纳米材料在航空航天业技术的重大进展

来源:新材料科学与应用技术

发布时间:2018年10月24日上午 03:10:15

  航空材料技术继续保持快速发展的势头。总的来看,航空材料继续向高温化、智能化、微纳化和可设计化方向发展,在先进复合材料、高性能金属结构材料、特种功能材料、电子信息材料等领域取得多项重要进展。    
 
先进复合材料
先进复合材料向耐高温、智能化方向发展,碳纤维、陶瓷基复合材料和树脂基复合材料是其发展重点。
 
陶瓷基复合材料中研究最为广泛的是以碳化硅(SiC)为基体的陶瓷基复合材料,主要是因为相较于其他基体材料,碳化硅材料具有更好的耐高温性能,可承受1316℃以上的高温。
 
目前航天领域有重要应用价值的超高温材料主要包括硼化物,碳化物以及氧化物组成的多元复合超高温陶瓷材料体系。其中ZRB2-SIC超高温复相陶瓷以其罕见的高熔点,高热导率,高弹性模量,良好的抗热震性和适中的热膨胀率等特性,成为耐超高温材料领域最具前途的材料之一。

俄罗斯研究人员开发出一种基于碳化硅和二硼化锆的陶瓷混合物构成的多层陶瓷结构材料,预计能够耐受3000℃的极端温度的考验,可用于提升喷气发动机燃烧室的温度,还能在空间飞行器再入大气层时起到隔热作用,或者用于制造测量发动机温度的传感器保护罩。
 
高性能金属结构材料
高性能金属结构材料向轻量化、复合化方向发展,轻质耐高温金属和金属纳米复合材料是其发展重点。

日本研究人员开发出一种透明强磁性纳米颗粒薄膜材料,由纳米级磁性金属颗粒铁钴合金和绝缘物质氟化铝混合制成,有望用于在飞机挡风玻璃上直接显示油量、地图等信息的新一代透明磁性设备,为包括电、磁及光学设备在内的产业带来革新性的技术发展。
 
特种功能材料
特种功能材料向可设计性、微纳米化、多功能化方向发展,新型隐身材料、高温防护材料及除冰、除污、防腐、自清洁、抗反射等功能材料是其发展重点。
 
针对火箭发动机中的陶瓷基复合材料零件必须承受1600℃的温度,且在氧气中容易产生裂纹及变脆的问题,科学家们探索碳纳米管如何改善碳化硅基复合材料的耐损伤性能。测试结果表明,生长碳纳米管的碳化硅比无碳纳米管的碳化硅晶须更耐高温,且很容易做到耐受1000℃的高温。在高压力状态下,生长碳纳米管的碳化硅可以轻松地在纳米压头下反弹,极大地增加了其抗裂韧性。
 
电子信息功能材料
电子信息功能材料向低尺度、小型化方向发展,超材料天线,氮化镓半导体材料和镓液态金属合金是其发展重点。

 

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