曼徹斯特大學(xué)的研究人員設(shè)計(jì)和制造了能夠承受超聲速飛行條件下速度和溫度要求的碳化物涂層，是曼徹斯特大學(xué)的研究人員與中國中南大學(xué)（CSU）合作開發(fā)的涂層為超高溫陶瓷（ultra-high temperature ceramic，UHTC）。

自20世紀(jì)60年代以來，常規(guī)UHTC已經(jīng)在航空、航天和國防領(lǐng)域作為熱防護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用。然而對于超過5馬赫的超聲速飛行，UHTC仍然無法解決氧化和燒蝕問題，熱流將剝離飛機(jī)金屬表面涂層。

曼徹斯特大學(xué)雷吉烏斯（Regius）教授表示：“目前面臨的最大挑戰(zhàn)是如何保護(hù)前緣、燃燒室和鼻尖等關(guān)鍵部件，確保在飛行過程的高溫環(huán)境下能夠經(jīng)受嚴(yán)重的氧化和極度的熱通量沖擊”。在超聲速飛行中溫度可能高達(dá)2000至3000℃。

由曼徹斯特大學(xué)和中南大學(xué)研究人員開發(fā)的碳化物涂層的抗燒蝕能力比傳統(tǒng)碳化鋯（ZrC）材料提高十二倍以上。

新型碳化物（Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26）涂層通過反應(yīng)性熔體滲透和封裝膠結(jié)制成碳-碳復(fù)合材料。根據(jù)研究小組的摘要描述，“陶瓷氧化物的密封性能好、氧擴(kuò)散緩慢、陶瓷密集和梯度分布（等特性）導(dǎo)致燒蝕時(shí)形成保護(hù)性氧化物層，其損耗比其他陶瓷系統(tǒng)慢很多，使得陶瓷氧化物具有優(yōu)良的耐燒蝕性能”。

曼徹斯特大學(xué)主持該項(xiàng)目的材料科學(xué)教授肖平（Ping Xiao）表示：“在極端環(huán)境中，目前各種UHTC的應(yīng)用十分有限，需要開展新型單相陶瓷的探索，以減少蒸發(fā)、更抗氧化。研究表明，將陶瓷引入碳纖維增強(qiáng)碳基復(fù)合材料可能是提高耐熱沖擊性的有效途徑”。

宇宙飛船和運(yùn)載火箭的超聲速發(fā)展（如美國航空航天局的超聲速國際飛行研究實(shí)驗(yàn)計(jì)劃以及對沖壓噴氣和噴氣式納米衛(wèi)星傳輸?shù)某掷m(xù)研究）需要先進(jìn)涂層材料研究的支撐。除此之外，在Boom Technology開發(fā)出XB-1一類超聲速商用飛機(jī)以后，超聲速旅行也將成為日常生活的一部分。

（中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心 李豐羽）

文章來源：中國國防科技信息網(wǎng)

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