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垂直集成的GE航空陶瓷基复合材料供应链
2017-09-11

【据复合材料世界杂志2017年8月报道】GE航空的新型陶瓷基复合材料(CMC)供应链包括纤维、预浸料和崭新的生产厂,外加紧密相连的4单元开发流,帮助开发中的解决方案迅速扩大生产规模。

一,GE航空建设阿拉巴马州新工厂
GE航空在北卡罗来纳州阿什维尔的CMC零件规模化生产厂已经运营,而该公司在阿拉巴马州亨茨维尔投资超过2亿美元,建设碳化硅(SiC)陶瓷纤维和单向CMC预浸带工厂。这是GE在美国建设的最垂直集成的材料供应链。陶瓷纤维工厂从美国空军实验室(AFRL)“美国生产法案III”办公室获得了2190万美元的资助,而CMC带材则有GE一家投资。

新的SiC纤维厂将从日本NGS先进纤维公司获得纤维生产技术许可,NGS拥有目前世界上唯一运营的SiC陶瓷纤维规模化生产厂。NGS于2012年成立,是日本碳纤维公司(占股50%)、GE航空和法国赛峰集团(分别占股25%)的合资企业,也正在为满足增长的全球需求而在日本扩张产能。GE航空复合材料和陶瓷制造总经理Michael Kauffman表示:“NGS合资企业的模式将继续。”他解释称这次的新合资企业叫做先进碳化硅纤维公司,出资方与NGS中的相同,只不过比例不同,GE将占到50%,而且公司是美国企业。亨茨维尔的SiC纤维工厂将视为产能补充,将与NGS的合作伙伴协调纤维的销售。新合资公司和新工厂都将继续向GE出售SiC和所有外部客户。“对外销售纤维将按照AFRL办公室的要求进行”。

临近的预浸带生产厂则是GE航空单独运营。“CMC带材将按需划分为多个宽度,以方便嵌入我们制造的零件中。预浸带将支持GE航空的军民用产品以及GE动力轮机的组件。”CMC预浸带工厂将在2018年夏天开始运营。CMC纤维工厂则在2019年春天。一旦完全运营,亨茨维尔的工厂将拥有达300名雇员。

具备全部产能后,CMC预浸带和纤维工厂每年将分别生产20000kg带材和10000kgSiC纤维。每台LEAP发动机需要18片CMC涡轮冠,这是高压涡轮中的一个静部件,引导空气确保涡轮叶片效率,使用约1kg的CMC材料。波音777发动机GE9X中的5个CMC零件比LEAP发动机的运行温度更高。“我们正在认证这些零件。我们已经在供应链扩张中装运了4套。”

GE航空还会在先进军用发动机中使用CMC组件,包括先进涡轴验证机“未来经济可承受涡轮发动机”(FATE)和美国陆军“改进的涡轮发动机计划”(ITEP)的GE3000,该计划针对“黑鹰”和“阿帕奇”直升机,旨在提升50%的功率、65%的功重比,延长发动机寿命20%,改善燃料消耗25%,同时降低生产和维护成本。他表示GE阿什维尔工厂仍将是CMC组件的重要工业转化基地,“直到我们有足够的产品而超出工厂产能。”

二,垂直供应链上的4单元开发流
Kauffman表示正在进行的研发时CMC供应链的一个关键部分。“这就是我们称作4单元开发流的东西。从GE全球研究中心直到阿什维尔工厂,我们拥有紧密的联系,意味着密切连接的价值链。比如,我们作为一个供应链共同完成产品成品率跟踪。如果我们需要研究一个问题,我们向上游发送一个假说,他们负责解决、试验并发回修订好的规格、标准操作规程等。”他表示每个业务单元都可以解决问题,解决方案之后可以在位于新泽西州的纽瓦克CMC实验室中进行低速生产试验。“比如,可以是微调加热周期或者掌握性能波动。我们不会在零件生产线进行实验。我们在实验室中实验,在低速初始生产(LRIP)中心证明之,之后带到我们的高速生产工厂中。”

同时,Kauffman强调,这个研发的开发流使得结果设计的一个全新方法得以实现。“有些正在被审查和试验的颠覆性设计概念。我们将使这些概念成熟,推向工业化。这样,我们在CMC技术上拥有技术推动和需求拉动的成就。”还需要一些改进。“我们正努力提升SiC/SiC系统的温度能力,以支撑军事应该用。这需要一个不同的SiC/SiC微结构,更高的温度环境屏蔽涂层(EBC)和潜在更高温度的纤维。我们拥有一个技术路线图。”(航空工业发展研究中心 刘亚威)

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