一、陶瓷基复合材料概述
陶瓷基复合材料（CMC）是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料，具有密度低、耐高温、高温抗氧化性能优异的显著优势。根据陶瓷基体和增强纤维的不同进行分类，连续碳化硅纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料（SiC/SiC CMC）是目前国际公认的最有潜力的发动机热结构材料之一。
从产业链来看，上游原材料主要包括增强纤维、界面层和陶瓷基体，其中陶瓷基体包括非氧化物基体、氧化物基体材料、玻璃陶瓷基体；增强纤维主要有碳纤维、碳化硅纤维、氧化物纤维等；界面层主要包括热解碳界面层（PyC）、BN界面层和复合界面层。下游应用市场主要包括航空发动机、刹车系统、高温连接件、光学反光镜等，其中CMC材料在航空/火箭发动机中主要应用于非转子组件的热端部件。
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二、陶瓷基复合材料研究现状
目前陶瓷基复合材料有三种主流制备技术，包括熔体浸渗工艺（RMI）、聚合物浸渍裂解工艺（PIP）和化学气相渗透法（CVI），其中CVI是最先进和最基础的方法。碳化硅纤维是制备CMC材料的关键，根据结构组成和性能，国外碳化硅纤维已发展出为三代，且三代产品已经实现工业化与商品化。而国内CMC材料研究起步相对较晚，尽管在制备工艺方面，我国已经突破了碳化硅纤维制备的各项关键技术，综合性能达到或接近国外同类产品，但生产规模与批次间稳定性仍有待提高。
陶瓷基复合材料的三种制备工艺对比
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相关报告：华经产业研究院发布的《2019-2025年中国陶瓷复合材料行业发展潜力分析及投资方向研究报告》
目前国内西安鑫垚陶瓷复合材料有限公司、西安超码科技有限公司、中航复合材料有限责任公司等多家公司公司均有CMC相关业务。目前我国已自主攻克了碳化硅陶瓷基复合材料构件批量制造技术，但由于缺少高性能SiC纤维，只能用碳纤维代替，因此碳化硅纤维的量产将直接推动相关CMC材料的量产，进而推动我国碳化硅陶瓷基复合材料的大量应用。
国内CMC制造商情况
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国内CMC增强纤维材料研制单位有：厦门大学、国防科技大学，并且均通过产-学-研形成以下纤维供应商：火炬电子、苏州赛菲及宁波众兴新材。其中国防科大是国内最早研制SiC纤维的单位，目前已形成SiC纤维体系化的发展格局，综合性能达到或接近国外同类产品水平；厦门大学特种陶瓷先进材料实验室从2002年底开始研发SiC纤维，目前已经制得连续SiC纤维。
国内SiC纤维供应商及其产业化项目
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三、CMC材料在航空发动机领域的应用
CMC材料是航空发动机的理想材料，被视为取代航空发动机高温合金、实现减重增效“升级换代材料”之首选。航空发动机选材具有六大出发点，即可承受的最高温度、高温比强度与比寿命、高温抗氧化能力、韧性、密度和可加工性。而CMC材料制成的航空发动机能够承受更高的温度，并且在高温环境下寿命更长；但同时韧性和可加工性等相对较差，因此对航空发动机的制造工艺提出了更大挑战。
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陶瓷基复合材料作为新一代航空发动机高温材料，在发达国家已经开始广泛应用。“十三五”期间我国全面启动实施航空发动机和燃气轮机重大专项，以突破“两机”关键技术，推动大型客机发动机、先进直升机发动机、重型燃气轮机等产品的研制。航空航天对于大推重比发动机的需求将直接拉动CMC材料的需求，2017年我国航空航天复合材料需求规模已达22.2万吨，2018年预计为23.5万吨，
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随着中国航空航天业的不断发展，军用飞机和民用飞机需求的大幅增长，为CMC材料的发展提供了机遇。从民用航空领域来看，2017年中国民用飞机数量已达5593架，中国稳步的经济增长带来航空运输业的发展，未来中国对民航客机的需求很大，将为CMC材料在民用航空领域提供发展机遇。
资料来源：国家统计局，华经产业研究院整理
四、CMC-SiC复合材料的前景展望
传统结构材料因减重和耐温能力有限，难以满足高推重比航空发动机对高温部件的需求，国际普遍认为，CMC-SiC是航空发动机高温结构材料的技术制高点，CMC-SiC的水平可反映国家的武器装备水平。纵观国外高推重比航空发动机的研制进展，对热端部件用CMC-SiC构件的要求越来越高，因此加强战略型、革命性新型超高温结构材料——CMC-SiC复合材料的研制与应用迫在眉睫。
我国CMC-SiC在航空发动机上的应用研究应采用先低温构件再高温构件、先简单构件再复杂构件、先静子构件再转子构件的循序渐进的方式进行。总的来看，我国CMC-SiC与国外航空强国的差距主要在于高性能SiC纤维技术未完全突破、基础研究不够全面和深入、性能数据比较分散、大型复杂构件制备技术有待完善、生产设备能力不够、工程应用领域狭窄、EBCS涂层技术滞后、成本过高等方面，要实现CMC-SiC在航空发动机上的广泛应用，还需完全突破相关关键技术。
目前，使用温度为1250℃的第二代SiC纤维国产化技术尚未完全突破，其质量稳定性和产量严重制约了SiCf/SiC的工程应用，而国外已成功发展第三代高性能SiC纤维，因此必须提高国产高性能SiC纤维的性能及批次稳定性，并降低成本以满足应用需求。随着航空发动机推重比的提高，必须对CMC-SiC进行超高温尤其是1300℃以上基体或涂层改性，以发展更长寿命、更耐高温和结构功能一体化的超高温结构材料以满足更苛刻的服役环境。目前，国内相关研究尚处于起步阶段，技术成熟度低，急需在超高温改性材料体系、制备及修复工艺、考核评估等方面加强研究。
