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复合材料
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å¼?­a€

  世界各国高度重视新材料发展,推出多项战略政策推进新材料技术的发展。发辑֛½å®¶æ–°ææ–™äº§ä¸šå„具特色åQŒä¾§é‡é¢†åŸŸå„不相同: ¾ŸŽå›½æ³¨é‡¿U‘技领域的研发,òq¶ä¿æŒå…¨çƒé¢†å…ˆåœ°ä½ï¼› 日本既重视对新材料的研发åQŒåˆä¸å¿˜æ”¹è¿›çŽ°æœ‰ææ–™çš„性能åQŒåˆ©ç”¨æœ‰é™èµ„源发挥最大作用; ‹Æ§ç›Ÿæ–°ææ–™ç§‘技战略目标是保持在航天材料½{‰é¢†åŸŸçš„竞争优势ã€?/span>

  本文详细阐述了国际航天新材料的研½I¶ä¸Žåº”用现状åQŒé‡ç‚¹ä»‹¾läº†å›½å†…航天新型材料的研½I¶æˆæžœï¼ŒæŒ‡å‡ºäº†èˆªå¤©æ–°åž‹ææ–™æœªæ¥çš„发展­‘‹åŠ¿ã€?/span>

01

高性能轻质金属合金

  为满­‘›_¯¼å¼V€ç«½Ž­ç­‰èˆªå¤©è£…备òq›_°è½»é‡åŒ–、高可靠、高推比½{‰å‘展需求,目前国外大力发展的高性能轻质金属合金主要包括½W¬ä¸‰ä»£é“é”‚合金、高强镁合金、低成本钛合金、耐高温合金等ã€?/span>

1

½W¬ä¸‰ä»£é“é”‚合é‡?/span>

  20 世纪20 òq´ä»£åQŒå¯d国研制出½W¬ä¸€ä»£é“é”‚合金。缺点很明显åQŒå¦‚延展性弱、韧性差、加工困隑֒Œä»äh ¼æ˜‚è´µ½{‰ï¼Œæ²¡æœ‰å¼•è“v­‘›_¤Ÿé‡è§†ã€?970 òq´åŽåQŒæ¬§¾ŸŽç­‰å›½ç ”制出了第二代铝锂合金产品åQŒåŒ…括前苏联çš?420 铝锂合金和美国的2090 铝锂合金½{‰ã€‚第二代铝锂合金也存在问题,包括强度不高、塑形较低等ã€?/span>

  2013 òqß_¼ŒåŠ æ‹¿å¤§è‚¯è”公司推出的Air Ware ¾pÕdˆ—½W¬ä¸‰ä»£é“é”‚合金已用于½IÞZ¸­å®¢èžR公司的A350、庞巴èé_公司的C ¾pÕdˆ—飞机以及FåQ?6、FåQ?8 ½{‰å†›ç”¨é£žæœºï¼Œ¾l„织模式如图1 所½Cºã€‚美国航½Iºç•Œž®†è¿™¿Uæ–°ææ–™¿UîCؓ“超¾U§åˆé‡‘”,被美刊评ä¸?013 òq´èˆª½Iºåä¸‰ä¸ªé‡å¤§äº‹äšg之一。第三代铝锂合金在添加锂元素æ—Óž¼Œæ›´åŠ æ³¨é‡åˆé‡‘强度与疲劌™£‚¾UҎ‰©å±•æ€§èƒ½ä¹‹é—´çš„åã^衡。通过降低锂含量( 降低è‡?wt% ï½?2wt%åQ?及优化热处理制度åQŒèŽ·å¾—良好的¾l¼åˆæ€§èƒ½ã€‚用其制造飞机结构,可ä‹É飞机¾l“构减轻25%åQŒè€èš€æ€§æ¯”传统铝锂合金高出46%åQŒæŠ—疲劳性能提高25%åQŒé£žæœºé™ä½Žé˜»åŠ?%。此外,与复合材料比较,可加工性也得以改善åQŒå¯ä½¿ç”¨ä¼ ç»Ÿé“åˆé‡‘制造工è‰ø™¿›è€Œé™ä½Žé£Žé™©ä¸Žæˆæœ¬åQŒåˆ©ç”¨çŽ°æœ‰åŠ å·¥è®¾å¤‡åŠä¾›åº”é“„¡­‰åQŒè¿˜å?00%回收。未来应用对象锁定在A320 及æ‡LéŸ?37 的后¾l§çª„体客æœÞZ¸ŠåQŒä¹Ÿå‡†å¤‡ç”¨äºŽå†›ç”¨é£žæœºFåQ?5、FåQ?6 和FåQ?8 的隔框、蒙皮及其他¾l“构件ã€?/span>

  今后铝锂合金的发展还要加å¼ÞZ»¥ä¸‹æ–¹é¢çš„研究åQ?/span>

  åQ?åQ?增加铝锂合金的韧性、塑形和强度åQ?/span>

  åQ?åQ?降低铝锂合金的结构质量;

  åQ?åQ?改善铝锂合金的各向异性ã€?/span>

2

高强镁合é‡?/span>

  20 世纪40 òq´ä»£åQŒé•åˆé‡‘获得了飞速发展。但ç”׃ºŽä»äh ¼æ˜‚贵的原因,镁合金的研究出现停滞ã€?/span>

  ˜q‘年来,ç”׃ºŽçŽ¯å¢ƒå’Œèƒ½æºé—®é¢˜è¶Šæ¥è¶Š½Hå‡ºåQŒä»¥åŠé•åˆé‡‘巨大的性能潜力和优势,镁合金的研究和应用日益受到å¯d、美、加½{‰å‘辑֛½å®¶å’Œåœ°åŒºçš„高度重视,均相¾l§å‡ºåîCº†é•åˆé‡‘ç ”½I¶è®¡åˆ’进行技术攻养I¼ŒæŠ•èµ„金额æ€Õd’Œè¾¾æ•°äº¿ç¾Žå…ƒã€‚å¯d国科学技术协会牵å¤ß_¼Œå¯åŠ¨äº†ç”±å¾·å›½å…‹åŠ³æ–¯å¡”大学和汉诺威大学负责¾l„织实施、欧‹z²æœ€å¤§çš„镁合金与镁合金压铔R¡¹ç›®â€œSFB390”,™å¹ç›®é‡‘额­‘…过5 300 万欧元,主要目标是研½I‰™•åˆé‡‘在结构äšg中的应用。加拿大联邦政府及魁北克省与‹¹·å¯d鲁公司共同投èµ? 140 万加元成立了一个新的镁合金研究中心åQŒå…¶å®—旨在于通过优化设计工艺及材质,获得å…ähœ‰ä¼˜è‰¯æ€§èƒ½çš„镁合金压铸雉™ƒ¨ä»Óž¼Œä»Žè€Œè¿›ä¸€æ­¥æ‹“宽镁合金的应用领域ã€?/span>

  镁合金通过合金化,与稀土元素åŞ成稳定的高温相,以提高镁合金的高温性能ã€?/span>

  采用时效强化与åŞ变强化可以提高合金的强度和韧性,¾ŸŽå›½¿U‘学家的研究¾l“果表明åQŒé€šè¿‡æŒ¤åŽ‹ä¸Žçƒ­å¤„理复合处理后的ZK60 镁合金,强度及断裂韧性均得到极大的提高。当前国外变形镁合金的室温屈服强度最高达åˆ?00 MPaåQŒåšg伸率辑ֈ°5%ã€?/span>

  镁合金质量轻是其在航½Iø™ˆªå¤©ä¸­åº”用的最主要因素åQŒéšç€é•åˆé‡‘的研究¾l§ç®‹å¼€å±•ï¼Œåœ¨èˆª½Iø™ˆªå¤©ä¸­çš„应用将会越来越普遍ã€?/span>

3

低成本钛合金

  å›? 是飞机结构中钛用量随òq´ä»£çš„变化。由于其ä»äh ¼æ˜‚è´µåQŒå¸¸ç”¨äºŽæ‰¿åŠ›å¤§çš„关键部位。äؓ扩大钛合金的使用量,国外¿U¯æžç ”制新型低成本钛合金。美国Allegheny 技术公åæ€¹Ÿé‡‡ç”¨é“å…ƒç´ ä»£æ›‰K’’元素和富氧技术,研制了新配方TiåQ?AlåQ?.5VåQ?.5FeåQ?.25O钛合金,其性能¾cÖM¼¼äºŽTiåQ?AlåQ?V 合金åQŒå…·æœ‰ä¼˜è‰¯çš„å†ähˆå½¢å’Œçƒ­åŠ å·¥æ€§èƒ½åQŒä½†ä»äh ¼æ¯”航½Iø™ˆªå¤©ç”¨çš„Ti åQ?AlåQ?V 合金¾U¦ä½Ž20%ã€?/span>

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  钛合金作为发动机材料虽有巨大优势åQŒä¹ŸåŒæ ·é¢äÍ极大挑战åQ?/span>

  åQ?åQ?钛合金的性能在高温条件下˜q˜ä¸è¾¾æ ‡åQ?/span>

  åQ?åQ?钛合金的ä»äh ¼˜q‡é«˜ã€?/span>

4

耐高温合é‡?/span>

  高温合金是指以铁、镍、钴为基体材料,能在高温和应力作用下长期工作的特定金属材料。高温合金在600℃以上具有良好的强度、塑性、韧性和疲劳性能½{‰ã€‚经˜q‡æ•°åå¹´çš„发展,高温合金已较为成熟,òq¶åœ¨æ­¦å™¨è£…备动力装置上获得广泛应用。随着材料的更新换代,发动机的涡轮˜q›å£æ¸©åº¦ä¹Ÿä»Ž½W¬ä¸€ä»£çš„777ï½? 027℃跃升至½W¬å››ä»£çš„1 577ï½? 715℃ã€?/span>

  与纯金属及合金材料相比,金属间化合物å…ähœ‰æžå¥½çš„耐高温和耐磨性能。äؓ此,˜q‘年来国外针寚w‡‘属间化合物的基础性研½I¶ã€æˆåˆ†è®¾è®¡ã€å·¥è‰ºæµ½E‹çš„开发以及应用开展了大量工作åQŒç”¨äºŽæ›¿ä»£ä¼ ¾lŸçš„镍基高温合金、镍基单晶合金等。其中TiåQAl 合金发展最ä¸ø™¿…速,富铌¾•åQTiAl 合金已发展到½W¬ä¸‰ä»£ï¼Œå¡‘性和韧性都有很大提高,已在航空发动机叶片中得到大量应用åQŒé“¸é€ Î»I¼TiAl 低压涡轮叶片在PW1000G、Leap åQ?1B、LeapåQ?C 的用量预计达åˆ?20 万片åQŒè‡³2014 òq´PCC公司刉™€ çš„TiåQAl 叶片òq´äñ”量已辑ֈ°4 万片ã€?/span>

02

复合材料

  复合材料å…ähœ‰æ¯”强度高、加工成形方ä¾Ñ€æŠ—腐蚀能力强等特点åQŒåˆ©ç”¨å…¶å–代传统的钢、铝合金½{‰ææ–™åˆ¶é€ æ­¦å™¨è£…备结构äšgåQŒå¯ä»¥åœ¨ä¿è¯æ­¦å™¨è£…备性能的同æ—Óž¼Œå¤§å¤§å‡è½»è£…备的质量。目前国外大力发展的航天高性能复合材料主要包括树脂基复合材料、铝基复合材料和陶瓷基复合材料等ã€?/span>

1

树脂基复合材æ–?/span>

  树脂基复合材料是以聚合物为基体,¾U¤ç»´ä¸ºå¢žå¼ÞZ½“复合而成。因此,树脂基复合材料的用量已经成äؓ衡量航空航天技术发展的重要标志。图3 为树脂基复合材料和轻质金属材料的比强度和比模量ã€?/span>

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  ¾ŸŽå›½æˆ˜æ–§å·¡èˆªå¯¼å¼¹å¤§é‡é‡‡ç”¨äº†å¤åˆææ–™ï¼Œå¦‚头锥采用了Kevlar /聚酰亚胺åQŒé›·è¾‘Ö¤©¾U¿ç½©ã€è¿›æ°”道采用了玻璃纤¾l?环氧树脂åQŒè¿›æ°”道整流¾|©é‡‡ç”¨äº†¼„³çº¤¾l?聚酰亚胺åQŒå°¾¾˜¼é‡‡ç”¨äº†çŽÈ’ƒ¾U¤ç»´/环氧树脂、Kevlar /环氧树脂åQŒå°¾é”¥ä‹É用了çŽÈ’ƒ¾_—纱/环氧树脂½{‰ã€‚美国“侏儒”小型地对地‹z²é™…弚w“导弹三çñ”发动机燃烧室壳体ç”Þq¢³¾U¤ç»´/环氧树脂¾~ ç»•åˆ¶ä½œåQ?三叉戟( DåQ?åQ?½W¬ä¸€ã€äºŒ¾U§å›ºä½“发动机壳体采用¼„?环氧制作åQŒå…¶æ€§èƒ½è¾ƒKevlar /环氧提高30%ã€?/span>

  热塑性树脂用作复合材料基体,在断裂韧性、冲å‡Õd¼ºåº¦å’Œå¸æ¹¿½{‰æ–¹é¢éƒ½ä¼˜äºŽçƒ­å›ºæ€§æ ‘脂基体,在耐高温、抗湿热、抗冲击、热½E›_®šæ€§ã€æŸä¼¤å®¹é™ç­‰æ–šw¢éƒ½å¤§å¤§ä¼˜äºŽçŽ¯æ°§æ ‘è„‚ç³»¾lŸï¼Œå·²æˆä¸ºå¤åˆææ–™æ ‘脂基体的发展­‘‹åŠ¿ã€‚近些年åQŒç”±äºŽçº¤¾l´å¢žå¼ºçƒ­å¡‘性复合材料在生äñ”æ–šw¢å–得了显着˜q›æ­¥åQŒæžå¤§é™ä½Žäº†ææ–™æˆæœ¬åQŒæé«˜äº†å¯ç”¨æ€§ï¼Œå·²åœ¨å¯¼å¼¹å¼¹ä½“和发动机壳体设计和应用方面得到重视。美国陆军提å‡ÞZº†è¦å¼€å‘纤¾l´å¢žå¼ºçƒ­å¡‘性复合材料导弹圆½{’åŞ接缝¾l“构的熔接工艺、材料和分析技术,用于导弹发动机和弹体圆筒形接¾~å¤„的圆½{’åŞ接缝处的熔接。美国圣åœîCºšå“¥å¤åˆææ–™å…¬å¸è®¾è®¡äº†ä¸€¿Uç†”接机åQŒå¯ç”¨äºŽåŠ å·¥çƒ­å¡‘性复合材料圆½{’,应用于导弹结构äšgã€?/span>

2

铝基复合材料

  ¼„›_Œ–¼‹?铝基复合材料的强度在¼„›_Œ–¼‹…纤¾l´å«é‡è¾ƒä½Žæ—¶ä¹Ÿè¿œæ¯”超¼‹¬é“é«˜ã€‚由于成本较铍材低得多,˜q˜å¯ä»¥æ›¿ä»£é“æç”¨ä½œæƒ¯æ€§å™¨ä»Óž¼Œå·²è¢«ç”¨äºŽ¾ŸŽå›½æŸå¯¼å¼ÒŽƒ¯æ€§åˆ¶å¯¼ç³»¾lŸå’Œæƒ¯æ€§æµ‹é‡å•å…ƒã€?/span>

  ¾ŸŽå›½å“ˆå‹ƒå¤ªç©ºæœ›è¿œé•œçš„高增益天¾U¿æ†¾l“构采用P100 ­‘…高模量¼„³çº¤¾lß_¼ˆ40vol%åQ‰å¢žéŸ§çš„6061 铝基复合材料åQŒé‡‡ç”¨æ‰©æ•£ç²˜æŽ¥å·¥è‰ºåˆ¶é€ ï¼Œ¼‹®ä¿äº†å¤ª½IºæœºåŠ¨é£žè¡Œæ—¶å¤©çº¿çš„方位,它还ç”׃ºŽå…ähœ‰è‰¯å¥½çš„导甉|€§èƒ½åQŒä»Žè€Œæé«˜äº†æ³¢å¯¼åŠŸèƒ½åQŒä¿éšœäº†èˆªå¤©å™¨å’Œå¤©çº¿åå°„器之间的电信号传输,整个部äšg比碳/环氧材料è½?3%ã€?/span>

3

陶瓷基复合材æ–?/span>

  陶瓷基复合材料以其优异的耐高温性能、高温力学性能½{‰æˆä¸ºçƒ­¾l“构材料的候选,在导弚w¢†åŸŸæœ‰ç€æžäؓ重要的应用前景。美国、法国等国家开展了深入研究åQŒé’ˆå¯šw•¿æœŸé£žè¡Œå’Œå·¥ä½œçš„导弹设计了带有冷却¾l“æž„çš„C /SiC 复合材料夹层¾l“æž„åQŒåƈ研制出带ä¸ÕdŠ¨å†·å´¾l“构的超燃冲压发动机燃烧室ã€?/span>

  目前åQŒæ³•å›½èˆª½Iø™ˆªå¤©ç ”½I‰™™¢å·²ç”¨¾U¤ç»´¾~ ç»•æ³•ç”Ÿäº§å‡ºç›´å¾„150 mm、长åº?00 mm 的筒形äšg及其他复杂åŞ状构件。据¿U°è¿™¿Uæ–°ææ–™åˆ‰™€ æˆç†Ÿåº¦å·²è¾¾åˆ? ¾U§ã€?/span>

  试验件的初步试验表明åQŒæ­¤ææ–™èƒ½è€? 000℃高温,可满­‘³â€œé«˜­‘…声速飞行器”计划试飞的½W¬ä¸€é˜¶æ®µè¦æ±‚åQ›ç¬¬äºŒé˜¶ŒDµå°†æŠŠææ–™çš„耐热温度提高åˆ? 000℃以上,辑ֈ°é£žè¡Œé€Ÿåº¦­‘…过8 马赫的要求。新型陶瓷基复合材料的问世,为导弹及航天飞行器材料提高高温强度、韧性、抗氧化性和昄¡€é™ä½Žæˆæœ¬æä¾›äº†æ–°çš„可能ã€?/span>

  复合材料历经多年发展åQŒé…å¥—技术已¾lè¶‹äºŽæˆç†Ÿï¼ŒçŽ°è¿˜éœ€åŠ å¼ºä»¥ä¸‹æ–šw¢ç ”究åQ?/span>

  åQ?åQ?研发新型低成本轻量化复合材料åQ?/span>

  åQ?åQ?开展智能化复合材料制备技术;

  åQ?åQ?增强微纳¾c›_¤åˆææ–™æŠ€æœ¯çš„发展ã€?/span>

03

特种功能材料

  为满­‘Œ™²äººé£žèˆ¹çš„˜q”回舱、重复ä‹É用的˜qè²å™¨ï¼ˆ 如航天飞机) 、洲际导弹等再入大气层时寚w˜²çƒ­ä¸Žéš”热的要求,以及保障低轨道航天器的空间防护,国外航天领域¿U¯æžç ”发和应用特¿UåŠŸèƒ½ææ–™ã€?/span>

1

高温合金材料

  高温合金是航½Iø™ˆªå¤©å‘动机部äšg的重要材料。传¾lŸé«˜æ¸©åˆé‡‘å·²¾læŽ¥˜q‘其使用温度上限åQŒæ— æ³•é€šè¿‡è°ƒæ•´æˆåˆ†æ¯”例来进一步提高ä‹É用温度,只能求助于新型工艺途径åQŒå¦‚定向凝固高温合金½{‰ï¼ˆ å›?åQ?ã€?/span>

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  ¾ŸŽå›½NASA 马歇ž®”空间飞行中心研发出弥散强化的钼åQé“¼åˆé‡‘åQŒé‡‡ç”¨çœŸ½Iºç­‰¼›Õd­å–äh¶‚刉™€ è€é«˜æ¸©éƒ¨ä»¶ã€‚与其他同等的非弥散强化的钼åQé“¼åˆé‡‘相比åQŒç ”发出的合金高温性能得到提高ã€?/span>

  ¾ŸŽå›½DAåQ²PA 授予奎斯塔克公司“小企业创新研究计划”项目,应用该公司的材料设计技术,研发å…ähœ‰æ›´å¤§å»¶å±•æ€§ã€æŠ—氧化性和1 300℃以上蠕变性能优异的钼基合金。公司计划开发基于传¾lŸå¤š¾l„分热力学和灉|´»æ€§æ•°æ®åº“的程序结构和¾l“构性能模型åQŒåƈ利用˜q™äº›å·¥å…·å’Œæ¨¡åž‹æ¥è®¾è®¡å¯é€šè¿‡ä¼ ç»Ÿå·¥è‰ºåˆ‰™€ çš„先进钼基合金。改˜q›çš„钼基合金可望用于下一代运载火½Ž­éƒ¨ä»¶ã€?/span>

2

多层隔热材料

  多层隔热材料是通过减少热辐ž®„的传递来隔热åQŒå…¶åŽŸç†è§å›¾5ã€?/span>

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  ¾ŸŽå›½NASA 戈达徯‚ˆªå¤©ä¸­å¿ƒå¼€å‘出用于微流星体防护的气凝胶基多层隔热材料。这¿Uææ–™æ˜¯ž®†è¶…低密度、高疏水性、纤¾l´å¢žå¼ºæ°”凝胶材料åQ?2.5 ï½?3. 8cm 厚的气凝胶层åQ?集成到多层隔热材料上åQŒåŞ成一体化的隔热材料。气凝胶层具有高的抗压强度,可抵抗高速冲击; 多层隔热材料å…ähœ‰éžå¸¸æœ‰æ•ˆçš„隔热性能åQŒäºŒè€…集合在一èµøP¼Œä½¿å¾—˜q™ç§ä¸€ä½“化的隔热材料具有卓­‘Šçš„热性能和显着的坚固性,从而实现真正的微流星体防护。多层隔热材料的¾~ºç‚¹ž®±æ˜¯æˆæœ¬˜q‡é«˜åQŒè¿˜éœ€è¦é™ä½Žå…¶æˆæœ¬˜q›è¡ŒæŽ¨å¹¿åº”用ã€?/span>

3

热防护材æ–?/span>

  热防护材料是保护飞行器免受高速飞行时热环境伤害的重要¾l„成部分ã€?/span>

  1960 òq´å¼€å§‹ï¼Œ¾ŸŽå›½ç ”制å‡ÞZº†ä¸€¾pÕdˆ—陶瓷隔热瓦。这是美国高­‘…声速飞行器的隔热结构设计过½E‹ä¸­é‡è¦çš„候选材料。欧‹z²çš„­‘…高声速飞行器也采用了¾cÖM¼¼éš”热瓦的技术,如å¯d国采用多孔纳¾cÏxæ–™ä½œä¸ºéš”热层åQŒä¿„¾|—斯采用çŽÈ’ƒ¾U¤ç»´ä½œäؓ巡航导弹的热防护材料ã€?/span>

  ˜q‘年来,法国½Iºå®¢é˜²åŠ¡ä¸Žèˆªå¤©å…¬å¸ï¼ˆ ADSåQ?完成了欧‹z²Exo Mars ä»ÕdŠ¡æ‰€éœ€çš„两个热防护¾|©çš„建造ã€?/span>

  该舱拥有前后两个热防护罩åQŒå…¶ä¸­å‰çƒ­é˜²æŠ¤ç½©ç›´å¾„ä¸?.4 måQŒè´¨é‡äؓ80 kgåQŒç”±è¦†ç›–90 片防热瓦的碳夹层¾l“æž„¾l„成åQŒåœ¨˜q›å…¥å¤§æ°”层阶ŒDµå°†æ‰¿å—1 850℃以上的高温åQ?后热防护¾|©è´¨é‡ä»…ä¸?0 kgåQŒç”±å›ºå®šåœ¨ç¢³¾l“构上的12 ¿Uä¸åŒåž‹åïLš„93 片防热瓦构成åQŒåƈ包含一个下降阶ŒDµå±•å¼€çš„降落伞。探‹¹‹å™¨çš„科学äÈA器集成在前热防护¾|©ä¸­åQŒåœ¨å‘射准备的最¾lˆç»„装前完成后热防护¾|©çš„装配。公司曾成功研制“惠更斯”探‹¹‹å™¨æ‰€ç”¨çš„热防护罩åQŒç›®å‰æ­£åœ¨ç ”½I¶ä¸‹ä¸€ä»£çƒ­é˜²æŠ¤ææ–™å’Œç³»¾lŸï¼Œç”¨äºŽå¤–星球或½Iºé—´ç«™çš„样品˜q”回ã€?/span>

  ­‘…高速飞行器需要承受进入大气层时超˜q?000℃的高温åQŒè€Œè¶…高温陶瓷的熔点在3 000℃以上,是理想的候选材料。英国äëu敦帝国理工学院先˜q›ç»“构陶瓷中心研½I¶äh员不但对­‘…高温陶瓯‚¿›è¡Œäº†èˆªå¤©é¢†åŸŸçš„适用性试验,˜q˜æŽ¢ç´¢äº†ä¸åŒæ·ÕdŠ å‰‚对材料性能提高的可行性,发现HfC 可作ä¸ÞZ¿æŠ¤è¶…高速飞行器的热防护材料ã€?/span>

  随着飞行器飞行速度的提高,对热防护材料性能的需求也日益提高åQŒçƒ­é˜²æŠ¤ææ–™éœ€è¦åœ¨ä»¥ä¸‹æ–¹å‘加强研究ã€?/span>

  åQ?åQ?可重复ä‹É用的耐高温热防护材料热防护材料除了耐高温之外,˜q˜éœ€è¦å¢žåŠ åå¤æ‰¿å—高速飞行时环境伤害的能力,˜q›è€Œé™ä½Žæˆæœ¬ã€?/span>

  åQ?åQ?­‘…高温热防护材料飞行器在高速飞行中åQŒå±€éƒ¨æ¸©åº¦éžå¸”R«˜åQŒæ­¤å¤„ä‹É用的热防护材料应å…ähœ‰è€è¶…高温、高效隔热等特点ã€?/span>

4

微流星体轨道¼„Žç‰‡é˜²æŠ¤ææ–™

  ‹¹æ˜Ÿä½“是指存在于太阳¾pÕd†…高速运转的å›ÞZ½“颗粒。而碎片是指宇宙空间中除正在工作的飞行器以外的人造物体。航天飞行器在这æ ïLš„环境中运行,损伤难以忽视åQŒå¦‚å›? 所½Cºã€‚因此,¼„Žç‰‡é—®é¢˜ä¸ä»…是设计和发射航天器时必须考虑的一个因素,也是¾l´æŠ¤½Iºé—´çŽ¯å¢ƒå®‰å…¨çš„一个重要方面ã€?/span>

  ¾ŸŽå›½NASA å–äh°”推进实验室研制出可用于航天器微流星体轨道¼„Žç‰‡é˜²æŠ¤çš„新型金属合金如块状çŽÈ’ƒåˆé‡‘åQ?BMGåQŒä¹Ÿ¿U°éžæ™¶æ€åˆé‡‘) 及其复合材料。BMG 不但å…ähœ‰æžé«˜çš„强度和¼‹¬åº¦ã€è¾ƒä½Žçš„密度åQŒè¿˜æ˜“于成åŞ。用柔性结晶相增强的BMG 基复合材料,不仅保留了BMG 的高¼‹¬åº¦åQ?比铝合金¼‹? 倍) 、较低密度( 是铝合金密度çš? /2 倍) 、低熔化温度åQ?与铝合金相同åQ?½{‰æ€§èƒ½åQŒä‹É得采用BMG 作äؓ航天器的防护屏,可有效地气化撞击˜q›æ¥çš„碎片,同时¼‹®ä¿è¢«æ’žå‡Èš„局部防护屏易熔化或气化åQŒä»Žè€Œé˜»æ­¢å›ºä½“碎片撞å‡Õdˆ°èˆªå¤©å™¨å¤–壁。利用速度è¾? km/s 的铝弹丸å¯ÒŽ–°é˜²æŠ¤å±å’Œå›½é™…½Iºé—´ç«™çŽ°å½šw˜²æŠ¤å±åQ?Kevlar ¾U¤ç»´åˆ‰™€ ï¼‰ ˜q›è¡Œæ¯”较åQŒæµ‹è¯•ç»“果表明,新防护屏比传¾lŸé˜²æŠ¤å±èƒ½æ›´æœ‰æ•ˆå‡ç¼“来自铝弹丸的冲击力。BMG 及其复合材料能支撑大型薄板和面板åQŒä¸”å…ähœ‰æžå¥½çš„力学性能åQŒæœ‰æœ›æˆä¸ºæœªæ¥èˆªå¤©å™¨å¾®æµæ˜Ÿä½“轨道¼„Žç‰‡é˜²æŠ¤çš„优选材料ã€?/span>

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04

矛_¢¨çƒ¯ææ–?/span>

  矛_¢¨çƒ¯å¾®è§‚结构是¼„›_ŽŸå­ç»„成的二维蜂窝¾|‘æ ¼åQˆå›¾7åQ‰ï¼Œå•å±‚矛_¢¨çƒ¯ææ–™åªæœ‰ä¸€ä¸ªç¢³åŽŸå­ç›´å¾„厚( 0.335 nmåQ?兼具半导体和金属属性。主要特性有åQ?良好的电学性能åQŒå®¤æ¸©ä¸‹ç”µå­˜qç§»çŽ‡æ˜¯¼‹…çš„100 倍,比表面积可达2 630 m2 /g; 较好的力学性能åQŒææ–™ç»“构稳定,抗拉强度125 GPaåQŒæ˜¯é’¢çš„100 倍以上; ½Hå‡ºçš„热学性能åQŒçƒ­å¯¼çŽ‡è¾?.3 kW/åQ?m·KåQ?; 优异的光学性能åQŒå•å±‚石墨烯的可见光透光率达97.7%。石墨烯材料可应用于军用电子¾pȝ»Ÿã€èƒ½æºã€é˜²æŠ¤ã€åŽå‹¤ä¿éšœã€éšíw«ç³»¾lŸç­‰é¢†åŸŸåQŒæŽ¨åŠ¨èˆªå¤©æ­¦å™¨è£…备发展实现重大创新ã€?/span>

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1

军用电子¾pȝ»Ÿç”¨çŸ³å¢¨çƒ¯

  矛_¢¨çƒ¯ç”µè·¯å…·æœ‰æ›´é«˜çš„工作频率åQŒå¯ä»¥æ›¿ä»£çŽ°æœ‰çš„半导体电路ã€?012 òqß_¼Œ IBM 公司研制出截止工作频çŽ?00 GHz 的石墨烯场效应晶体管åQŒæ¯”同尺寸硅场效应晶体管é«?.5 倍,改进后有望突ç ? THzã€?/span>

  波兰DCD 公司2012 òq´å¼€å‘出世界首款矛_¢¨çƒ¯å¤„理器åQŒç”µå­åœ¨å¤„理器中的运动速度接近光速,功耗比同类¼‹…äñ”品降ä½?0%。这两项新突破将寚w«˜é€Ÿé›†æˆç”µè·¯ã€é«˜æ€§èƒ½è®¡ç®—机、军用雷辄¡­‰å‘展产生重要推动作用ã€?/span>

  2013 òqß_¼Œ¾ŸŽå›½è¥¿åŒ—大学研发出高导电性石墨烯柔性电极,可用于生产大òq…面、可折叠¾_‘Ö¯†æ˜„¡¤ºè®‘Ö¤‡ã€‚应用该技术制造的军用电子地图½{‰æ˜¾½Cø™®¾å¤‡å°†æ›´åŠ è½»è´¨ã€ä¾¿æºã€?015 òqß_¼Œ¾ŸŽå›½èŽ±æ–¯å¤§å­¦çš„ç ”½I¶äh员采用一¿Uâ€œæ¿€å…‰è¯±å¯¼çŸ³å¢¨çƒ¯â€ï¼ˆLIGåQ?的方法诱导石墨烯生äñ”åQŒç”¨äºŽæŸ”性电容器的生产。上˜q°ææ–™å¯æœ›ç”¨äºŽèˆªå¤©ç”µå­ç³»¾lŸä¸­ã€?/span>

2

高功率武器装备用矛_¢¨çƒ?/span>

  矛_¢¨çƒ¯å·¨å¤§çš„比表面积使其成äؓ高功率激光器的核心材料,也可用于刉™€ å®¹é‡å¤§ã€å……攄¡”µ˜q…速的­‘…çñ”电容和电池,解决ç”늣å¯ÆD½¨ç‚®ã€å®šå‘能武器½{‰å‚¨èƒ½éœ€æ±‚高、充攄¡”µé€Ÿåº¦å¿«çš„技术难题ã€?013 òqß_¼Œ¾ŸŽå›½èŽ±æ–¯å¤§å­¦åˆ‰™€ é«˜æ¯”容微型矛_¢¨çƒ¯é”‚甉|± åQŒæ¯”容达åˆ?04 mA·h /gåQŒåŽšåº¦ä»…0.01 μmåQŒå……攄¡”µæ—‰™—´20 såQŒè¯•éªŒè¡¨æ˜Žå……攄¡”µ1 000 ‹Æ¡åŽåQŒç”µå®šw‡ä»…损è€?0%ã€?014 òq?1 月,¾ŸŽå›½èŽ±æ–¯å¤§å­¦¿U‘学家发明了一¿Uæ–°åž‹çš„矛_¢¨çƒ?¾U³ç±³½Ž¡å¤åˆé˜´æžï¼Œå¯ä‹É廉ä­h柔性的染料敏化太阳能电池更实用化,光电转换能力提高äº?0%ã€?015òq? 月,韩国三星公司通过ž®†é«˜¾l“晶矛_¢¨çƒ¯çš„合成新方法应用到高容量硅阴极åQŒå‘明了新型“高度结晶石墨烯¾~–码的”硅阴极材料åQŒå¤§òq…提升了锂离子电池的电容量。上˜q°ææ–™å¯æœ›ç”¨äºŽèˆªå¤©æ­¦å™¨è£…备的­‘…çñ”电容和电池中ã€?/span>

3

军用防护材料用石墨烯

  利用矛_¢¨çƒ¯è¶…薄、超轅R€è¶…抗压特点制出的新型材料,可用于替换防弹衣中的芳纶½{‰ææ–™ï¼Œåœ¨å‡è½»è´¨é‡çš„同时˜q˜èƒ½æé«˜é˜²æŠ¤èƒ½åŠ›ã€‚实验证明,矛_¢¨çƒ¯æ‰¿å—子弹冲å‡Èš„性能胜过钢铁和防弹衣材料。澳大利äº?012 òq´ç ”发的矛_¢¨çƒ¯å£³ä½“材料较普通钢壳体减轻83%åQŒè€Œå±ˆæœå¼ºåº¦æå?2 倍。另外,矛_¢¨çƒ¯å¯ç”¨äºŽåˆ¶ä½œ­‘…强耐腐涂层。美国布法罗大学同年研发出石墨烯涂料åQŒé’¢ææ¶‚覆该材料后可‹¹¸æˆö在浓盐水中一个月不锈。上˜q°ææ–™å¯æœ›ç”¨äºŽèˆªå¤©æ­¦å™¨è£…备的防护材料中ã€?/span>

4

战场后勤保障用石墨烯

  矛_¢¨çƒ¯æ°´å‡€åŒ–设备具有低耗、高效的特点ã€?012òqß_¼Œ¾ŸŽå›½MIT 通过采用矛_¢¨çƒ¯å‡€åŒ–æ“væ°ß_¼Œå®žçŽ°äº†æ“v水的快速净化ã€?013 òqß_¼Œ¾ŸŽå›½‹z›é©¬å…¬å¸å¤§åŠ›æŽ¨è¿›çŸ›_¢¨çƒ¯æ“v水净化系¾lŸç ”½IӞ¼Œòq¶è®¡åˆ’年底完成样机测试。该¾pȝ»Ÿçš„水净化速度比当前反渗透薄膜快数百倍。该技术一旦发展成熟åƈ应用于航母、潜艇等大型‹¹·ä¸Šä½œæˆ˜òq›_°åQŒå°†å¯å¤§òq…减ž®‘åã^台æÙE水携带量åQŒå¢žåŠ ç‡ƒæ²¹åŠæ­¦å™¨è£…备装蝲量,增强òq›_°‹¹·ä¸ŠæŒç®‹ä½œæˆ˜èƒ½åŠ›ã€?/span>

5

军事隐èín¾pȝ»Ÿç”¨çŸ³å¢¨çƒ¯

  矛_¢¨çƒ¯ææ–™è‰¯å¥½çš„å¾®æ‡L吸收ç‰ÒŽ€§ä‹É其在航天装备隐èín斚w¢ä¹Ÿæœ‰å·¨å¤§çš„潜力ã€?011 òqß_¼Œæ„å¤§åˆ©è¨çš®æ©æ‰Žå¤§å­¦é€šè¿‡è¯•éªŒè¯æ˜ŽçŸ›_¢¨çƒ¯ææ–™æ¯”传统吸æ‡L材料吸æ‡L频带更宽、吸收能力更强。此外,˜q‘年国外重点å…Ïx³¨çŸ›_¢¨çƒ¯å¤åˆææ–™çƒ­ä¼ å¯¼ç‰ÒŽ€§æ–¹é¢çš„应用åQŒç¾Žå›½é˜²å…ˆæœŸç ”究计划局2012 òq´å·²å®ŒæˆçŸ›_¢¨çƒ¯é«˜åˆ†å­èšåˆç‰©äؓ集成电èµ\处理器芯片散热的试验åQŒæ•£çƒ­æ€§èƒ½åQ?热导率) 提升22 倍ã€?/span>

05

­‘…材æ–?/span>

  目前åQŒå…¬è®¤çš„­‘…材料定义是åQ?对内部结构äh工合理设计的åQŒä»Žè€Œå…·æœ‰å¸¸è§„材料不具备的超常物理性能的材料。超材料是ç‘ô高分子材料、纳¾cÏxæ–™ä¹‹åŽææ–™é¢†åŸŸåˆä¸€é‡å¤§½Hç ´åQŒå°†å¯¹ä¸–界科技发展产生重要影响åQŒåƈ有可能成ä¸ÞZ¸€¿Uå‰é€”不可限量的新型材料ã€?/span>

  发达国家高度重视­‘…材料的研究òq¶ç»™äºˆé•¿æœŸæ”¯æŒã€‚美国军方确定超材料技术率先应用于最先进的军事装备ã€?012 òqß_¼Œ¾ŸŽå›½å›½é˜²éƒ¨é•¿åŠžå…¬å®¤å°†­‘…材料列为六大颠覆性基¼‹€ç ”究领域之一åQŒç¾Žå›½å†›æ–ÒŽ”¯æŒè¶…˜q?0 家企业进入超材料研究应用领域。日本政府也ž®†è¶…材料列入学术研究的重点,成立了各¿Uè¶…材料研究所åQŒåƈ表示在下一代战斗机中将使用­‘…材料技术。俄¾|—斯也将­‘…材料技术列ä¸ÞZ¸‹ä¸€ä»£éšå½¢æˆ˜æ–—机的核心关键技术。在航天领域上逐步应用也是¾ŸŽå›½ã€æ—¥æœ¬ã€ä¿„¾|—æ–¯½{‰å›½å®¶å¼€å±•è¶…材料应用研究的拓展方向ã€?/span>

1

表面隐èín用超材料

  目前åQŒè¶…材料在可见光隐èín、红外隐íw«å’Œå£°æ‡L隐èín斚w¢å‡å–得重大进展。在光隐íw«æ–¹é¢ï¼Œ2008 òq´ç¾Žå›½åŠ åˆ©ç¦ž®égºšå¤§å­¦åœ¨ç¾Žå›½å›½é˜²éƒ¨å’Œèƒ½æºéƒ¨èµ„助下,利用银和镁的氟化物以及纳¾c³é“¶¾U¿å¤åˆäº¤æ›¿å †å åˆ¶é€ å‡ºä¸€¿Uâ€œéšíw«æ–—½‹·â€ï¼Œå¯ä‹É自然界中的可见光和近¾U¢å¤–光发生逆è{ã€?012 òqß_¼Œä¿„罗斯和业wº¦ç ”究人员使用掺杂铝的氧化锌制备了在近¾U¢å¤–波段隐èín的新型铝åQ?氧化é”?氧化铝材料。在声æ‡L隐èín斚w¢åQ?014òqß_¼Œ¾ŸŽå›½æœå…‹å¤§å­¦ç ”制å‡ÞZ¸–界首个三¾l´â€œéšíw«æ–—½‹·â€ï¼Œå¯ä»¥è®©å£°æ³¢è½»æ˜“çš„¾l•è¿‡åQŒè¿™å¿…将寚wšíw«é£žè¡Œå™¨çš„开发äñ”生巨大的推动作用ã€?/span>

2

雯‚¾¾¾|©ç”¨­‘…材æ–?/span>

  军用飞机的天¾U¿ç½©é™¤ä¿æŠ¤å¤©¾U¿å…å—环境媄响之外,˜q˜éœ€è¦äؓ天线提供隐èín防护功能åQŒå…å—敌斚w›·è¾„¡š„探测。传¾lŸé€æ‡L材料制成的天¾U¿ç½©åœ¨å¢žåŠ åŽšåº¦ä»¥æ»¡èƒö耐压性能的同æ—Óž¼Œå¾€å¾€ä¼šå› ä¸ºçƒ­æŸè€—和反射损耗等因素使天¾U¿çš„辐射方向囑֏˜å·®ï¼Œé™ä½Žå¤©çº¿çš„性能ã€?/span>

  在雷辄¡½©ä¸­å¼•å…¥è¶…材料覆层åQŒå¯ä»¥ä¸æ”¹å˜é›¯‚¾¾¾|©å¤–形,促ä‹Éç”늣æ³¢åªèƒ½åœ¨åž‚直方向附近的小角度内传播,其他方向的传播被限制ã€?008 òqß_¼Œæ³•å›½¿U‘学家设计了一¿Uå¼€å£çŽ¯å…±æŒ¯å™¨ç»“æž„çš„­‘…材料雷辄¡½©åQŒæ“ä½œé¢‘率äؓ2.17 MHzåQŒå¢žç›Šæé«˜äº†3.4 dBåQŒæ–¹å‘性提高了2.9dBã€?012 òqß_¼Œ¾ŸŽå›½å›½é˜²éƒ¨é€šè¿‡ä¸­å°ä¼ä¸šæŠ€æœ¯è{¿U»é¡¹ç›®èµ„助纳¾c›_£°å­¦æœ‰é™å…¬å¸å¼€å±•æœ‰å…³EåQ? 预警机大型雷辄¡½©ææ–™çš„ç ”½IӞ¼Œç›®çš„是利用超材料技术解决EåQ?原天¾U¿ç½©å­˜åœ¨çš„结构肋条导致天¾U¿å›¾äº§ç”Ÿåå·®çš„问题,取得了较好的效果ã€?/span>

3

òqÏx¿å¤©çº¿ç”¨è¶…材料

  采用­‘…材料制作的òq³é¢å¤©çº¿æ›¿ä»£ä¼ ç»ŸæŠ›ç‰©é¢å¤©¾U¿çš„反射面,一斚w¢å¸¦æ¥çš„是形状更流¾U¿åŒ–、尺寸小型化、设备减重; 另一斚w¢å¯å¯¹å‚æ•°˜q›è¡Œè°ƒæ•´åQŒä‹Éç”늣æ³¢å¯ä»¥å¤šå‘、多个频率的传播ã€?011 òqß_¼Œ¾ŸŽå›½‹z›é©¬å…¬å¸å¼€å‘了一¿Uå¯ç”¨äºŽå«æ˜Ÿ½{‰èˆªå¤©å™¨çš„新型三¾l´è¶…材料天线åQŒå…·æœ‰ä½Žèƒ½è€—、质量轻、宽带大、能量利用率高和ä»äh ¼ä¾¿å®œ½{‰ä¼˜ç‚¹ï¼Œå¯šw™ä½Žèˆªå¤©å™¨çš„发ž®„费用和¾l“构质量å…ähœ‰é‡è¦ä½œç”¨ã€?012 òqß_¼Œå°åº¦å›½å®¶æŠ€æœ¯ç ”½I¶æ‰€é‡‡ç”¨å·¦æ‰‹å’Œå³æ‰‹ç»“合的传输¾U¿åž‹­‘…材料设计了椭圆形零阶谐振天¾U¿ï¼Œç›®çš„是解决零阶谐振天¾U¿å·¥ä½œé¢‘带带宽比较窄的问题ã€?014 òq? 月,BAE ¾pȝ»Ÿå…¬å¸å’Œäëu敦大学玛丽女王学院联合研制出一¿Uå¯ç”¨äºŽæ–°åž‹å¤©çº¿é€é•œçš„新型复合材料,可ä‹Éç”늣æ³¢é€šè¿‡òq³é¢å¤©çº¿é€é•œèšç„¦åQŒåƈå…ähœ‰è‰¯å¥½çš„带宽性能。该½Hç ´è§£å†³äº†ä¼ ¾lŸææ–™å·¥ä½œæ‡LŒD늪„的问题,可以用于刉™€ åµŒå…¥è’™çš®çš„天线åQŒä»Žè€Œæé«˜éšíw«èƒ½åŠ›ï¼Œç”šè‡³ä½‰K£žæœºã€èˆ°è‰‡ã€æ— ¾U¿ç”µå’Œå«æ˜Ÿç­‰å¤©çº¿è®¾è®¡äº§ç”Ÿå˜é©ã€?/span>

4

­‘…薄透镜用超材料

  一直以来,昑־®é•œã€çœ¼é•œå’Œæ”‘Ö¤§é•œçš„刉™€ éƒ½è¢«ä¸€æ¡å…‰å­¦è§„律所限制åQŒå³ä»ÖM½•ž®äºŽå…‰æ‡L长度的物质都无法观察到。而超材料制成的“理想透镜”可以极大地提高分èöL率,½Hç ´æ™®é€šé•œç‰‡çš„极限ã€?012 òqß_¼Œ¾ŸŽå›½å¯†æ­‡æ ¹å¤§å­¦å®Œæˆäº†ä¸€¿Uæ–°åž‹è¶…材料­‘…çñ”透镜研究åQŒçªç ´äº†æ™®é€šå…‰å­¦é€é•œçš„衍ž®„极限,可用于观察尺寸小äº?. 1 μm 的物体,且在从红外光到可见光和ç‚÷外光的范围内工作性能良好ã€?013 òqß_¼Œ¾ŸŽå›½å›½å®¶æ ‡å‡†ä¸ŽæŠ€æœ¯ç ”½I‰™™¢å±•ç¤ºäº†ç”±ä¸€¿Uèƒ½ä½¿å…‰å›žæµçš„银和二氧化钛纳¾c³äº¤æ›¿è¦†ç›–制作成型的­‘…材料åã^杉K€é•œã€?/span>

06

我国航天新型高性能材料的研½I¶æˆæž?/span>

1

高性能轻质金属合金

  兰州物理所模拟微重力环境下铝锂合金的制备,质量得到减轻åQŒå¼ºåº¦å¾—到提高,在航天上的应用更加有优势ã€?/span>

  中国¿U‘学院长春应用化学研½I¶æ‰€ä¸Žå¤šå®¶å…¬å¸åˆä½œï¼Œåœ¨é«˜æ€§èƒ½é•åˆé‡‘的研发和应用方面取得巨大进展,通过æ·ÕdŠ ä¸€å®šé…æ¯”的钇和钆,解决了传¾lŸé•åˆé‡‘强度不高、耐热性差、抗蠕变差的关键问题。该成果已实çŽîCº†äº§ä¸šåŒ–,为国内外50 多个单位提供高性能镁合金用于科研和产品研发åQŒä¸ä»…显着推进高性能镁合金基¼‹€ç ”究的发展,也äؓ高性能镁合金在航天、汽车和轨道交通的应用奠定了基¼‹€ã€?/span>

  在TiAl 合金板材研制斚w¢åQŒå“ˆž®”滨工业大学在国内率先研制出最大尺寸达700 mm×200 mm×åQ?2 ï½?3åQ‰mm 的薄板材。北京科技大学¾pȝ»Ÿç ”究了高Nb 合金的Nb 的作用机åˆÓž¼ŒèŽ·å¾—了在900℃左叛_…·æœ‰è¾ƒé«˜æŠ—氧化性的TiAl 合金材料。中南大学采用粉末冶金等æ–ÒŽ³•åˆ¶å¤‡äº†TiAl 合金试样åQŒåƈ研究了各¿Uæˆåˆ†å¯¹åˆé‡‘性能的媄响。北京钢铁研½I¶æ€»é™¢¾pȝ»Ÿç ”究了Ni元素的媄响,获得性能较理想的TiAl 合金成分åQŒåƈ铔R€ å‡ºå¦å…‹å‘动机增压涡轮,˜q˜å¼€å‘了Ti3Al 和Ti2AlNb合金板材åQŒåœ¨èˆªå¤©é¢†åŸŸ˜q›è¡Œäº†åˆæ­¥åº”用研½I¶ã€?/span>

2

复合材料

  陈祥宝院士及其团队历¾lå¤šòq´çš„潜心研究åQŒé€šè¿‡åˆ¶å¤‡æ–°åž‹å›ºåŒ–剂和控制其在环氧树脂的溶解,解决了复合材料成本过高的问题åQŒæžå¤§åœ°ä¿ƒè¿›äº†é«˜æ€§èƒ½å¤åˆææ–™åº”用领域的扩大。目前低温固化高性能复合材料已在航空、航天领域获得了òq¿æ³›åº”用ã€?/span>

  寚w«˜ç«¯ç¢³¾U¤ç»´å¤åˆææ–™æž„äšgåQŒæˆ‘国早期主要靠引进国外¼„³çº¤¾l´é¢„‹¹¸æ–™˜q›è¡ŒåŠ å·¥ã€‚由于加工工艺复杂,我国大多时候只能加工结构简单的复合材料¾l„äšgã€?/span>

  黑龙江科技大学研究出高性能¼„³çº¤¾l´é¢„‹¹¸æ–™çš„生产配方和加工工艺åQŒå…¶æ€§èƒ½å·²è¾¾ä¸–界一‹¹æ°´å‡†ï¼Œä¹Ÿå¡«è¡¥å›½å†…高端碳¾U¤ç»´å¤åˆææ–™è‡ªä¸»ç”Ÿäñ”的空白ã€?/span>

3

特种功能材料

  中国¿U‘学院金属所高温合金GH4169 盘äšg在主要成分不变的情况下,锭型直径ä»?06 mm 增大åˆ?10 mmåQŒè´¨é‡ä¹Ÿå¾—到一定改善,性能提升昄¡€ã€?/span>

  中南大学研制一¿Ué«˜æ€§èƒ½é’¨é“œç”µå­ž®è£…材料。该产品既有钨的低膨胀特征åQŒåˆæœ‰é“œçš„高导热性能。äñ”品主要应用于新型的高性能电子器äšg中,与Si ½{‰ç”µå­ææ–™ç›¸åŒšw…åQŒè“v到散热和保护的作用。目前该材料已开始应用于航天大功率脉冲微波管、激光二极管、集成电路模块、电力电子器件等元器件中ã€?/span>

  中国¿U‘学院电工研½I¶æ‰€æˆåŠŸç ”制出国际首æ ?0m 量çñ”的高性能122 型铁åŸø™¶…导长¾U¿ï¼Œè¢«ç§°ä¸ºâ€œé“åŸø™¶…导材料实用化˜q›ç¨‹ä¸­çš„里程¼„‘”。随后,研究¾l„对制备˜q‡ç¨‹ä¸­æ¶‰åŠçš„相组分与微结构控制、界面复合体均匀加工½{‰å…³é”®æŠ€æœ¯è¿›è¡Œç ”½IӞ¼ŒæˆåŠŸç ”制出长度达11 m 的高性能122 型铁åŸø™¶…导长¾U¿ï¼Œå…¶ä¼ è¾“电‹¹æ€§èƒ½åœ?0 T 的磁åœÞZ¸‹­‘…过18 400 A/cm2。研½I¶ç»„开发出采用¾U¯é“œä½œäؓ包套材料的高性能122 型超导带材,在相同横截面¿U¯å†…åQŒè¶…导带材的截流能力是传¾lŸé“œå¯¼çº¿çš„数癑րã€?/span>

  光致形变材料是在特定波长光照下,材料本体发生形变的智能材料,可望在光动能转换领域获得应用。中国科学院苏州¾U³ç±³æ‰€åœ¨çº³¾c³çñ”有机染料分子晶体复合光机械响应体¾pȝ ”½I¶å–得重要进展,开创性地ž®†NåQÎ±ï¼è˜åŸºåQ?åQç¾ŸåŸºï¼1åQè˜é†›äºšèƒºåˆ†å­çš„¾U³ç±³¾U§æ£’状分子晶体以梯度分布和选择性取向的方式原位¾l„装在聚偏二氟乙烯基质内åQŒèŽ·å¾—了一¿Uæ–°åž‹å…‰è‡´åŞ变薄膜材料ã€?/span>

  ˜q™ç§è–„膜在弱光照下就会出现åŞ变,è„Þq¦»å…‰ç…§åˆå¯ä»¥æ¢å¤ï¼Œ˜q™ä¹Ÿä¸ºå…‰è‡´å˜å½¢ææ–™çš„发展提供帮助。我国近òq´è‡ªä¸È ”发了填充式Whipple 防护¾l“构。研½I¶è¡¨æ˜Žï¼š 在填充的¾U¤ç»´å±‚总面密度ä¸?.135 g /cm2 的情况下åQŒWhipple 防护¾l“构的防护性能明显优于½{‰é¢å¯†åº¦çš„三层铝合金杉K˜²æŠ¤å±åQÕd›¾8åQˆaåQ‰å’ŒåQˆbåQ‰ï¼½åQŒä¸æ¯«ä¸å¼×ƒºŽå›½å¤–相应防护屏的防护能力åQÕd›¾8åQˆcåQ‰ï¼½ã€?/span>

聚焦|航天新型高性能材料的研½I¶è¿›å±? src=


4

矛_¢¨çƒ¯ææ–?/span>

  北京航空材料研究院的一¾l„å¹´è½È§‘ç ”äh员在国际矛_¢¨çƒ¯ç ”½I‰™¢†åŸŸé¦–创“烯合金”材料,˜q™ä¸€å…ähœ‰é‡Œç¨‹¼„‘意义的重大自主创新åQŒä¸ä½†å‘明了一¾cÕd…·æœ‰ä¼˜å¼‚性能的新型高端合金材料,也ä‹É我国成äؓ矛_¢¨çƒ¯è¿™ä¸€ææ–™¿U‘学前沿基础和应用研½I¶çš„领跑者ã€?/span>

  中国¿U‘学院电工研½I¶æ‰€é©¬è¡ä¼Ÿè¯¾é¢˜ç»„采用金属镁热˜q˜åŽŸäºŒæ°§åŒ–碳åQŒæˆåŠŸåˆ¶å¤‡å‡ºå¤šå­”¾l“构的石墨烯甉|žææ–™ã€‚æ­¤‹Æ¡ç ”制的矛_¢¨çƒ¯åŸº­‘…çñ”电容器,在电解液中表现出优异的特性,在功率密度äؓ1 W/gåQ?比功率) æ—Óž¼Œèƒ½é‡å¯†åº¦é«˜è¾¾80 Wh /kg åQ?比能量) åQŒå¤§å¤§è¶…出目前商业化的活性碳åŸø™¶…¾U§ç”µå®¹å™¨ã€?/span>

  泰州巨纳新能源有限公司研制出世界首台商用矛_¢¨çƒ¯é£ž¿U’å…‰¾U¤æ¿€å…‰å™¨FipheneåQŒæ€§èƒ½æŒ‡æ ‡å‡é«˜äºŽå…¶ä»–同¾cÖMñ”品,具备极强竞争力,未来ž®†é‡ç‚¹åœ¨èˆªç©ºèˆªå¤©½{‰é¢†åŸŸè¿›è¡ŒæŽ¨òq¿åº”用ã€?/span>

5

­‘…材æ–?/span>

  相比于国外相对分散的发展模式åQŒæˆ‘国在­‘…材料领域的发展模式更加集中和有力。已分别åœ?63 计划ã€?73 计划、国家自然科学基金、新材料重大专项½{‰é¡¹ç›®ä¸­å¯¹è¶…材料研究予以立项支持。在ç”늣é»‘洞、超材料隐èín技术、介质基­‘…材料以及声波负折射½{‰åŸº¼‹€ç ”究斚w¢åQŒæˆ‘国企业取得了多项原创性成果,òq¶åœ¨ä¸–ç•Œ­‘…材料äñ”业化竞争中占到先机。曾在美国留学åƈ在《科学》杂志发表关于新型超材料宽频带隐íw«è¡£è®ºæ–‡çš„刘若鹏无疑是其中代表ã€?/span>

  刘若鹏及其团队创办的公司已经甌™¯·­‘…过3 000件专利,在航½Iø™ˆªå¤©äñ”业化½{‰æ–¹é¢ä¹Ÿä½äºŽä¸–界前茅。借助他们设计的电¼‚è¶…材料天线åQŒäh们就可以在移动网¾lœéž­é•¿èŽ«åŠçš„偏远地方˜qžæŽ¥å«æ˜Ÿå®½å¸¦ä¸Šç½‘ã€?/span>

  ¾ŸŽå›½¾cÖM¼¼äº§å“çš„商业销售计划今òq´æ‰å¼€å§‹ï¼Œæ·±åœ³å…‰å¯å…¬å¸æ—©åœ¨3òq´å‰ä¾¿åœ¨æˆ‘国多个省䆾˜q›è¡Œäº†è¯•ç”¨ã€‚而这仅是中美之间˜q‘年来在­‘…材料核心领域展开的激烈竞争之一。此外,ä¸ÞZº†æ‰“ç ´‹Æ§ç¾Žå¯¹è¶…材料技术标准的垄断åQŒå…¨å›½ç”µ¼‚è¶…材料技术及制品标准化技术委员会审查和报批了国家标准《电¼‚è¶…材料术语》。这意味着我国在全球率先制定出­‘…材料领域的国家标准åQŒå°†å¯ÒŽˆ‘国在­‘…材料技术的研究和标准è{化è“v到重要作用。后¾l­é‡ç‚ÒŽ˜¯ž®†è¶…材料在航天等领域˜q›è¡ŒæŽ¨å¹¿åº”用ã€?/span>

07

航天新型高性能材料的发展趋åŠ?/span>

1

高性能轻质金属合金

  随着材料技术的发展åQŒå„¾c»èˆªå¤©é‡‘属材料向着更高韧性、更好的高温性能、更好的工艺性能½{‰æ–¹å‘发展。采用的研发思èµ\包括如下两种åQ?一是对现有材料在保持现有性能的同æ—Óž¼Œç”¨åˆ›æ–°çš„概念åQ?工艺、成分、微¾l“æž„åQ?åŽÕd…‹æœçŽ°æœ‰ææ–™çš„¾~ºé™·æˆ–应用上的限åˆÓž¼Œé‡è§†ä¼ ç»Ÿææ–™çš„持¾l­æ”¹˜q›ï¼Œâ€œä¸€æå¤šç”¨â€æˆä¸ºæœªæ¥çš„发展­‘‹åŠ¿åQ?二是随着¾U³ç±³æŠ€æœ¯å’Œæ™ø™ƒ½åˆ‰™€ æŠ€æœ¯çš„˜q›æ­¥åQŒå¯ä»¥å¼€å‘更多的新型高性能材料ã€?/span>

2

复合材料

  未来航天复合材料技术将朝着高性能化、多功能化、低成本化方向发展,以其推动武器装备的更新换代,满èƒö当前和未来新型航天武器装备的发展需求。其中,树脂基复合材料在½W¬äºŒä»£å…ˆ˜q›å¤åˆææ–™æˆç†Ÿåº”用的基础上,开始进入扩大应用与改进提高òq¶è¡ŒæŽ¨è¿›çš„发展阶ŒDµï¼Œž®¤å…¶¾U¤ç»´å¢žå¼ºçƒ­å¡‘性树脂基复合材料在生产技术方面取得突破性进展,ž®†äؓ其在导弹弹体和发动机壳体½{‰å¤§åž‹æž„件上的应用开辟广阔的½Iºé—´åQŒæœªæ¥æœ‰æœ›è¾¾åˆ°æˆ–­‘…过热固性树脂基复合材料的性能水åã^åQŒæ”¹å–„导å¼ÒŽˆ˜æ–—部抗冲凅R€æŠ—气动加热、抗疲劳½{‰æ€§èƒ½åQ?耐高温陶瓷基复合材料ž®†åœ¨å¯¼å¼¹å‘动机、燃烧室、喉衬和å–ïL®¡½{‰éƒ¨ä»¶ä¸Šæ‰©å¤§åº”用范围åQŒæœªæ¥å°†ä¸»è¦è§£å†³å…¶è„†æ€§å¤§ã€æŠ—热冲击能力较差、密度较大等问题ã€?/span>

3

特种功能材料

  为满­‘Ïxœªæ¥æ–°ä¸€ä»£èˆªå¤©å™¨­‘…高速度、机动飞行、重复ä‹É用等高性能指标要求åQŒéœ€è¦å¯¹çŽ°æœ‰åŠŸèƒ½ææ–™˜q›è¡Œæ”¹è¿›ã€‚纳¾c³éš”热材料、功能梯度材料都是未来隔热材料发展的热点。热防护材料ž®†å‘以下四个方向发展åQ?/span>

  åQ?åQ?降低密度、减轻质量;

  åQ?åQ?更高温度、更大应用范å›ß_¼›

  åQ?åQ?不断改进工艺、提高性能和降低成本;

  åQ?åQ‰ç”±çŸ­æ—¶é«˜æ¸©­‘…高温向长时高温有氧½{‰æ–¹å‘发展。开发满­‘Ïx–°åž‹èˆªå¤©å™¨æ€§èƒ½è¦æ±‚且对环境适应性好的星ä½?¼„Žç‰‡é˜²æŠ¤ææ–™åŒæ ·æ˜¯çƒ­ç‚V€?/span>

4

矛_¢¨çƒ¯ææ–?/span>

  目前åQŒçŸ³å¢¨çƒ¯ææ–™åœ¨å®žéªŒå®¤å†…的制备已可实现åQŒä½†å› äؓ成本昂贵åQŒå¤§å¤šæ•°ç ”究˜q˜å¤„于实验室理论研究阶段åQŒè¿˜æœ‰å¤§é‡ç ”½I¶å·¥ä½œéœ€è¦åšã€‚因此,矛_¢¨çƒ¯ææ–™æŠ€æœ¯é¢†åŸŸæ€ÖM½“发展­‘‹åŠ¿æ˜¯ï¼š ¾l§ç®‹å¯ÀL‰¾æœ€ä½³çŸ³å¢¨çƒ¯åˆ¶ä½œæ–ÒŽ³•å’Œæ”¹˜q›å·²æœ‰çš„制作工艺åQ?˜q›ä¸€æ­¥åˆ¶ä½œå‡ºž®ºå¯¸æ›´å¤§ã€è´¨é‡æ›´é«˜çš„矛_¢¨çƒ¯ææ–™ï¼› òq¶ä¸æ–­é™ä½ŽçŸ³å¢¨çƒ¯çš„制作成本。另外,矛_¢¨çƒ¯ææ–™è¿˜ž®†æ˜¯­‘…越和取代硅基CMOS 的新一代半å¯ég½“材料。石墨烯薄膜形态与当前的硅òq³é¢å·¥è‰ºå…¼å®¹ä¸”能够大规模集成åQŒåœ¨å¾®çº³¾c³ç”µå­æ–¹é¢å°†å¯èƒ½ä»£æ›¿¼‹…基CMOSåQŒæœ‰æœ›åœ¨èŠ¯ç‰‡å’Œé›†æˆç”µè·¯é¢†åŸŸå¼•å‘一场革命。据专家预测åQŒæœªæ? åˆ?0 òqß_¼ŒçŸ›_¢¨çƒ¯å°†æˆäؓ“后¼‹…时代”的新潜力材料,òq¶å°†å¼•å¯¼ä»·å€¼æ•°ä¸‡äº¿¾ŸŽå…ƒçš„æ–°å…´äñ”品ã€?/span>

5

­‘…材æ–?/span>

  ­‘…材料技术目前还处于实验室到产品的中试阶ŒDµï¼Œè·ç¦»å¤§è§„模äñ”业化˜q˜æœ‰ä¸€å®šè·¼›»ï¼Œæœ‰è®¸å¤šçš„éšùN¢˜æœ‰å¾…解决åQŒè¿™ä¹Ÿæ˜¯æœªæ¥­‘…材料研½I¶çš„方向ã€?/span>

  åQ?åQ?­‘…材料频ŒDµå’Œæ–¹å‘的控制ã€?/span>从工作频ŒD‰|¥è¯ß_¼Œ­‘…材料的频段目前˜q˜åªèƒ½è¾¾åˆ°çº¢å¤–。äؓ了更好地实现隐èín功能åQŒæ‡LŒDµè“v码应该覆盖完整的可见光范å›ß_¼› 同时也需要克服其各向异性的特点åQŒæ¥å®žçŽ°æ›´å¤§èŒƒå›´å†…对光的控制ã€?/span>

  åQ?åQ?­‘…材料的产业化发展ã€?/span>目前实验室仅掌握了二¾l´åã^面上­‘…材料的刉™€ å·¥è‰ºï¼Œè€Œä¸‰¾l´ç©ºé—´ä¸­çš„立体超材料˜q˜æœªå®žçŽ°åQ?表面工艺也仅局限在极小的区域上åQŒè·å¤§è§„模的应用˜q˜æœ‰å¾ˆé•¿çš„èµ\要走ã€?/span>

  åQ?åQ?新型­‘…材料及其功能的设计、性能优化及相å…Ïx¨¡æ‹Ÿä»¿çœŸæ–¹æ³•ã€?/span>

  åQ?åQ?不同­‘…材料之间相互作用的研究ã€?/span>对其规律性的研究不断提出新的理论和方法,从而推动与此相关的新理论概å¿üc€åˆ†æžæ–¹æ³•å’Œå®žéªŒ‹¹‹é‡æŠ€æœ¯çš„发展ã€?/span>

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åQˆè´£ä»È¼–辑:shuåQ?
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