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新型碳化物陶瓷助力超音速航空旅行

2017-07-19 14:57:36 作者：本網(wǎng)整理來源：中國粉體網(wǎng) 分享至：

新研制的碳化物涂層材料可賦予涂層超強且耐氧化的結(jié)構(gòu)，能夠抵抗高溫環(huán)境下的消融和氧化等問題。

中國粉體網(wǎng)訊我們稱馬赫數(shù)小于1者為亞音速，馬赫數(shù)大于1.2者為超音速飛機，馬赫數(shù)大于5者為超高音速飛機。以5馬赫的速度高空飛行，將在飛機表面產(chǎn)生高達2000~3000℃的超高溫度。飛機的涂層材料在這種高溫下很容易被破壞分解。研制超音速飛機必須解決飛機表面堆積熱量的問題，日前，中英兩國科學(xué)家團隊發(fā)現(xiàn)一種新的碳化物陶瓷涂層，將助力超音速飛機提速。

碳化物是目前最耐高溫的一種材料，以通式MxCy來表示。根據(jù)M性質(zhì)的不同，大致將碳化物分為金屬碳化物和類金屬碳化物。碳化物陶瓷是最常用的一種耐高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，常見的耐高溫陶瓷有：碳化硅、碳化鋯、碳化硼、碳化鎢等。這些陶瓷材料普遍具有具有高熔點、高硬度和化學(xué)穩(wěn)定性等性能。在國民經(jīng)濟中的許多領(lǐng)域中都有應(yīng)用。

任何材料暴漏在足夠高的溫度下，其分子鏈將會松動脫落，如果再被高速的顆粒物進行沖洗就會產(chǎn)生消融現(xiàn)象；還會與氧氣發(fā)生反應(yīng)，容易被氧化。比如傳統(tǒng)的陶瓷涂層材料碳化鋯，在耐熱方面是有效的，但非常容易劣化。二硼化鋯是飛機用高溫涂層材料的新希望，二硼化鋯在高溫下能抗氧化，而且密度低、成本低。但是致命的缺點是硼原子氧化時，二硼化鋯中的硼會進一步促進消融。

新研制的碳化物涂層材料可賦予涂層超強且耐氧化的結(jié)構(gòu)，能夠抵抗高溫環(huán)境下的消融和氧化等問題。

新的涂層是由鋯、鈦、碳和硼制成的三元合金混合物，將其通過稱為反應(yīng)性熔體滲透的方法沉積到碳復(fù)合材料中，雖然它與其他碳化物陶瓷具有的性能相似，但相對低的硼濃度使得其不太可能被消融，而碳結(jié)構(gòu)有助于防止出現(xiàn)此前材料在熱沖擊下的撕裂。實驗結(jié)果表明，碳化物涂層在2000～3000℃下比現(xiàn)有的候選UHTC（如鋯的碳化物和二硼化物等高溫復(fù)合材料）顯示出更好的耐消融性能。

目前民用航空飛機一般以亞音速飛行，民用超音速飛機一旦實現(xiàn)，將大幅削減全球旅行時間，超音速飛機可以在數(shù)小時內(nèi)橫穿全球。這種涂層材料被波音公司看好，該公司計劃在十年內(nèi)實現(xiàn)超音速載客飛機順利運行。盡管超音速客機離我們的生活還挺遙遠(yuǎn)，但這種涂層材料的發(fā)現(xiàn)無疑會助力超音速飛機早日實現(xiàn)商用。

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