国防工业出版社国防科技发展报告先进材料领域科技发展报告

　　《先进材料领域科技发展报告》：　　一、复合化是目前超高温材料的发展重点超高温材料主要包括超高温结构材料及超高温防护材料两大类。超高温结构材料除了要求材料的高温抗烧蚀、抗氧化性能外，还要求材料具有良好的高温力学等综合性能；超高温防护材料除对高温抗氧化性能、高温力学性能等有要求之外，还要求具有良好的隔热性能等。目前，难熔金属材料应用范围不断缩减，被高温陶瓷和陶瓷基复合材料替代。　　（一）难熔金属将逐步减少单独使用　　难熔金属是*早进行研究并得到应用的超高温材料，研究*多的是钨、铼、铌、钼等金属。钨的熔点高达3400℃，具有较好的抗氧化性、抗热震性、较高的抗烧蚀和抗冲刷能力，常被用作发动机喉衬等关键部件，在美国的北极星潜射导弹、“民兵”系列导弹的燃气舵上具有广泛应用。但是，钨密度（19.3克／厘米3）相对较大，比强度较低，且在低温下呈现脆性，会使强度大大降低，限制了它在航空航天领域的广泛应用。为减轻纯钨结构材料的重量，在钨中添加碳化物颗粒，可显著提高其力学性能和抗烧蚀性能。此外，在钨制件中渗入铜，可在高达3590℃的环境中长期工作，将钨的抗烧蚀性能提升到了新高度，但其力学强度会随着温度的升高而下降。　　铼在所有难熔金属中具有独特的性能组合，是高温强度、耐磨、耐蚀应用环境中极有前途的候选材料。其熔点达到了3180℃，仅次于钨，具有在低于室温下由延展性至脆性的转变温度，与其他耐火金属相比，随温度升高，铼具有*高的抗拉强度和抗蠕变断裂强度。但是，铼的成本较高、资源较为匮乏、抗氧化性能较差，难以大面积使用。目前，可使用铱涂层来提高铼的抗氧化性，铱一铼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。　　与钨、铼相比，铌和钼的熔点都相对较低，通常以合金、化合物或复合材料的形式应用于超高温环境。其中，含硼或氮的过饱和铌基难熔合金，在温度达到2200℃时仍保持良好的性能，目前已用于小型液体火箭发动机中，还用作火箭姿态调节器喷管；带有硅化物涂层的铌合金材料通常用于火箭燃烧室。钼的硅化物二硅化钼是常见的高温结构材料，具有优异抗氧化性能，使用温度可达1700℃，用它制成的涂层材料可在短时的导弹尾喷管、卫星火箭推进器以及进气口上使用。　　通过近年来难熔金属及其合金作为超高温材料发展和使用的情况来看，虽然难熔金属本身具有独特的优点，但由于存在抗氧化能力较差、资源较少、成本偏高等种种问题，限制了其作为超高温材料的发展与更广泛应用。作为难熔金属中综合性能*好的材料，铼与其他难熔金属和陶瓷材料具有良好的相容性，是*具潜力的超高温难熔金属材料。未来通过合理的组分设计和改性，可以使铼综合性能得到极大的改善。同时，这种思路也将是未来研究和发展难熔金属及其合金的重要方向。　　（二）超高温陶瓷材料成为高温材料发展热点　　超高温陶瓷一般是指能够在超高温（2000℃左右）、强氧化环境中物理化学稳定，且具有良好的抗氧化、抗热震和抗烧蚀性能的过渡族金属硼化物、碳化物和氮化物。超高温陶瓷能够适应超高声速长时飞行、大气层再入、跨大气层飞行与火箭推进系统等极端环境，可广泛应用于航空航天领域，受到了世界各国的高度关注。目前研究的超高温陶瓷材料主要是铪、锆、钽等形成的碳化物、硼化物。　　碳化物超高温陶瓷具有高熔点、高强度、高硬度及良好的化学稳定性，是应用广泛的超高温陶瓷材料。　　……