新型空天陶瓷材料

1、新型空天陶瓷材料11國際空間站（360公里高空）航天新熱點臨近空間飛行器高超聲速飛行器12. 地球空間環(huán)境與工程1近空間一般指距地面20100千米的空域，處于現(xiàn)有飛機最高飛行高度和衛(wèi)星最低軌道高度之間。這一區(qū)域是飛機上不去、衛(wèi)星下不來的未開發(fā)和待利用空間，對于情報收集、偵察監(jiān)視、通信保障以及對空對地作戰(zhàn)等有特殊和廣闊的應(yīng)用前景。1近空間環(huán)境特點空氣稀薄，但不是高真空含氧氣、原子氧臭氧層1近空間飛行器夠飛行在近空間執(zhí)行特定任務(wù)的飛行器，集成了衛(wèi)星和飛機的優(yōu)勢效費比高、機動性好、易于更新和維護、持續(xù)工作時間長、覆蓋范圍廣。1高超聲速飛行器超聲速：1-3Ma高超聲速：5Ma端頭 2000-3000度

2、，翼前1800-2200， 機身800-1200高溫、超高溫、氧化、長航時1高超聲速飛行器114年1月9日，中國突然測試了一種新的高超音速滑翔飛行器，被稱為WU-141對材料的要求抗燒蝕、熱防護、熱結(jié)構(gòu)、高溫功能高溫、超高溫陶瓷1新型空天陶瓷材料抗燒蝕材料 2000-3000 （ZrB2、C/C、）輕質(zhì)高溫隔熱材料：0.4g/cm3（氣凝膠）高溫結(jié)構(gòu)材料：1000-2000 （C/C、C/SiC）高溫透波材料（SiO2/SiO2、多孔Si3N4）發(fā)動機高溫材料熱密封材料1抗燒蝕材料特性物理：高熔點、高粘度、蒸汽壓低化學(xué)：無或者很高的分解溫度、抗高溫氧化性能好1超高溫材料及其密度1碳材料從物理層

3、面來看，碳材料熔點高而密度低，是理想的空天抗燒蝕材料單一的碳材料如石墨，強度不高纖維增強碳材料Cf/C復(fù)合材料可以解決強度和韌性的問題從化學(xué)層面上看，溫度高于400的有氧環(huán)境中發(fā)生氧化反應(yīng)隔絕氧氣是碳材料作為抗燒蝕材料的前提條件1高溫抗氧化涂層SiC抗氧化保護涂層（Si CVR；SiC PIP）涂覆HfC+SiC（美國）HfC+TaC涂層（俄羅斯）1超高溫陶瓷(Ultra-high Temperature Ceramic，UHTC)指熔點超過 3000的硼化物、碳化物ZrC、HfC和TaC的熔點比它們的氧化物高得多，無固相相變，具有較好的抗熱震性，在高溫下仍具有高強度，但是這類碳化物陶瓷的斷裂

4、韌性和抗氧化性非常低。TiB2，ZrB2，TaB2，HfB2具有高熔點、高硬度、高粘接特性、低揮發(fā)率、高熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率等突出優(yōu)點，使其成為超高溫結(jié)構(gòu)部件的侯選材料1超高溫陶瓷的研究課題燒結(jié)問題脆性及熱震性問題高溫抗氧化問題1超高溫陶瓷ZrB2的燒結(jié)致密化需要接近 2200的高溫和超高的壓力粉體細(xì)化、活化添加燒結(jié)助劑SiC含硅有機前驅(qū)體1超高溫陶瓷ZrB2的增韌納米結(jié)構(gòu)強化顆粒彌散強化晶須、纖維強韌化1超高溫陶瓷ZrB2的氧化1200以下具有良好的抗氧化性能，由于材料表面生成了液態(tài)B2O3的緣故。而B2O3在 1200以上快速蒸發(fā)，導(dǎo)致ZrB2發(fā)生快速氧化1超高溫陶瓷ZrB2的氧化SiC的加入可

5、以顯著提高它的抗氧化性能，高溫時形成的硼硅酸鹽玻璃相覆蓋在材料表層，在 1600以下具有良好的保護作用1SiC 基復(fù)合材料Cf/SiC復(fù)合材料具有耐高溫和抗熱震性能、高耐磨性和硬度、耐化學(xué)腐蝕特性、高導(dǎo)熱、低熱膨脹系數(shù)(110-6410-6K-1)等優(yōu)異的性能抗氧化性能較差氣孔、纖維與基體熱失配SiC的活性氧化在 2000開始軟化，2700會分解，不能在 3000以上的超高溫條件下使用1高溫隔熱材料1熱障涂層材料導(dǎo)熱率低抗氧化、腐蝕耐沖刷與基體結(jié)合強度高，熱匹配好無相變1氧化鋯系列6-8%Y2O3穩(wěn)定ZrO2高熔點2700C低熱導(dǎo)2.3w/mK高熱膨脹10E-6高溫化學(xué)穩(wěn)定性好力學(xué)性能好無相變

6、1焦綠石/螢石A2B2O7復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)本征氧空位濃度1/8稀土鋯酸鹽、鈰酸鹽更低的彈性模量、更低的熱導(dǎo)率摻雜可進一步降低熱導(dǎo)率11其他體系稀土磷酸鹽鈣鈦礦鋯酸鹽其他復(fù)合氧化物1熱障涂層制備技術(shù)等離子噴涂電子束物理氣相沉積（EBPVD）1超級絕熱材料特征納米孔徑非常高的氣孔率（8099.8%）孔壁耐高溫?zé)釋?dǎo)率低于靜止空氣的0.026w/(m.K)1氣凝膠 Aerogel當(dāng)凝膠脫去大部分溶劑，使凝膠中液體含量比固體含量少得多，或凝膠的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中充滿的介質(zhì)是氣體，外表呈固體狀，這即為干凝膠，也稱為氣凝膠。氣凝膠是一種固體物質(zhì)形態(tài)，世界上密度最小的固體。密度為3kg/每立方米。干燥的松木密度50

7、0千克每立方米一般常見的氣凝膠為硅氣凝膠，其最早由美國科學(xué)工作者Kistler在1931年制得。1氣凝膠的制備方法溶膠-凝膠超臨界干燥常壓干燥1氧化硅氣凝膠正硅酸乙酯(tetraethylorthosilicate,TEOs)水解、縮合，形成凝膠1超臨界干燥 supercritical drying通過加溫、加壓，使泥漿的溫度和壓力超過其液相的臨界點，在高壓下排氣，除去液相的工藝。超臨界干燥通過壓力和溫度的控制，使溶劑在干燥過程中達到其本身的臨界點，完成液相至氣相的超臨界轉(zhuǎn)變。過程中溶劑無明顯表面張力，在維持骨架結(jié)構(gòu)的前提下完成濕凝膠向氣凝膠的轉(zhuǎn)變。超臨界干燥使用的器具為高壓釜，高壓釜的密閉性

8、要求高。通常超臨界干燥工藝需要的實驗周期相對較長、產(chǎn)量較低、成本較高。1常用介質(zhì)的臨界條件1常壓干燥用表面張力小的有機溶劑替換醇凝膠中的水和醇在凝膠前加入干燥控制化學(xué)添加劑,能夠均勻凝膠的網(wǎng)絡(luò)孔道,使毛細(xì)孔內(nèi)的應(yīng)力差別變小,從而減小凝膠開裂的傾向1多層隔熱復(fù)合材料纖維隔熱氈隔開的多層反射屏蔽的輕質(zhì)隔熱系統(tǒng)反射屏：金屬箔，石墨涂層1反紅外涂料反射0.75-2.5m波段的近紅外光Mie散射理論分散高折射率的一定粒徑的顆粒氣凝膠的遮光改性高反射率、高輻射率、低導(dǎo)熱系數(shù)、低蓄熱系數(shù)1纖維表面改性石英纖維表面涂覆高折射率的TiO2或ZrO2提高高溫輻射熱阻1高溫絕熱材料的課題納米多孔結(jié)構(gòu)的耐高溫問題（1500）抗高溫輻射傳熱1高溫透波材料高溫?zé)g透波材料高溫寬頻透波材料1透波材料電磁波透過材料（可見、紅外、雷達波）低介電常數(shù)、低磁導(dǎo)率（實部、虛部）1微波透過材料聚合物基復(fù)合材料低介電