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    納米材料在航空航天業技術的重大進展

    2021-01-09 17:47:48

    航空材料技術繼續保持快速發展的勢頭??偟膩砜?,航空材料繼續向高溫化、智能化、微納化和可設計化方向發展,在先進復合材料、高性能金屬結構材料、特種功能材料、電子信息材料等領域取得多項重要進展。

    氮化鎵半導體

    1、先進復合材料

    先進復合材料向耐高溫、智能化方向發展,碳纖維、陶瓷基復合材料和樹脂基復合材料是其發展重點。

    陶瓷基復合材料中研究*為廣泛的是以碳化硅(SiC)為基體的陶瓷基復合材料,主要是因為相較于其他基體材料,碳化硅材料具有更好的耐高溫性能,可承受1316℃以上的高溫。

    目前航天領域有重要應用價值的超高溫材料主要包括硼化物,碳化物以及氧化物組成的多元復合超高溫陶瓷材料體系。其中ZRB2-SIC超高溫復相陶瓷以其罕見的高熔點,高熱導率,高彈性模量,良好的抗熱震性和適中的熱膨脹率等特性,成為耐超高溫材料領域*具前途的材料之一。

    俄羅斯研究人員開發出一種基于碳化硅和二硼化鋯的陶瓷混合物構成的多層陶瓷結構材料,預計能夠耐受3000℃的極端溫度的考驗,可用于提升噴氣發動機燃燒室的溫度,還能在空間飛行器再入大氣層時起到隔熱作用,或者用于制造測量發動機溫度的傳感器保護罩。

    2、高性能金屬結構材料

    高性能金屬結構材料向輕量化、復合化方向發展,輕質耐高溫金屬和金屬納米復合材料是其發展重點。

    日本研究人員開發出一種透明強磁性納米顆粒薄膜材料,由納米級磁性金屬顆粒鐵鈷合金和絕緣物質氟化鋁混合制成,有望用于在飛機擋風玻璃上直接顯示油量、地圖等信息的新一代透明磁性設備,為包括電、磁及光學設備在內的產業帶來革新性的技術發展。

    3、特種功能材料

    特種功能材料向可設計性、微納米化、多功能化方向發展,新型隱身材料、高溫防護材料及除冰、除污、防腐、自清潔、抗反射等功能材料是其發展重點。

    針對火箭發動機中的陶瓷基復合材料零件必須承受1600℃的溫度,且在氧氣中容易產生裂紋及變脆的問題,科學家們探索碳納米管如何改善碳化硅基復合材料的耐損傷性能。測試結果表明,生長碳納米管的碳化硅比無碳納米管的碳化硅晶須更耐高溫,且很容易做到耐受1000℃的高溫。在高壓力狀態下,生長碳納米管的碳化硅可以輕松地在納米壓頭下反彈,極大地增加了其抗裂韌性。

    4、電子信息功能材料

    電子信息功能材料向低尺度、小型化方向發展,超材料天線,氮化鎵,氮化鎵半導體材料和鎵液態金屬合金是其發展重點。


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