【國產(chǎn)SIC單晶取得重大突破，設(shè)備體積和重量降低50%左右】近日中國電科二所對外透露，他們在大直徑碳化硅（SIC）單晶生長研究之中取得突破，實(shí)現(xiàn)了高線度SIC粉批量生產(chǎn)，標(biāo)志著中國在這個(gè)材料領(lǐng)域取得了長足進(jìn)展。

SIC單晶被認(rèn)為是運(yùn)用最廣泛新型材料之一，它最大特點(diǎn)就是性能穩(wěn)定，耐熱、耐磨性能都非常好，讓這種材料在機(jī)械、電子等領(lǐng)域有著廣泛用途，是國防建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)急需的關(guān)鍵材料之一。

國產(chǎn)太行發(fā)動(dòng)機(jī)

不起眼的SIC材料對于提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能至關(guān)重要

SIC材料最讓人關(guān)心的用途就是在發(fā)動(dòng)機(jī)上運(yùn)用，尤其是航空發(fā)動(dòng)機(jī)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)要求就是用更輕重量，提供更大的推力，實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度，也就是我們經(jīng)常聽到的渦輪前溫度，不過提高渦輪前溫度意味著材料要具備更好耐高溫性能，這樣就會(huì)降低對發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻要求，簡化發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，降低重量，一般認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)重量1公斤，飛機(jī)重量會(huì)降低3公斤，如果材料不過關(guān)，就需要采用復(fù)雜冷卻手段，結(jié)果就是發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)會(huì)更加復(fù)雜，重量增加，發(fā)動(dòng)機(jī)重量增加又會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)重量進(jìn)一步上升，高溫材料對于發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)貢獻(xiàn)可想而知。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作在高溫、高轉(zhuǎn)速、高壓環(huán)境之中，對于材料要求較高

LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)就使用了基于SIC的陶瓷基復(fù)合材料，成功降低了發(fā)動(dòng)機(jī)重量，進(jìn)而減少了飛機(jī)空重

F414的尾噴口也用了SIC材料

從國內(nèi)外航空發(fā)動(dòng)機(jī)研究進(jìn)展來看，金屬高溫材料已經(jīng)趨近極限，未來發(fā)展重點(diǎn)就是陶瓷基復(fù)合材料（CMC），CMC材料利用纖維韌性彌補(bǔ)陶瓷材料易碎的缺點(diǎn)，前面說過SIC材料具備優(yōu)秀耐高溫、耐磨等方面性能，所以陶瓷基復(fù)合材料之中又SIC材料最受關(guān)注，目前國外已經(jīng)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上面運(yùn)用CMC材料，例如新一代LEAP渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)就采用了CMC材料，從而讓發(fā)動(dòng)機(jī)重量降低數(shù)百公斤，進(jìn)而讓飛機(jī)減少結(jié)構(gòu)重量接近1噸，極大改善了飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性能，可以說效果顯著，國內(nèi)也在此領(lǐng)域開展了跟蹤研究，完成了基于CMC材料的渦輪葉片，并且進(jìn)行了地面試車，從相關(guān)資料來看，基于CMC材料的渦輪葉片與金屬渦輪葉片相比，重量降低70%左右，可以讓發(fā)動(dòng)機(jī)性能得到有效提高。

除了發(fā)動(dòng)機(jī)葉片之外，CMC材料還可以用于發(fā)動(dòng)機(jī)其他部件，例如燃料室、尾噴口等等，還可以鋪設(shè)在飛行器表面，作為耐熱層，防止氣動(dòng)加熱引起機(jī)體溫度升高對飛機(jī)結(jié)構(gòu)造成不利影響。

SIC在新一代電子材料領(lǐng)域也有著廣泛用途，圖為國產(chǎn)SIC晶片

福特級航空母艦變電系統(tǒng)采用了基于SIC的電了元器件

SIC運(yùn)用領(lǐng)域不僅僅局限在機(jī)械領(lǐng)域，還在半導(dǎo)體領(lǐng)域有廣泛用途，傳統(tǒng)硅基（SI）材料耐高溫性能較差，一般認(rèn)為SI基集成電路工作溫度不能超過250度，這樣就限制器件工作必隨著電子設(shè)備性能要求提高，對于設(shè)備功率、電壓、環(huán)境等方面性能要求也越來越高，而SIC材料性能要比SI材料好的多，例如耐電壓是后者10倍，碳化硅的能帶間隔為硅的2.8倍(寬禁帶),達(dá)到3.09電子伏特。其絕緣擊穿場強(qiáng)為硅的5.3倍,其導(dǎo)熱率是硅的3.3倍，因此更加適合制作抗輻射、高頻、大功率和高密度集成的電子器件。有消息說美國福特級變電系統(tǒng)就采用SIC基器件，從而設(shè)備體積和重量降低50%左右。

綜上所述我們可以看到，中國相關(guān)單位在SIC材料取得突破，為國產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)、電子設(shè)備性能提高打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，從而為國產(chǎn)武器裝備研制提供了有力支撐和保障。