重新发现陶瓷材料在高超声速飞行器上的应用潜力

Cedillos也对超高温陶瓷进行了一系列不同的实验,研究的最终结果是希望碳化铪可以作为保护高超声速飞行器的材料,中南大学粉末冶金研究院熊翔教授说

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[据英国伦敦帝国理工学院网站2014年9月12日报道]早在1960s,研究人员就开始了碳化铪的实验,实验研究表明其能耐受3950℃。但其制备成本大大限制了应用。随后,高超声速方面的研究进展和更好的实验及计算设备促使研究人员更加深入对超高温陶瓷的研究。超高温陶瓷是目前唯一能够承受极端温度的材料,这一事实使得研究人员重新对其产生了兴趣。

[据伦敦帝国理工学院网站2014年9月12日报道]英国伦敦帝国理工学院先进结构陶瓷中心的研究人员正在开展结构陶瓷在一些领域的世界级领先研究,包括能够用于航空航天工业的材料。结构陶瓷能够承受3倍于火山熔岩温度的高温,这使得它可应用于高超声速飞行器。

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分析仅需几秒。2014年4月,Cedillos在德国卡尔斯特鲁的超铀元素研究院进行实验,用多束激光产生集中的,高密度的能量去熔化超高温陶瓷。用另一束激光分析陶瓷材料怎样熔化。高温计用于测量材料的熔点。这项技术高精度,能够在几秒内对材料进行分析。

高超声速飞行器目前面临的挑战之一是开发能够在其再入大气层过程中,能够承受超过2000℃极端温度的防护材料,以保护飞行器免受高温侵蚀。超高温陶瓷熔点超过3000℃,是高超声速飞行器高温区理想的候选材料。

近日,中南大学粉末冶金国家实验室黄伯云院士团队通过大量实验,开发了一种新型的耐3000℃烧蚀的陶瓷涂层及其复合材料,这一发现有可能为高超声速飞行器的研制铺平道路。

Cedillos也对超高温陶瓷进行了一系列不同的实验,以确定其是否适合应用于航空航天。比如,目前飞机中的很多构件采用复合材料。为了测试陶瓷复合材料的适用性,Cedillos将碳化铪和碳化钽复合,使用超铀元素研究院的激光技术来确定其对不同恶劣条件的耐受情况。

研究人员发现,超高温陶瓷中的碳化铪能够承受4050℃的高温,而不是之前报道的3950℃。这一发现代表一个重要的里程碑,为超高温陶瓷应用于高超声速飞行器最需要防护极端热的翼前缘和鼻锥区域创造了条件。研究人员对超高温陶瓷进行了许多不同的实验室试验,以确定其对航空航天制造商的适用性。例如,为了测试超高温陶瓷作为一种合成材料的适用性,研究人员将碳化铪和碳化钽混合,使用高功率激光技术测试混合材料,以确定其如何承受不同的严酷条件。下一步,研究人员将对碳化铪和其他超高温陶瓷在高温大气层中与氧气的化学反应进行研究,因为这会引起材料的降解。他们正在探索不同涂层和添加剂的可行性以防止材料的损坏。

中南大学粉末冶金研究院熊翔教授说,高超声速飞行意味着其飞行速度等于或大于5倍声速,即至少每小时6120公里。在如此高的速度下,2小时内便可完成从北京到纽约的飞行旅程,但前提是飞行器的关键结构部件能够承受住剧烈的空气摩擦和高达2000-3000℃的热气流冲击而不被破坏。中南大学新发现的超高温陶瓷涂层及其复合材料可为上述部件提供较好的保护。