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[導(dǎo)讀][據(jù)美國高性能復(fù)合材料(High-Performance Composites)雜志2013年11月1日報道]對于最極端的環(huán)境——如高超聲速和超聲速飛行器的前緣,必須承受超過2000°C/3632°F的溫度、腐蝕性大氣等離子體和極端溫度變化的沖擊—

[據(jù)美國高性能復(fù)合材料(High-Performance Composites)雜志2013年11月1日報道]對于最極端的環(huán)境——如高超聲速和超聲速飛行器的前緣,必須承受超過2000°C/3632°F的溫度、腐蝕性大氣等離子體和極端溫度變化的沖擊——通常需要非氧化物超高溫(UHT)陶瓷基復(fù)合材料(CMC)。雖然陶瓷基復(fù)合材料行業(yè)中大部分開發(fā)工作集中在氧化物陶瓷基復(fù)合材料,但非氧化物陶瓷基復(fù)合材料非常適用于固體火箭發(fā)動機推進系統(tǒng)、導(dǎo)彈的結(jié)構(gòu)件和熱保護系統(tǒng)、高超聲速和超音速飛行器的外輪廓。

“硅基或氧化物陶瓷基復(fù)合材料是針對更長壽命(100000小時和更多循環(huán)時間)的應(yīng)用;而超高溫CMC被用于更熱,但任務(wù)持續(xù)時間很短的領(lǐng)域,”MATECH公司首席執(zhí)行官Edward J. A. Pope博士解釋說。MATECH公司(馬里蘭州,索爾茲伯里)是氧化物和非氧化物纖維以及CMC零件制造商。

“非氧化物具有低孔隙度、耐磨性、高基體密度和耐極高溫的性能,”Lancer LP公司(賓夕法尼亞州,艾倫鎮(zhèn))總裁Bill Meiklejohn解釋說,“非氧化物陶瓷基復(fù)合材料是所有CMC中耐熱能力最高的,可以從基體獲得大量力學性能,”他補充道。

“我們的超高溫陶瓷基復(fù)合材料用于溫度大于3000°F(1650°C)小于5000°F(2760°C)的情況,”Pope說,“除了氣重難熔金屬合金,并沒有太多的材料系統(tǒng)能夠承受這個溫度范圍,”他繼續(xù)說道,“但這些金屬是沉重的,在溫度范圍的上端會變韌。相比之下,我們的材料的優(yōu)點是非常輕量級的?!癕ATECH公司的非氧化物CMC的范圍從2-3g/cm3,相比之下氧化物CMC為10-22 g/cm3。

超高溫陶瓷基復(fù)合材料具有令人印象深刻的性能,但其代價昂貴。他們一般都是通過化學氣相沉積法加工,原材料價格是氧化物基系統(tǒng)的10倍。非氧化物系統(tǒng)也比氧化物系統(tǒng)需要更長的加工時間。

“我們在導(dǎo)彈防御行業(yè)的工作主要是考慮在超高溫度情況下的應(yīng)用,”Pope說。MATECH開發(fā)的其他超高溫材料包括碳化鉭(TaC)陶瓷纖維和碳化鉿(HfC)陶瓷纖維。兩者都適用于固體推進劑火箭噴口。該公司還生產(chǎn)氧化物材料以及其他的高溫CMC。借助美國空軍研究實驗室(俄亥俄州,賴特-帕特森空軍基地)的資助,該公司發(fā)明了一種化學計量碳化硅陶瓷纖維,這是針對輕水反應(yīng)堆的核燃料元件包殼管、燃氣輪機熱端組件和高超音速前緣材料。該公司還生產(chǎn)氮化硅/碳化硅(SiNC)纖維,以連續(xù)的50-500絲牽引熔紡。據(jù)報道,這個SiNC纖維改善了蠕變強度;在溫度高達1350°C /2462°F時,保持化學穩(wěn)定;氧含量低于2%。(中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心 胡燕萍)

新聞來源:http://www.dsti.net/Information/News/85491

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