進入21世紀,航空材料正朝著高性能化、高功能化、多功能化、結構功能一體化、複合化、智能化、低成本以及與環境相容化的方向發展。而作爲航空部件的關鍵材料之一,鎢鉬産品消費有望提升。
機身材料方面
戰鬥機的高空、高速和高機動能力就要求飛機的結構選材必須保證足够的使用强度和剛度性能,這也就意味著機身材料應具有較大的承受有效載荷的能力。目前,已經開始用鈦合金和複合材料慢慢取代鋼材和鋁合金材料作爲飛機的結構。
除此之外,機身材料還應有較小的重量和良好的隱身性。結構重量的减少意味著可多帶燃油或其他有效載荷,這樣不僅可增加飛行距離,還可提高單位結構重量的效費比,因此相對鋼材和鋁合金來說,鈦合金和複合材料更適合製作飛機結構。隱身方面,飛機的窗戶可以用三氧化鎢(WO3)納米粉末來製造。
WO3是一種重要的半導體材料,具有優良的電致變色和光致變色等性能,因此不論是白天還是黑夜,機艙內的光綫會顯得更柔和,而從窗內往窗外看景色也不會那麽炫光。
發動機材料方面
耐高溫是該材料的主要發展方向。當發動機渦輪入口溫度溫度從1300K提升到1610K時,渦輪輸出效率可從46.40%提升到51.60%。這就要求了發動機材料應升級換代,使用高溫合金。在現代航空發動機中,高溫合金的用量占發動機總重量的40%~60%。
尋求高級的耐熱合金的方法之一就是以熔點高的金屬作爲合金的基體,如鉬合金。鉬熔點(2622℃)雖然比鎢熔點(3410℃)低,但是更適合應用于航空發動機中,因爲鉬比重爲10.22g/cm3,而鎢比重爲19.3g/cm3。
研究表明,鉬合金的耐高溫性能優越于鎳基及鈷基合金的耐熱性能。此外,鉬還具有良好的熱導性,因而更有利于高溫零部件的製造。因爲航空發動機中的燃燒室、導向器、渦輪葉片、渦輪盤等部件經常是處于冷熱不均勻的環境下,如果材料的導熱性不好,就會很容易因熱應力而使零件破裂。
除了以上的兩個航空部件需要用鎢鉬材料外,飛機隔熱屏也可以用鎢板來製作,以阻止熱量傳遞;承力構件噴上碳化鎢塗層,能延長使用壽命和提高可靠性;配重塊用鎢合金,能少安全事故的發生和提高運輸效率;滑動零部件用鎢鉬硫化物,能有效减小磨損速度。
據業內人員預測,2020-2039年全球將有40664架新機交付,價值約5.96萬億美元,用于替代和支持機隊的發展。其中,中國將交付8725架新機,即雙通道客機占21.41%,共計1868架;單通道客機占比高達68.05%,共計5937架;餘下10.54%爲920架支綫客機。
由此可見,未來航空材料的需求空間巨大,這必將帶動上游産品鎢鉬相關材料的消費。
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