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一、CMC从实验室走向产业化
2001年美国防务分析研究所评估航空用陶瓷基复合材料（CMC）前景时，结论还偏保守：挑战大、前景不明。二十多年后回头看，这个判断已经被产业现实推翻。GE在CMC上投入了数百名工程师和超过15亿美元，把CMC涡轮罩装到了LEAP发动机上，为数百架单通道客机提供动力；CMC旋转部件也通过了测试，在一台军方验证机上创造了喷气发动机耐受温度的新纪录。
CMC是什么？简单说，是以碳化硅陶瓷纤维增强、碳化硅或陶瓷树脂基体组成的复合材料。密度和重量大概只有高温合金的三分之一，但耐温能力远超后者。发动机里用CMC做热端部件，不需要那么多冷却空气去降温，更多空气留在主气流里参与做功，推力、效率、排放和耐久性都跟着改善。
二、为什么CMC能提升发动机性能
过去几十年，航空发动机材料的耐受温度每十年大概提升25℃左右。CMC把这个数字一下提高了两倍多，单这一项就给设计留出了很大空间。CMC部件在GE发动机里用得越多，发动机推力有望提升两成多，燃油效率有望提升约一成。这个量级在民机商业上意味着可观的运营成本节省。
难点在于脆性和成型。陶瓷天生脆，CMC靠纤维增韧解决了一部分，但断裂韧性和抗冲击还是不如金属，复杂形状件的制造良率也不高。美国从20世纪70年代就开始资助CMC研发，GE在80年代把CMC用在了地面燃气轮机上，1986年申请了早期专利。真正转向航空喷气发动机，是本世纪初的事，因为减重和耐温在飞行领域的收益更大。
三、GE的一体化供应链布局
到2018年，GE在美国俄亥俄、特拉华、北卡和阿拉巴马建了四处CMC生产和研发基地。阿拉巴马Huntsville基地占地约100英亩，一座工厂做耐温约2400华氏度的碳化硅陶瓷纤维，是美国国内较早的高产量SiC纤维生产线；另一座工厂把纤维加工成单向CMC预浸料。日本Carbon株式会社作为纤维供应商，跟GE、赛峰成立了合资公司。
北卡Asheville的组装厂累计生产了超过4万件CMC涡轮罩，同时承担GE9X大推力发动机五种CMC耐高温部件的生产。需求十年间涨了二十倍，2018年Huntsville基地CMC材料产量约6吨，预计十年内还要再翻好几倍。这种从纤维到预浸料再到部件的一体化布局，是CMC能从实验室走向批量交付的关键。
四、材料工艺对热工装备的要求
CMC的制备涉及SiC纤维烧结、化学气相渗透（CVI）或熔体渗硅（MI）、基体致密化和抗氧化涂层。每一步都是高温、气氛控制和长时间运行的活。CVI要在1000℃左右让甲基三氯硅烷在纤维预制体孔隙里分解沉积SiC，周期以周计；熔体渗硅要把硅熔融渗透到碳/碳坯体里；抗氧化涂层还要再做一层沉积。
这类工艺对炉温均匀性、气氛纯度和长时间连续运行稳定性要求很高。温场偏了，致密化就不均匀；气氛里有氧，SiC纤维在高温下就会降解。东莞市志远工业设备有限公司在真空烧结炉、化学气相沉积炉和气氛管式炉的设计制造上有较多工程经验，可以配合CMC及相关陶瓷基复合材料研发单位做工艺验证和小批量设备配套。 实际生产中，真空热压炉的温控精度对最终结果影响较大。
从成本结构看，CMC目前比高温合金贵不少，一台发动机上CMC部件用得越多，材料成本上升，但燃油效率提升带来的运营节省能在几年内回本。LEAP发动机首批装机时，CMC部件主要在静子上，后来逐步扩展到燃烧室内衬和涡轮罩。
从研发角度看，CMC的难点不仅是材料本身，还包括设计方法。陶瓷基复合材料不能按金属的设计许用值来算，它的失效模式是逐层开裂、逐渐失去刚度，不是突然断裂。航空认证机构需要新的设计准则和测试方法，这也是CMC从静态件走向旋转件慢的原因。
从国内进展看，国内在SiC纤维和CMC构件上也有团队在做，航天科工、航天科技和高校都有相关项目。跟GE这种十几年持续投入、全产业链布局的比，国内在批量稳定制备和寿命数据积累上还有差距，但在材料体系和工艺方向上已经跟上。
从CVI工艺细节看，CMC构件在沉积过程中，外部孔隙先被填满，内部孔隙反而后填满，容易出现外密内松。工业上用温度梯度和压力梯度来引导气体向内渗透，让内外致密化同步。这个过程要持续几百小时，一炉下来能耗不低。
从寿命考核看，航空发动机部件要做几千小时地面台架试车，再装到试飞平台上累计飞行几百小时，才能进入航线运营。CMC部件的寿命数据积累比材料开发本身还慢，这也是产能爬坡慢的原因之一。
从成本下降看，随着SiC纤维产能上来和CVI周期缩短，CMC部件成本每年都在降。GE预测十年内CMC材料成本能降一个数量级，这样除了发动机热端部件，CMC还能推广到燃烧室、喷管、尾喷调节片等更多位置。 志远工业设备提供真空钎焊炉、真空箱式气氛炉等设备，配套完善的售后技术支持。