“只要推力大，板磚也能飛上天”，軍事愛好者們常用這句話來調(diào)侃航空發(fā)動機(jī)的重要性。自主研制高性能發(fā)動機(jī)是提升國家核心競爭力的重中之重，而航空發(fā)動機(jī)的一盤（渦輪盤）兩片（導(dǎo)向、工作葉片）的承溫能力成為發(fā)動機(jī)先進(jìn)程度的重要標(biāo)志。要“修煉”好“一盤兩片”的承溫能力，一是要找到更合適的耐高溫材料，二是要提高冷卻技術(shù)，三是要在材料表面增加高溫防護(hù)涂層。

全球航空屆在過去幾十年里都在著力研制新型耐高溫材料，耐高溫材料制備技術(shù)得到了很大的發(fā)展，從鍛造合金發(fā)展到常規(guī)鑄造合金，再從定向凝固合金發(fā)展到單晶材料，材料的使用溫度提高300 ℃左右。金屬和合金都屬于金屬晶體，絕大多數(shù)工業(yè)用的金屬材料不是只由一個巨大的單晶（晶粒）所構(gòu)成，而是由大量單晶（晶粒）組成，即多晶體。晶粒與晶粒之間的接觸界面叫作晶界。定向凝固合金葉片消除了對空洞和裂紋敏感的橫向晶界，使全部晶界平行于應(yīng)力軸方向，從而改善了合金的使用性能；而單晶葉片是指只有一個晶粒的鑄造葉片，單晶葉片消除了全部晶界，不必加入晶界強(qiáng)化元素，使合金的初熔溫度相對升高，從而提高了合金的高溫強(qiáng)度，并進(jìn)一步改善了合金的綜合性能，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的鑄鍛高溫合金鑄錠偏析嚴(yán)重、熱加工性能差、成形困難等難點(diǎn)。但是單晶高溫合金葉片制造存在諸多技術(shù)難題，一是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)部有精細(xì)的風(fēng)冷通道需要鑄造成形，這導(dǎo)致葉片鑄造時會出現(xiàn)很多結(jié)構(gòu)性缺陷；二是制造過程中會出現(xiàn)雜晶、小角晶界等多種不同類型的冶金缺陷，每種缺陷的產(chǎn)生都會造成高溫合金葉片的報(bào)廢，導(dǎo)致其合格率很低。高溫合金的單晶體鑄造一直是全球航空屆的主要研究領(lǐng)域。

盡管高溫材料研究取得了很大成就，但是在航空發(fā)動機(jī)中，實(shí)現(xiàn)高效率熱力過程所需的渦輪進(jìn)口溫度值仍大大超過了材料強(qiáng)度容許的工作溫度，這就要求渦輪葉片要有良好的冷卻系統(tǒng)。隨著渦輪進(jìn)口溫度的上升，渦輪葉片的冷卻技術(shù)也得到不斷的發(fā)展。最早的典型冷卻方式有對流冷卻、沖擊冷卻、氣膜冷卻等。對流冷卻是最簡單的冷卻方式，最大冷卻效果僅可達(dá)250℃左右；沖擊冷卻，又稱為噴射冷卻，作為對流冷卻的一個分支，效果卻高出好幾倍；氣膜冷卻是一種在被冷卻的渦輪葉片表面上排氣的冷卻系統(tǒng)，是現(xiàn)代渦輪高溫部件的主要冷卻方法；對流、沖擊、氣膜三種冷卻方式相結(jié)合稱為復(fù)合冷卻，被廣泛應(yīng)用于先進(jìn)的航空發(fā)動機(jī)上。如今，更加高效的強(qiáng)化冷卻技術(shù)逐漸成為航空航天領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。

選擇高溫強(qiáng)度足夠高的合金作為基體提供部件所需的力學(xué)性能，表面施加防護(hù)涂層提供抗高溫氧化和耐熱腐蝕能力成為第三條承溫能力“修煉”之路。根據(jù)高溫防護(hù)涂層的發(fā)展歷史，航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域先后經(jīng)歷了第一代鋁化物涂層、第二代改性鋁化物涂層、第三代MCrAlY包覆涂層與第四代熱障涂層等。作為第四代防護(hù)涂層的代表，熱障涂層是目前防護(hù)性能最佳、應(yīng)用前景最好的表面防護(hù)涂層之一。熱障涂層是一層陶瓷涂層，它沉積在耐高溫金屬或超合金的表面，熱障涂層對于基底材料起到隔熱作用，降低基底溫度，使得用其制成的發(fā)動機(jī)渦輪葉片能在高溫下運(yùn)行，并且可以提高發(fā)動機(jī)熱效率。應(yīng)用有熱障涂層的“一盤兩片”等部件，幾何形狀、微觀結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，除了高溫，還需要面臨極高壓力、極高氣流速度、超高轉(zhuǎn)速等服役環(huán)境，致使涂層發(fā)生各種形式的剝落。