[上图]GE航空开发的LEAP发动机包含SiC/SiC复合高压涡轮护罩。学分：皮克斯湾
就像在凉爽的天气里跑步一样可以提高你的表现，飞机也可以经验提高效率在寒冷的温度下起飞时。
飞机改进的秘密在于冷空气比热空气密度大。因此，当飞机发动机吸入冷空气时，每一冲程都会吸入更多的空气，从而产生更多的动力。
然而，与此相反的是，更热的空气密度更低，因此为发动机提供的发电质量更小。随着全球平均气温逐年攀升，目前的飞机在炎热的气候下效率越来越低。
幸运的是，外部空气的温度不是决定飞机发动机效率的唯一因素，发动机内部空气的温度也起着作用。
当空气被吸入发动机时，它与燃料混合并点燃，产生高温气流，从发动机后部逸出，推动飞机向前飞行。
燃烧过程中空气温度升高得越高，燃油消耗效率就越高。在寒冷的天气下，在燃烧过程中提高温度相当容易。但为了在吸入热空气时保持相同的温差，你需要将空气温度提高到超高温，这是目前许多由金属合金制成的发动机无法承受的。
近年来，工程师一直在调查陶瓷基复合材料航空发动机的设计（CMCs）。CMC可以承受比金属合金高得多的温度，因此允许超高温燃烧。
碳化硅纤维增强碳化硅基复合材料（SIC / SIC）是用于航空航天应用的主要CMC之一。然而，塑造SiC / SiC复合材料可能是具有挑战性的。
如果使用传统的加工工艺，材料的超高硬度会导致严重的工具磨损。此外，其高脆性可导致裂缝，凹坑，纤维损坏，接口剥离和机加工表面上的其他缺陷。
其他处理方法的研究水射流加工那超声波加工，及电气放电加工已经透露了每个人的利弊。例如，水喷射加工趋于在复合材料表面上引起纤维拉出，并且超声波加工的精度受到振幅的限制。
激光烧蚀还探索了通过激光束辐照去除材料的方法。然而，由于激光诱导的热应力集中导致纤维断裂、微裂纹和界面定界，这些工艺通常导致表面质量差。
最近纸张德国莱布尼茨表面工程研究所和中国青岛理工大学的研究人员探索了另一种加工SiC/SiC复合材料的潜力。等离子体蚀刻。
等离子体蚀刻，也称为干法蚀刻，使用高速电离气体流（等离子体）从固体表面去除材料。这项技术在电子工业中已经很成熟，制造商们已经使用它来制造集成电路近50年。
与激光烧蚀相比，等离子体蚀刻是一种温和的工艺，可以避免损坏SiC / SiC复合结构。因此，我们提出了利用激光诱导的反应性等离子体来除去SiC / SiC复合材料而不损坏复合结构，“研究人员写道。
他们从一家中国纤维公司获得了SiC–SiC复合材料样品，该公司通过通常的制造方法制造纤维化学蒸汽渗透支持聚合物浸润和热解。它们将样品夹在填充气体加工室中的陶瓷加热器，其中脉冲飞秒激光通过透镜聚焦，以产生用于蚀刻的等离子体。
基于若干显微镜和光谱分析，研究人员得出结论，SiC / SiC复合材料可以使用等离子体蚀刻加工，而不会对复合结构的结构造成机械损坏。
然而，他们确实观察到蚀刻区域的表面形态的“激动人心的”差异，这取决于位置。例如，蚀刻凹槽中心中的纤维更高，降低它们的直径。通过凹槽的侧面完全蚀刻的纤维形成尖锐的尖端。研究人员将这些差异归因于在燃料的过程室中蚀刻期间发生的各种化学过程，例如SiC的氧化。
“这种新的碳化硅-碳化硅加工工艺可能为修复碳化硅-碳化硅组件中的制造缺陷铺平道路，因为纤维被轻轻地暴露出来，从而实现后续的附加修复，”他们总结道。
本文，发表在陶瓷国际， 是 ”通过激光诱导的等离子体在反应气体中蚀刻SiC-SiC复合材料“（内政部：10.1016/j.ceramint.2021.09.084）。