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超高温陶瓷的概念:
超高温陶瓷通常指的是在高温环境(1650~2200 °C)下以及在反应气氛中(如原子氧环境),能够保持物理和化学稳定性的一类特种陶瓷材料。 与工作温度在1600 °C以下的普通高温陶瓷,如氮化硅和碳化硅比较,超高温陶瓷不仅使用温度更高,而且对高温化学稳定性和耐烧蚀性等有更特殊的要求。这类陶瓷主要是一些 过渡金属硼化物(如ZrB2、HfB2、TaB2)、碳化物(如ZrC、HfC、TaC)和氮化物(HfN)。这些陶瓷及其复合材料具有高的熔点,特别是硼化物陶瓷由于具有较好的高温抗氧化性、良好的导热性和抗热震性而成为超高温陶瓷的主要候选材料和研究重点。超高温陶瓷应用的目标区域与普通高温陶瓷材料所属区域的差异如图12-1所示:
超高温陶瓷研究背景:
超高温陶瓷及超高温材料的研究是伴随航天飞行器和国防工业发展面提出来的。航天飞行器从亚音速达到超音速再达到超高音速,驻点温度在低空时很快就会达到500 °C以上,在高空时会很快达到1600 °C以上。高超音速飞行器在飞行过程中,在机头锥、控制面、机翼前缘、尾翼前缘、密封面以及大面积热防护系统面板都具有较高温度。此外,现代的超音速飞船的设计都使用了尖锐的前缘,以提高空气动力学性能,这就要求使用的材料能在氧化气氛中的工作温度高于1700 °C.例如,在美国宇航局(NASA)的飞行测试报道中,当在10马赫稳态飞行时,几秒钟后温度就可以达到2100 °C 。因此必须采用合适的材料与适当的方法制造出满足非烧蚀要求的超高温组件,由此提出了非烧蚀“超高温陶瓷”或“超高温材料”的要求。材料热防护系统(TPS).比如用在航天氧化能力较差飞机的边缘限分在空气中大于1650 °C以上时其抗美国字航局艾碳碳复合材料与超高温陶瓷材料((ZrB2 +20%SiC).姆斯研究中心在1995年专门做了增强)的对比烧蚀试验.结果表明:在相同情此显示出超高温陶瓷材料的优越性。
超高温陶瓷与耐火金属及金属基复合材料相比具有较低的密度,一般只有后者的1/3,而且具有比耐火金属及金属场复合材料高得多的使用温度。在硬化物、碳化物和氮化物这三种超高温陶究中,碳化物的培点最高,但它的断爱易性很低,且容易氧化。硼化物具有良好的综合性能,包括高温下抗氧化和抗热冲击性能,以及抗蠕变性能都非常好,使其成为超音速飞行(空气中1400 °C以上)、大气层再人(在氧原子氨原子环境中2000 °C以上)、火箭发动机(化学反应气氛中3000°C以上)等极端环境下的最佳候选材料。特别是ZrB2 / SiC、HfB2 / SiC复合陶瓷有望应用于航天飞行器前缘和热防护系统部件,经过多次推进实验发现,硼化物和碳化物在高热流密度和高气体冲刷速度作用下仍具有良好的抗腐蚀性。目前,美国宇航局对于超高音速再人飞行器的锐形前缘采用了零烧蚀超高温陶瓷,要求材料在1900~ 2500抗氧化。如果材料是零烧蚀,在飞行过程中能保持锐形前缘,飞行器可以重复使用。这样就有如下优点:①使字宙飞行器在宇宙中像飞机一样自由驶让宇能见版少本引力因而减少推力的需要:四行星探测各能利用“极边技术”具有最大的机动性。
注:夏阳集团研发制造的先进精细陶瓷是近年兴起的新型材料,具有耐超高温度、高硬度、耐酸碱腐蚀,不导磁、不导电,特殊光色效果,在航天航空、通信、汽车、化工、医疗、电子、精密机械等军工民用行业有广泛的用途。正成为未来最具前途的新材料之一。公司拥有多名材料博士和陶瓷工程师;设备齐全的实验室;全套先进的制造检测设备:气压烧结炉,真空烧结炉,冷等静压,干式压力机,注塑成型机、炼泥设备等;拥有成熟的干压成形、冷等静压成形!
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