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1、超高温材料的研究进展 驻点区域温度超过2000 。火箭喷嘴口、吸气增加推动系统和发动机进气道在飞行过程中承受高热载荷和机械载荷，也将干脆影响到飞行器热防护系统的平安1。目前，在恶劣的氧化对流环境中，极少材料能够保持结构和尺寸的完整性。因此，设计和制备出具有良好的抗氧化、抗烧蚀、抗热震性并保持足够高温强度的热防护材料，成为新型航天飞行器亟需解决的关键技术问题。因具有高熔点、高比强度、高热导、高电导、耐腐蚀以及较好的化学稳定性，超高温材料成为应用于极端环境下飞行器热防护系统的首选材料。目前，常用的超高温材料有难熔金属及其合金、C/C复合材料、超高温陶瓷材料等。本文主要介绍近年来超高温材料的探讨进展
2、及应用，同时对超高温材料将来的主要探讨目标和重点发展方向进行了展望。 2难熔金属及其合金 在难熔金属、C/C复合材料以及超高温陶瓷材料中，难熔金属是最早进行探讨并得到应用的超高温材料。在难熔金属中，探讨和应用最多的是钨、铼、铌、钼等金属。根据熔点由高到低进行排列，可以满意超高温环境运用温度的难熔金属大致包括以下10种，如表1所示1-2。 与其他难熔金属相比，钨的熔点最高，具有较好的抗氧化性、抗热震性及较高的抗烧蚀和抗冲刷实力，被应用于发动机喉衬等关键部件。但是钨的密度相对较大，比强度较低，且在低温时呈现脆性，会使强度大大降低，限制了其在飞行器其他部件的廣泛应用。许多探讨表明3，为减轻纯钨结构材
3、料的重量，提高钨的力学性能，可以在钨制件中渗铜，通过铜挥发带走热量，降低钨的表面温度。在此基础上，再添加氧化钍、碳化铪、碳化锆，显著提高了钨合金的强度和抗热震性。此外，还可以通过加入铼提高钨的塑性与强度，从而使脆性转变温度降低，再结晶温度上升，增加抗热疲惫性能与抗热震实力4。 在难熔金属中，铼由于其优异的综合性能备受青睐，在高温、耐磨、耐蚀等应用环境中，是极具竞争力的候选材料。铼具有高熔点，且有较高的高温强度、耐磨损和良好的抗热震性能。铼在室温下延展率达到5 %，抗拉强度达到1173 MPa，温度升至2730时抗拉强度下降至50 MPa1。但是，铼的成本较高、资源较为匮乏、抗氧化性能较差，难以
4、大面积运用。可以通过铱涂层来提高铼的抗氧化性5。运用铱涂层作为爱护层的主要缘由是：铱的熔点较高，在2101 的高温环境下具有低氧渗透率、较低的蒸气压，在2200 时仍有较好的抗氧化性能，氧化速率比铼低3个数量级，且铱和铼的热膨胀系数特别接近，可使其作为氧化阻挡层。Ir-Re材料已经在火箭发动机方面进行相关测试，已取得了能在2204高温下正常工作的实际例证6。美国的Ultra-met公司采纳化学气相沉积法制备出近零烧蚀的Re/Ir/C-C超高温复合材料，用于发动机推动室，用铱作推动室的内壁。由于铼的密度较高，所以在外壁添加C/C复合材料，铱和C/C复合材料用0.025 0.050 mm的铼层连接
5、，性能相当，但是平均密度削减到3.0 g/cm3以下。探讨发觉，沉积厚度为50 250 m的铱薄膜在高温下的抗氧化性能极高，Ir/Re结构的工作寿命可以在2200下延长10 20 s。探讨结果表明7，2350 是Ir-Re材料的运用上限，当温度超过2300 时，材料损失率将成为一个关键因素。Ir-Re材料的运用寿命主要受铼向铱涂层扩散的影响，当铼在铱涂层中的扩散浓度超过20 %时会发生氧化。 与钨和铼相比，钼的熔点、密度和成本较低，且钼的硅化物具有较好的抗氧化性能，运用温度可以达到1730 。目前，金属间化合物的运用温度一般仅为900 1101 ，远没有达到超高温的运用范畴，而硅化钼的运用温度
6、已经超过1600 ，且具有良好的高温抗氧化性、低密度、良好的导热性与导电性。钼还可以和硅、硼形成具有极高高温强度的三元金属间化合物。例如，Mo-8.5Si-13.2B在1500时的屈服强度仍在1 GPa以上，与其它高温结构运用的难熔金属基或陶瓷基材料相比，具有广泛的应用前景8。但是，硅化钼是C11b型晶体结构的金属间化合物，延性低等缺点限制了其应用。为解决硅化钼抗蠕变性能与韧性差等缺陷，一般实行碳化硅作为增加材料，以复合材料的形式应用于硅化钼。 难熔金属及其合金作为超高温材料运用，具有独特的优点，如塑性好、韧性高、耐高温等。但是，由于存在抗氧化实力较差、资源较少、成本偏高等问题，限制了其作为超高温材料的发展与更广泛应用。但是，铼与其它难熔金属和陶瓷具有良好的相容性，通过铼与其它难熔金属、陶瓷组分的合理设计，构成复合材料，可以使铼的强度、抗蠕变性及抗环境因素实力得到极大的改善和提高，这也是将来探讨和发展难熔金属及其合金的重要方向。 第4页 共4页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页