中國科技網(wǎng)-科技日報長沙8月21日電(記者俞慧友 通訊員曹希雅 王建湘)“護(hù)航”高超聲速飛行器關(guān)鍵部件,有了可靠新材料。21日,記者從中南大學(xué)粉末冶金研究院獲悉,該校粉末冶金國家重點實驗室中國工程院院士黃伯云團(tuán)隊,開發(fā)出了一種新型可耐3000℃燒蝕的陶瓷涂層及復(fù)合材料,具有優(yōu)越的抗燒蝕性和抗熱震性,被學(xué)界評為極具應(yīng)用前景的材料體系,引發(fā)國際廣泛關(guān)注。該成果,發(fā)表于6月15日的《自然·通訊》上。

高超聲速飛行器,其飛行速度等于或大于5倍聲速,意味著每小時最低可飛行6120公里?！耙源怂俣?約2小時便可從北京飛到倫敦。”團(tuán)隊熊翔教授說。不過,如此高速飛行,需確保飛行器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件,如飛機(jī)鼻錐、翼前緣等,可承受劇烈的空氣摩擦,及高達(dá)2000-3000℃的熱氣流沖擊而不被破壞。“我們新合成的超高溫陶瓷涂層及其復(fù)合材料,能為這些部件提供較好保護(hù)。”

熊翔稱,該新型陶瓷涂層改性炭/炭復(fù)合材料,由鋯、鈦、碳、硼元素組成的四元含硼單相碳化物構(gòu)成,具穩(wěn)定的碳化物晶體結(jié)構(gòu)。其主要通過熔滲工藝,將多元陶瓷相引入多孔炭/炭復(fù)合材料中獲得。該超高溫陶瓷兼具了碳化物的高溫適應(yīng)性,和硼化物的抗氧化特性,使這種涂層和復(fù)合材料表現(xiàn)出了優(yōu)越的抗燒蝕性和抗熱震性。除經(jīng)受住3000℃超高溫考驗,該陶瓷氧化物所具備的低氧擴(kuò)散速率、高溫自愈合能力、陶瓷涂層致密和梯度結(jié)構(gòu),也使該陶瓷表現(xiàn)出了相對其他陶瓷體系更低的材料燒蝕損失率。

據(jù)悉,這也是世界上首次合成這種四元含硼碳化物單相超高溫陶瓷材料,并制成涂層,與炭-炭材料完美“融合”。而現(xiàn)行新材料領(lǐng)域,主流為二元化合物體系混合材料的研究。因此,它的研制成功,將大大促進(jìn)四元體系材料在高超聲速領(lǐng)域中的應(yīng)用研究。

中南大學(xué)副校長周科朝介紹,耐燒蝕陶瓷涂層及其改性炭/炭復(fù)合材料的研制歷史,至今已經(jīng)歷15年。在國家863、973和國家自然科學(xué)基金的支持下,中南大學(xué)熊翔團(tuán)隊,從炭/炭復(fù)合材料中高溫(<1600℃)抗氧化涂層入手,試圖尋找具優(yōu)異抗氧化性能和耐燒蝕性能的新型超高溫陶瓷涂層材料。截至目前,篩選出了碳化硅、碳化鉭、碳化鈦、碳化鋯、硼化鋯、碳化鉿等數(shù)十種體系,及上百種成份含量的高溫材料,幾乎囊括現(xiàn)存超高溫陶瓷和高溫復(fù)合材料。此次,團(tuán)隊?wèi)?yīng)用“材料基因工程”技術(shù),快速遴選出合適的陶瓷超高溫材料,加快了研發(fā)周期,最終實現(xiàn)了3000℃超高溫環(huán)境下新型耐燒蝕陶瓷涂層開發(fā)的突破。