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            航天用碳化物先進陶瓷材料

            2021-12-16 09:59:39

            隨著科技的發展,高超聲速飛行器飛行速度已經達到5馬赫數以上,飛行器表面溫度會超過1000℃,傳統的熱防護材料已經不能滿足需求,超高溫材料成為新的研究熱點。碳化物超高溫陶瓷具有熔點高及抗熱震穩定性好等良好的化學與力學穩定性,能夠適應超高音速長時飛行、大氣層再入、跨大氣層飛行與火箭推進系統等極端環境,可以被應用于機翼前緣、鼻錐、發動機熱端等各種關鍵部項。作為應用在航天飛行器上的重要材料,碳化物超高溫陶瓷材料得到各國的高度關注。


            碳化鋯


            目前常見的碳化物超高溫陶瓷主要有碳化鋯(ZrC),碳化鉭(TaC)碳化鉿(HfC),以及以其為基體的陶瓷基復合材料或復相材料。這三種物質的熔點3000℃以上,具有優良的熱化學穩定性、物理性能,包括高彈性模量、高硬度、低飽和蒸汽壓、適中的熱膨脹率和良好抗熱震性能等,能在高溫下保持很高的強度。并且,以其作為高溫抗氧化燒蝕涂層技術在航空航天領域的應用也受到各個國家的普遍關注,它是一種外部涂層保護方法,保護原理是將制備各類涂層使材料與氧化燒蝕環境隔離開,阻止碳和氧發生反應。如,SUN W等人在C/C復合材料表面采用化學氣相沉積法沉積ZrC陶瓷涂層,能夠有效阻止氧向C/C集體進一步擴散。

            此外,由于CMC-SiC無法長期在1700℃以上的氧化環境中使用,因此可采用ZrC,TaC等超高溫陶瓷材料對其進行涂層改性或基體改性,以發展更加耐高溫、長壽命以及結構功能一體化的新型超高溫材料。如今我國已然擁有CMC-SiC超高溫改性技術基礎。而SiC陶瓷材料是目前主要的航天反射鏡材料,廣泛應用于航空、航天的掃描鏡、反射鏡、光學系統等。

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