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前沿|中英联合开发出用于高超音速飞行的新型碳化物涂层

2017-10-27 10:16:58
作者:本网整理
来源:空天界

曼彻斯特大学的研究人员设计和制造了能够承受超声速飞行条件下速度和温度要求的碳化物涂层,是曼彻斯特大学的研究人员与中国中南大学(CSU)合作开发的涂层为超高温陶瓷(ultra-high temperature ceramic,UHTC)。

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    曼彻斯特大学的研究人员设计和制造了能够承受超声速飞行条件下速度和温度要求的碳化物涂层,是曼彻斯特大学的研究人员与中国中南大学(CSU)合作开发的涂层为超高温陶瓷(ultra-high temperature ceramic,UHTC)。


    自20世纪60年代以来,常规UHTC已经在航空、航天和国防领域作为热防护系统应用。然而对于超过5马赫的超声速飞行,UHTC仍然无法解决氧化和烧蚀问题,热流将剥离飞机金属表面涂层。


    曼彻斯特大学雷吉乌斯(Regius)教授表示:“目前面临的最大挑战是如何保护前缘、燃烧室和鼻尖等关键部件,确保在飞行过程的高温环境下能够经受严重的氧化和极度的热通量冲击”。在超声速飞行中温度可能高达2000至3000℃。


    由曼彻斯特大学和中南大学研究人员开发的碳化物涂层的抗烧蚀能力比传统碳化锆(ZrC)材料提高十二倍以上。


    新型碳化物(Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26)涂层通过反应性熔体渗透和封装胶结制成碳-碳复合材料。根据研究小组的摘要描述,“陶瓷氧化物的密封性能好、氧扩散缓慢、陶瓷密集和梯度分布(等特性)导致烧蚀时形成保护性氧化物层,其损耗比其他陶瓷系统慢很多,使得陶瓷氧化物具有优良的耐烧蚀性能”。


    曼彻斯特大学主持该项目的材料科学教授肖平(Ping Xiao)表示:“在极端环境中,目前各种UHTC的应用十分有限,需要开展新型单相陶瓷的探索,以减少蒸发、更抗氧化。研究表明,将陶瓷引入碳纤维增强碳基复合材料可能是提高耐热冲击性的有效途径”。


    宇宙飞船和运载火箭的超声速发展(如美国航空航天局的超声速国际飞行研究实验计划以及对冲压喷气和喷气式纳米卫星传输的持续研究)需要先进涂层材料研究的支撑。除此之外,在Boom Technology开发出XB-1一类超声速商用飞机以后,超声速旅行也将成为日常生活的一部分。


    (中国航空工业发展研究中心 李丰羽)

 

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