望，时不时动摇着Luthra的希望。

“有些时候，我不确定如何继续进行我的工作，”Luthra承认。“但我想我太固执。我认为这是正确的道路。”

通用电气是为数不多的几个继续运行大型工业实验室的巨型公司，成千上万的科学家致力于基础研究和高风险的项目。有时，却能够产生像Luthra这样的发明。

美国能源部提供了一些早期的资金帮助，希望这些材料可用于电厂。美国宇航局（NASA）想要把它们用在超音速飞机上。美国军方希望它们可以用于一种新的战斗机。现在，这些努力不但完全收获了成功，而且还提供了足够的资金推动了通用电气航空部门进行了更多的研究和开发，并最终使该材料商业化。

目前，衬于喷气发动机里最热部分的金属——高温合金的重量大约为铅的70%。而且工程师们不能提高燃烧温度，因为合金会融化。今天的引擎已经使用了复杂的冷却机制，即通过转移空气而冷却，另外这也被用来推动飞机。而陶瓷基复合材料可以承受的温度比这些金属高出20%，重量只是金属的三分之一。

“它所能做到的，其它材料无法与之相比，”Gregory Morscher说，他是一个陶瓷复合材料专家以及阿克伦大学机械工程系的教授。

这些陶瓷复合材料的理论品质一直是众所周知的，但Luthra想让它们成为现实，并把它们付诸使用。

早在1994年，Luthra就瞄准了他想到的基体——涂覆有方格形陶瓷的纤维。但是几年后，他才用最好的材料和最好的方法把它们联系在一起。

带来这步飞跃的是一种日本开发的新型碳化硅纤维。但是，用陶瓷涂覆仅有人类头发八分之一粗细的纤维是极其困难的。

“如果你没有做好，你得到的只是像一个瓷器那样的陶瓷，如果你做得正确，你会得到具有金属特性的陶瓷” Luthra说。

他使用化学气相沉积反应器将涂层应用于单根纤维，但由于没有人使这些设备商业化，通用电气不得不自己制造了三个这样的设备。

然后纤维浸入高聚物中，以使其形成方格状。接下来，就像所有陶瓷材料那样，将材料烧制上去。聚合物燃烧后留下了一个高强度、质量轻的方格，并被液体硅包覆，最终形成一个固体结构。

通用电气为引擎而设计的这种材料称为 LEAP，在不久的将来，它将使用在空客320 neo和波音737 MAX上。通用电气正通过一个称为CFM国际公司的合资企业制造引擎。CFM的主要竞争力，是正在尝试使用一种新型的喷气发动机来获取类似的节油效果，这种喷气发动机使用一种从未被使用过的齿轮系统。

到目前为止，客户似乎正不断选择这种更简单、更轻的LEAP。它正赢得约75%的飞机市场，CFM已经接到了价值1000亿美元的8000个订单。

“这让我们做到了我们从未做到过的事情，”Gareth Richards说，他负责管理通用电气航空部门的LEAP项目。

通用电气认为，到2020年，随着更多的组件由这种材料制造，发动机的推力可增加25%，油耗可改善10%——这是技术所带来的非凡效益，一项技术提升一个百分点就可以是一个巨大的进步。它也几乎肯定会用于燃气电厂以及可能会用在核反应堆。

但是，Luthra仍然不觉得他的工作已经完成。他想改善这种复合材料，以使它能够承受更高的温度，并且他想说服通用电气的更多部门使用该材料。

“我不想停止，”他说。“我要达到更高水平。”



译自seattletimes
来源：材料与测试
译者：天使之翼

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