北京時(shi)間11月(yue)(yue)24日凌晨(chen)4時(shi)30分21秒，嫦娥(e)五號月(yue)(yue)球探(tan)(tan)(tan)測(ce)器在海(hai)南(nan)文昌航天發(fa)射場成功發(fa)射。嫦娥(e)五號是探(tan)(tan)(tan)月(yue)(yue)工程三期的主任務(wu)，將實現(xian)我國首次月(yue)(yue)面采樣返回(hui)，完成探(tan)(tan)(tan)月(yue)(yue)工程三步(bu)走(zou)目標之“回(hui)”的關鍵一(yi)步(bu)，推動(dong)月(yue)(yue)球探(tan)(tan)(tan)測(ce)科學技術的重大跨越。

　　在此次(ci)嫦娥(e)五號(hao)(hao)任務中，中科(ke)院(yuan)上海(hai)分院(yuan)5家(jia)研(yan)究(jiu)所(suo)紛紛拿出了各自的(de)(de)亮眼技術，全(quan)程助力嫦娥(e)五號(hao)(hao)的(de)(de)探月之旅走(zou)好每一(yi)步(bu)。其中上海(hai)硅酸(suan)鹽研(yan)究(jiu)所(suo)承(cheng)擔(dan)了壓電陶瓷等多個(ge)關鍵材料的(de)(de)研(yan)制(zhi)。

　　大(da)家都知道，航(hang)(hang)空航(hang)(hang)天(tian)領(ling)域對材料(liao)性(xing)能(neng)的(de)要求十分苛刻，先(xian)進陶瓷因具有高(gao)溫強度(du)、良好(hao)的(de)斷裂韌性(xing)、高(gao)硬度(du)、高(gao)介(jie)電強度(du)、出色(se)耐(nai)(nai)(nai)熱(re)沖擊性(xing)和(he)摩擦學(xue)性(xing)能(neng)，應用于航(hang)(hang)空航(hang)(hang)天(tian)是一個很(hen)好(hao)的(de)選擇，能(neng)確(que)保(bao)優(you)異(yi)的(de)機(ji)械可靠性(xing)、耐(nai)(nai)(nai)熱(re)性(xing)和(he)耐(nai)(nai)(nai)磨性(xing)等，一直以來得到(dao)極大(da)的(de)關注(zhu)。

　　首先我(wo)們來了解(jie)一下陶瓷在我(wo)國(guo)航(hang)空航(hang)天領(ling)域的幾個應用案例。

應用案例

　　01

　　玉兔號超聲電機用壓電陶瓷

　　在(zai)“玉兔(tu)”胸前紅旗的正下(xia)方，首次(ci)升空(kong)的“紅外(wai)眼”——紅外(wai)成(cheng)像(xiang)光譜儀(yi)，引人注(zhu)目(mu)。它“眨(zha)眨(zha)眼”就能(neng)對月球表面進(jin)行成(cheng)像(xiang)與成(cheng)分分析。誰來控(kong)制它“眨(zha)眼”?是一(yi)個高性(xing)能(neng)超聲電(dian)機。

　　這是我國首次將該(gai)技術用于(yu)航天工(gong)程。超(chao)聲電(dian)(dian)機(ji)身材小，卻本領十(shi)足。它重(zhong)量只有46克，約是同等傳(chuan)統電(dian)(dian)機(ji)重(zhong)量的1/10，且驅動簡(jian)單，響應時間(jian)只需(xu)幾(ji)個毫秒，低(di)轉速能(neng)使相機(ji)蓋(gai)子的開合動作變得緩慢(man)。壓電(dian)(dian)陶瓷(ci)是超(chao)聲電(dian)(dian)機(ji)的“心臟”，它保證了(le)超(chao)聲電(dian)(dian)機(ji)電(dian)(dian)力(li)強(qiang)勁(jing)，并能(neng)經受(shou)月球大的溫差。而此次嫦(chang)娥五(wu)號正是應用了(le)這種(zhong)壓電(dian)(dian)陶瓷(ci)。

　　02

　　嫦(chang)娥三號光學望遠鏡用(yong)碳化硅陶瓷

　　在嫦娥三號(hao)月基(ji)光學望遠鏡中，主鏡、次鏡和指(zhi)向鏡，均由上海硅酸(suan)鹽所研制(zhi)。它們選(xuan)用了高致密碳化硅特種(zhong)陶瓷材料(liao)。該陶瓷材料(liao)質量輕、熱導率(lv)高，面型穩定(ding)性好，可(ke)在零(ling)下20攝(she)氏(shi)度至(zhi)40攝(she)氏(shi)度的(de)溫度下穩定(ding)工作，即(ji)使因(yin)熱脹(zhang)冷縮(suo)引起的(de)變形也微(wei)乎(hu)其微(wei)，這為望遠鏡的(de)成像質量提供了保證。

　　03

　　紅外成像光(guang)譜(pu)儀(yi)用二氧化(hua)碲(di)聲(sheng)光(guang)晶體

　　在嫦(chang)娥五號以及(ji)之前(qian)的嫦(chang)娥三號探測器玉(yu)兔”的“紅眼(yan)睛”——紅外成像光譜儀(yi)，便是采用了上海硅酸鹽所(suo)通過獨(du)家(jia)生長“秘笈”研制(zhi)的2塊大尺寸(cun)優(you)質二氧化(hua)碲聲光晶(jing)體，使(shi)光譜儀(yi)的光譜范圍和質量控制(zhi)都優(you)于國外同類產品(pin)。

　　04

　　天(tian)宮二號用納米陶瓷鋁(lv)合金

　　由上海交通大學研制(zhi)的納(na)米陶瓷鋁(lv)合金(jin)(jin)將陶瓷和鋁(lv)結合起(qi)來，兼具了兩者(zhe)的優(you)點，強度(du)和剛(gang)度(du)甚至超過了“太(tai)空金(jin)(jin)屬(shu)”鈦(tai)合金(jin)(jin)。據了解(jie)，該材料已經用于(yu)天宮一號、天宮二號、量子(zi)衛星(xing)、氣象衛星(xing)等關鍵部(bu)件(jian)翱翔(xiang)于(yu)太(tai)空。

　　05

　　神(shen)舟五號用陶瓷基板

　　2003年10月，我國第一艘載(zai)人飛船(chuan)神州(zhou)五號成(cheng)功發(fa)射(she)。天馬新材的(de)氧(yang)化鋁陶瓷基板，成(cheng)功應用在(zai)發(fa)射(she)器的(de)芯片(pian)上，與(yu)我國第一位(wei)航天員(yuan)楊利偉共同飛入太空。

陶瓷在航空航天領域的主要應用

　　01

　　航空發動機

　　所有的(de)(de)發動機(ji)(ji)都是基(ji)于卡諾循環的(de)(de)原理，也(ye)就是說燃(ran)氣溫(wen)度(du)越(yue)(yue)高(gao)(gao)效率越(yue)(yue)高(gao)(gao)。這就需要提(ti)高(gao)(gao)航空發動機(ji)(ji)的(de)(de)推重比和降(jiang)低燃(ran)料消耗, 而提(ti)高(gao)(gao)發動機(ji)(ji)的(de)(de)渦輪(lun)前溫(wen)度(du)是關鍵。因此高(gao)(gao)溫(wen)結構陶(tao)瓷及(ji)其陶(tao)瓷基(ji)復(fu)合材料的(de)(de)研究成(cheng)為高(gao)(gao)推重比航空發動機(ji)(ji)的(de)(de)關鍵技(ji)術之(zhi)一。

　　02

　　陶瓷軸承

　　陶(tao)瓷(ci)軸承是在航(hang)空航(hang)天(tian)產(chan)業中(zhong)使用(yong)較(jiao)為(wei)廣泛的(de)一種(zhong)產(chan)品，具(ju)有(you)耐(nai)高(gao)溫、耐(nai)寒、耐(nai)磨、耐(nai)腐蝕、抗磁電絕緣、高(gao)轉速等特性。陶(tao)瓷(ci)軸承針對航(hang)空航(hang)天(tian)工(gong)業中(zhong)惡劣(lie)環境下的(de)調(diao)整、重載、低溫、無(wu)潤滑工(gong)況而開發，是新材料、新工(gong)藝(yi)、新結構的(de)完(wan)美結合。

　　03

　　紅外(wai)偽裝(zhuang)隱身(shen)材料(liao)

　　陶瓷(ci)紅(hong)外偽裝隱身技(ji)術(shu)是通(tong)過采用紅(hong)外功能陶瓷(ci)材料來降低(di)(di)或改變(bian)目標(biao)的(de)(de)紅(hong)外輻射(she)(she)特征(zheng)以(yi)實(shi)現目標(biao)的(de)(de)紅(hong)外低(di)(di)可探測性(xing)的(de)(de)技(ji)術(shu)。這種材料具(ju)有改變(bian)紅(hong)外輻射(she)(she)特性(xing)的(de)(de)能力，在大(da)(da)氣(qi)窗口波(bo)段內具(ju)有低(di)(di)紅(hong)外發射(she)(she)率，在紅(hong)外視場下，將目標(biao)紅(hong)外特性(xing)同(tong)周圍環境背景融合，實(shi)現與紅(hong)外地(di)形(xing)匹配，最(zui)大(da)(da)限度(du)地(di)減少目標(biao)紅(hong)外特征(zheng)信號。

　　此(ci)外，在發(fa)動機中(zhong)采用陶瓷部件的話，發(fa)熱量降低，抑制了紅(hong)(hong)外輻(fu)射(she)的發(fa)射(she)，也(ye)能起(qi)到紅(hong)(hong)外隱身功能。

　　04

　　天線罩透波材料

　　航(hang)天透(tou)波材(cai)料(liao)(liao)(liao)(天線罩)是為了保(bao)護航(hang)天飛行器(qi)在(zai)惡劣(lie)環境氣候條件下(xia)，通訊、遙(yao)測、引爆、制(zhi)導等相關系統能(neng)正(zheng)常工作的(de)一種多(duo)功能(neng)材(cai)料(liao)(liao)(liao)。多(duo)孔氮(dan)化硅陶瓷材(cai)料(liao)(liao)(liao)具(ju)有(you)(you)較(jiao)低的(de)介電(dian)常數和介電(dian)損耗，密度低，隔熱性(xing)能(neng)良好，強度適合(he)，使(shi)用壽命也很長，同時在(zai)單位厚度上對雷達波的(de)吸收率相對于其它陶瓷材(cai)料(liao)(liao)(liao)低等特性(xing) ,使(shi)其在(zai)航(hang)天透(tou)波材(cai)料(liao)(liao)(liao)方面具(ju)有(you)(you)優良的(de)應(ying)用潛力。

　　05

　　衛星用電池

　　要想盡可(ke)能(neng)的延長衛星(xing)電(dian)池的使(shi)用(yong)壽命，必須使(shi)用(yong)陶瓷隔膜材(cai)料(liao)。陶瓷隔膜是(shi)采用(yong)稀土等復合(he)材(cai)料(liao)經(jing)真空細(xi)密混(hun)合(he)成型，然后高溫(wen)燒(shao)結(jie)而成，能(neng)耐強酸、強堿，在鉻酸槽液(ye)中不溶解。

　　06

　　飛機剎(cha)車(che)盤及(ji)火箭(jian)發(fa)動機防(fang)氧化陶瓷涂(tu)層(ceng)

　　碳(tan)/碳(tan)復(fu)合材(cai)料(liao)(liao)由于其獨(du)特的(de)性(xing)能，已廣泛應(ying)(ying)(ying)用于航(hang)空航(hang)天(tian)領域，如火箭(jian)發動(dong)機(ji)噴管及(ji)其喉襯、飛機(ji)剎車盤(pan)等。但它有個致命缺陷，在(zai)溫度高于400℃的(de)有氧(yang)(yang)環(huan)境(jing)中會發生氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)反應(ying)(ying)(ying)，導致材(cai)料(liao)(liao)的(de)性(xing)能急劇下(xia)降(jiang)。因此，碳(tan)/碳(tan)復(fu)合材(cai)料(liao)(liao)在(zai)高溫有氧(yang)(yang)環(huan)境(jing)下(xia)的(de)應(ying)(ying)(ying)用必須進行有氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)防護(hu)措施。而(er)憑借出色(se)的(de)物(wu)理和化(hua)(hua)(hua)學穩定性(xing)，抗氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)陶瓷涂層應(ying)(ying)(ying)運而(er)生。

　　07

　　陶瓷基板

　　在(zai)火箭(jian)突破大氣層時，會(hui)出現一個(ge)很(hen)大的(de)外(wai)部(bu)摩(mo)擦力(li)，從(cong)而影響內(nei)(nei)部(bu)的(de)各(ge)種傳感(gan)(gan)器(qi)，溫度、壓(ya)(ya)力(li)等(deng)傳感(gan)(gan)器(qi)最受(shou)(shou)影響。從(cong)外(wai)部(bu)傳來的(de)不(bu)僅有很(hen)大的(de)力(li)，還會(hui)產生大量(liang)的(de)熱(re)。在(zai)壓(ya)(ya)力(li)傳感(gan)(gan)器(qi)中，其精度是非常重要的(de)，如果內(nei)(nei)部(bu)電(dian)路(lu)板因外(wai)力(li)受(shou)(shou)損(sun)，那這個(ge)壓(ya)(ya)力(li)傳感(gan)(gan)器(qi)也就意味著(zhu)(zhu)廢掉(diao)了。而氧化(hua)鋯陶瓷(ci)基板憑著(zhu)(zhu)其很(hen)高的(de)耐磨性(xing)與抗壓(ya)(ya)性(xing)，根本(ben)不(bu)會(hui)出現損(sun)壞。

　　08

　　航天器(qi)外殼陶瓷涂層

　　HfB2、ZrB2、ZrC等(deng)用(yong)于超(chao)高(gao)溫陶瓷(ci)涂(tu)層。隨(sui)著(zhu)超(chao)高(gao)聲(sheng)速飛行器(qi)的發展，對其(qi)表面(mian)抗(kang)燒蝕和抗(kang)大(da)氣沖(chong)刷(shua)的要求也越來越高(gao)，HfB2、ZrB2、ZrC等(deng)超(chao)高(gao)溫陶瓷(ci)作為高(gao)溫涂(tu)層材料對提升飛行器(qi)表面(mian)的抗(kang)燒蝕和抗(kang)沖(chong)刷(shua)能(neng)力(li)有著(zhu)不可(ke)替代的作用(yong)。

　　09

　　紅外系統護窗

　　這(zhe)種陶瓷由氧(yang)化釔(yi)和氧(yang)化鎂構(gou)成，由俄羅(luo)斯(si)遠東聯邦大學(xue)的(de)青(qing)年學(xue)者(zhe)及俄羅(luo)斯(si)科學(xue)院(yuan)(yuan)(yuan)遠東分院(yuan)(yuan)(yuan)化學(xue)研究(jiu)所、烏(wu)克蘭國家科學(xue)院(yuan)(yuan)(yuan)單(dan)晶研究(jiu)所、中國科學(xue)院(yuan)(yuan)(yuan)上海硅酸鹽研究(jiu)所的(de)專家們共(gong)同發(fa)明。據稱(cheng)，該材料(liao)可用來制造航(hang)(hang)空航(hang)(hang)天設備的(de)紅外(wai)系統(tong)護窗，可透過70%以(yi)上的(de)6000納米以(yi)下紅外(wai)區光線。

　　10

　　直升機裝甲

　　考慮到武裝直升機在(zai)設計中重(zhong)點強調(diao)戰場生存能力，在(zai)座椅和(he)直升機的(de)關鍵部位采用了陶(tao)瓷(ci)(ci)復合(he)輕(qing)質裝甲(jia)材(cai)料，涉(she)及到的(de)特種陶(tao)瓷(ci)(ci)主要(yao)是(shi)氧化鋁陶(tao)瓷(ci)(ci)和(he)碳化硼(peng)陶(tao)瓷(ci)(ci)。

　　前(qian)蘇聯“米-28”在機身以(yi)及座艙外都大(da)(da)膽的(de)使(shi)用特(te)種陶瓷作(zuo)為防(fang)護材料，配(pei)備兩層(ceng)裝甲板(ban)，具有一定厚(hou)度(du)的(de)鈦(tai)合金板(ban)處在兩層(ceng)裝甲板(ban)的(de)內部(bu)，而外部(bu)則使(shi)用了大(da)(da)量的(de)特(te)種陶瓷。

參考來源：

　　[1] 十余(yu)種獨家“秘制”讓嫦娥不懼“冰火”.中國科學報

　　[2] 嫦娥三(san)號最新消息(xi)：中科院研發十多種材料(liao) 制"外衣"助"玉兔"信(xin)步廣寒.文匯(hui)報

　　[3] 盤它(ta)!嫦娥五號上的“中科院出品”.中國科學報(bao)

　　[4]張立(li)同.國外(wai)航空用陶(tao)瓷發展趨勢.西北(bei)工業大(da)學

　　[5]林智群等.碳(tan)化硅陶瓷纖維的性能及(ji)其(qi)在航空航天(tian)領域(yu)的應(ying)用(yong)

　　[6]姚燦(can).陶(tao)瓷涂(tu)層在航空發動機上(shang)的應用研究

　　[7]胡彥.陶瓷在航(hang)空(kong)領域(yu)中(zhong)的應用

　　[8]甘永學.纖維(wei)增(zeng)強(qiang)陶瓷基復合(he)材料的研究及其在航(hang)空航(hang)天領域的應用

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