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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：本網整理來源：中國粉體網分享至：

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

中國粉體網訊我們稱馬赫數小于1者為亞音速，馬赫數大于1.2者為超音速飛機，馬赫數大于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，中英兩國科學家團隊發現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M性質的不同，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構陶瓷，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、高硬度和化學穩定性等性能。在國民經濟中的許多領域中都有應用。

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生消融現象；還會與氧氣發生反應，容易被氧化。比如傳統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構，能夠抵抗高溫環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，將其通過稱為反應性熔體滲透的方法沉積到碳復合材料中，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，而碳結構有助于防止出現此前材料在熱沖擊下的撕裂。實驗結果表明，碳化物涂層在2000～3000℃下比現有的候選UHTC（如鋯的碳化物和二硼化物等高溫復合材料）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，將大幅削減全球旅行時間，超音速飛機可以在數小時內橫穿全球。這種涂層材料被波音公司看好，該公司計劃在十年內實現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，但這種涂層材料的發現無疑會助力超音速飛機早日實現商用。

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責任編輯：殷鵬飛

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