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新型碳化物陶瓷助力超音速航空旅行

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-07-18  来源:粉体网  浏览次数:326
 新研制的碳化物涂层材料可赋予涂层超强且耐氧化的结构,能够抵抗高温环境下的消融和氧化等问题。

我们称马赫数小于1者为亚音速,马赫数大于1.2者为超音速飞机,马赫数大于5者为超高音速飞机。以5马赫的速度高空飞行,将在飞机表面产生高达2000~3000℃的超高温度。飞机的涂层材料在这种高温下很容易被破坏分解。研制超音速飞机必须解决飞机表面堆积热量的问题,日前,中英两国科学家团队发现一种新的碳化物陶瓷涂层,将助力超音速飞机提速。

碳化物是目前最耐高温的一种材料,以通式MxCy来表示。根据M性质的不同,大致将碳化物分为金属碳化物和类金属碳化物。碳化物陶瓷是最常用的一种耐高温结构陶瓷,常见的耐高温陶瓷有:碳化硅、碳化锆、碳化硼、碳化钨等。这些陶瓷材料普遍具有具有高熔点、高硬度和化学稳定性等性能。在国民经济中的许多领域中都有应用。

任何材料暴漏在足够高的温度下,其分子链将会松动脱落,如果再被高速的颗粒物进行冲洗就会产生消融现象;还会与氧气发生反应,容易被氧化。比如传统的陶瓷涂层材料碳化锆,在耐热方面是有效的,但非常容易劣化。二硼化锆是飞机用高温涂层材料的新希望,二硼化锆在高温下能抗氧化,而且密度低、成本低。但是致命的缺点是硼原子氧化时,二硼化锆中的硼会进一步促进消融。

新研制的碳化物涂层材料可赋予涂层超强且耐氧化的结构,能够抵抗高温环境下的消融和氧化等问题。

 新的涂层是由锆、钛、碳和硼制成的三元合金混合物,将其通过称为反应性熔体渗透的方法沉积到碳复合材料中,虽然它与其他碳化物陶瓷具有的性能相似,但相对低的硼浓度使得其不太可能被消融,而碳结构有助于防止出现此前材料在热冲击下的撕裂。实验结果表明,碳化物涂层在2000~3000℃下比现有的候选UHTC(如锆的碳化物和二硼化物等高温复合材料)显示出更好的耐消融性能。

目前民用航空飞机一般以亚音速飞行,民用超音速飞机一旦实现,将大幅削减全球旅行时间,超音速飞机可以在数小时内横穿全球。这种涂层材料被波音公司看好,该公司计划在十年内实现超音速载客飞机顺利运行。尽管超音速客机离我们的生活还挺遥远,但这种涂层材料的发现无疑会助力超音速飞机早日实现商用。

 
 
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