超高温材料的研究及应用

1.难熔金属

难熔金属(W、Mo、Ta、Nb、Zr等)及其合金具有熔点高、耐高温和抗腐蚀强等突出优点，应用领域涉及固液火箭发动机、重返大气层的航天器和航天核动力系统等 。

2.陶瓷基复合材料

超高温陶瓷材料，尤其是难溶金属Zr、Hf和Ta的硼化物、碳化物，代表了在2000℃以上可用的候选材料，具有优异的物理性能，包括罕见的高熔点、高热导率、高弹性模量，并能在高温下保持很高的强度，同时还具有良好的抗热震性和适中的热膨胀率，是未来超高温领域最有前途的材料。

(1)碳化物陶瓷基复合材料

碳化铪(HfC)、碳化锆(ZrC)和碳化钽(TaC)的熔点比它们的氧化物高得多，不需要经历任何固相相变，具有较好的抗热震性，在高温下仍具有高强度。这类碳化物陶瓷的断裂韧性和抗氧化性非常低，为了克服陶瓷的脆性，通常采用纤维来增强增韧。2000年，美国宇航局对由不同公司生产的可能用于Hyper-X计划的X-43A(7马赫)鼻锥和前缘的l3种材料体系进行了电弧加热器烧蚀测试。结果表明，RCI公司生产的炭纤维增强HfC基复合材料效果最好，它完成所有的10min10次循环，3次循环质量损失1．30% ，5次循环质量损失3．28% ，10次循环质量损失10．33% ；完成了1h的持续加热，质量损失1．12%。

(2)硼化物陶瓷基复合材料

研究表明，ZrB2和HfB2基陶瓷复合材料的脆性和室温强度可以通过合理选择原材料的组分、纯度和颗粒度来克服，它们的共价键很强的特性决定了它们很难烧结和致密化。为了改善其烧结性，提高致密度，可通过提高反应物的表面能、降低生成物的晶界能、提高材料的体扩散率、延迟材料的蒸发、加快物质的传输速率、促进颗粒的重排及提高传质动力学来解决。

(3) C/C复合材料

C/C复合材料具有重量轻、比强度高、比刚度高、模量高、热膨胀系数低、高温下强度高、良好的烧蚀性能和较大温度范围的抗蠕变能力，以及良好的抗热震性能等优点。