新型空天陶瓷材料

1、新型空天陶瓷材料11国际空间站（360公里高空）航天新热点临近空间飞行器高超声速飞行器12. 地球空间环境与工程1近空间一般指距地面20100千米的空域，处于现有飞机最高飞行高度和卫星最低轨道高度之间。这一区域是飞机上不去、卫星下不来的未开发和待利用空间，对于情报收集、侦察监视、通信保障以及对空对地作战等有特殊和广阔的应用前景。1近空间环境特点空气稀薄，但不是高真空含氧气、原子氧臭氧层1近空间飞行器够飞行在近空间执行特定任务的飞行器，集成了卫星和飞机的优势效费比高、机动性好、易于更新和维护、持续工作时间长、覆盖范围广。1高超声速飞行器超声速：1-3Ma高超声速：5Ma端头 2000-3000度

2、，翼前1800-2200， 机身800-1200高温、超高温、氧化、长航时1高超声速飞行器114年1月9日，中国突然测试了一种新的高超音速滑翔飞行器，被称为WU-141对材料的要求抗烧蚀、热防护、热结构、高温功能高温、超高温陶瓷1新型空天陶瓷材料抗烧蚀材料 2000-3000 （ZrB2、C/C、）轻质高温隔热材料：0.4g/cm3（气凝胶）高温结构材料：1000-2000 （C/C、C/SiC）高温透波材料（SiO2/SiO2、多孔Si3N4）发动机高温材料热密封材料1抗烧蚀材料特性物理：高熔点、高粘度、蒸汽压低化学：无或者很高的分解温度、抗高温氧化性能好1超高温材料及其密度1碳材料从物理层

3、面来看，碳材料熔点高而密度低，是理想的空天抗烧蚀材料单一的碳材料如石墨，强度不高纤维增强碳材料Cf/C复合材料可以解决强度和韧性的问题从化学层面上看，温度高于400的有氧环境中发生氧化反应隔绝氧气是碳材料作为抗烧蚀材料的前提条件1高温抗氧化涂层SiC抗氧化保护涂层（Si CVR；SiC PIP）涂覆HfC+SiC（美国）HfC+TaC涂层（俄罗斯）1超高温陶瓷(Ultra-high Temperature Ceramic，UHTC)指熔点超过 3000的硼化物、碳化物ZrC、HfC和TaC的熔点比它们的氧化物高得多，无固相相变，具有较好的抗热震性，在高温下仍具有高强度，但是这类碳化物陶瓷的断裂

4、韧性和抗氧化性非常低。TiB2，ZrB2，TaB2，HfB2具有高熔点、高硬度、高粘接特性、低挥发率、高热导率和电导率等突出优点，使其成为超高温结构部件的侯选材料1超高温陶瓷的研究课题烧结问题脆性及热震性问题高温抗氧化问题1超高温陶瓷ZrB2的烧结致密化需要接近 2200的高温和超高的压力粉体细化、活化添加烧结助剂SiC含硅有机前驱体1超高温陶瓷ZrB2的增韧纳米结构强化颗粒弥散强化晶须、纤维强韧化1超高温陶瓷ZrB2的氧化1200以下具有良好的抗氧化性能，由于材料表面生成了液态B2O3的缘故。而B2O3在 1200以上快速蒸发，导致ZrB2发生快速氧化1超高温陶瓷ZrB2的氧化SiC的加入可

5、以显著提高它的抗氧化性能，高温时形成的硼硅酸盐玻璃相覆盖在材料表层，在 1600以下具有良好的保护作用1SiC 基复合材料Cf/SiC复合材料具有耐高温和抗热震性能、高耐磨性和硬度、耐化学腐蚀特性、高导热、低热膨胀系数(110-6410-6K-1)等优异的性能抗氧化性能较差气孔、纤维与基体热失配SiC的活性氧化在 2000开始软化，2700会分解，不能在 3000以上的超高温条件下使用1高温隔热材料1热障涂层材料导热率低抗氧化、腐蚀耐冲刷与基体结合强度高，热匹配好无相变1氧化锆系列6-8%Y2O3稳定ZrO2高熔点2700C低热导2.3w/mK高热膨胀10E-6高温化学稳定性好力学性能好无相变

6、1焦绿石/萤石A2B2O7复杂的晶体结构本征氧空位浓度1/8稀土锆酸盐、铈酸盐更低的弹性模量、更低的热导率掺杂可进一步降低热导率11其他体系稀土磷酸盐钙钛矿锆酸盐其他复合氧化物1热障涂层制备技术等离子喷涂电子束物理气相沉积（EBPVD）1超级绝热材料特征纳米孔径非常高的气孔率（8099.8%）孔壁耐高温热导率低于静止空气的0.026w/(m.K)1气凝胶 Aerogel当凝胶脱去大部分溶剂，使凝胶中液体含量比固体含量少得多，或凝胶的空间网状结构中充满的介质是气体，外表呈固体状，这即为干凝胶，也称为气凝胶。气凝胶是一种固体物质形态，世界上密度最小的固体。密度为3kg/每立方米。干燥的松木密度50

7、0千克每立方米一般常见的气凝胶为硅气凝胶，其最早由美国科学工作者Kistler在1931年制得。1气凝胶的制备方法溶胶-凝胶超临界干燥常压干燥1氧化硅气凝胶正硅酸乙酯(tetraethylorthosilicate,TEOs)水解、缩合，形成凝胶1超临界干燥 supercritical drying通过加温、加压，使泥浆的温度和压力超过其液相的临界点，在高压下排气，除去液相的工艺。超临界干燥通过压力和温度的控制，使溶剂在干燥过程中达到其本身的临界点，完成液相至气相的超临界转变。过程中溶剂无明显表面张力，在维持骨架结构的前提下完成湿凝胶向气凝胶的转变。超临界干燥使用的器具为高压釜，高压釜的密闭性

8、要求高。通常超临界干燥工艺需要的实验周期相对较长、产量较低、成本较高。1常用介质的临界条件1常压干燥用表面张力小的有机溶剂替换醇凝胶中的水和醇在凝胶前加入干燥控制化学添加剂,能够均匀凝胶的网络孔道,使毛细孔内的应力差别变小,从而减小凝胶开裂的倾向1多层隔热复合材料纤维隔热毡隔开的多层反射屏蔽的轻质隔热系统反射屏：金属箔，石墨涂层1反红外涂料反射0.75-2.5m波段的近红外光Mie散射理论分散高折射率的一定粒径的颗粒气凝胶的遮光改性高反射率、高辐射率、低导热系数、低蓄热系数1纤维表面改性石英纤维表面涂覆高折射率的TiO2或ZrO2提高高温辐射热阻1高温绝热材料的课题纳米多孔结构的耐高温问题（1500）抗高温辐射传热1高温透波材料高温烧蚀透波材料高温宽频透波材料1透波材料电磁波透过材料（可见、红外、雷达波）低介电常数、低磁导率（实部、虚部）1微波透过材料聚合物基复合材料低介电