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于纳米科技之上,铸强国华章 | 航天篇

航天工业集中展现了高新技术的发展水平,它涉及诸多学科领域,其中材料科学及技术的发展是其基础。纳米科技的迅猛发展为材料科学及技术的进步注入新的活力,同时也为航天工业实现跨越式发展创造了有利条件。

 

中国未来的航天工业将随着纳米科学技术的发展而呈现崭新的面貌。

 

 

 

01 红外隐身

 

纳米石墨作吸收剂制成的石墨——热塑性复合材料和石墨环氧树脂复合材料的吸收率大,在低温下仍保持很好的韧性。由于纳米磁性材料在一定条件下会产生光发散效应,具有凹透镜的作用,当光束通过时会改变传输方向,降低光的强度和改变光的空间分布,从而为隐身技术向全波段、主被动兼容方向发展提供了物理基础。

 

 

02 烧蚀防热

 

碳/酚醛、高硅氧/酚醛类烧蚀防热材料目前在固体发动机上仍广泛使用,热防护材料中树脂基体的种类和含碳量影响其耐烧蚀性能。因此提高树脂基体的碳含量是改进其耐烧蚀性能的有效途径。提高树脂成碳率的途径,除了从树脂自身的分子结构研究以外,另一种有效的方法就是直接加入纳米碳粉。纳米碳粉的引入不但可以提高树脂的成碳率,减少碳化热收缩应力,而且对材料的剪切强度、拉伸强度、弯曲强度和模量均有一定的影响,并起到一定的调剂作用。


 

03 特种密封材料

 

发动机出现故障最多的是各种密封的失效,密封面的表面质量是决定密封性能好坏的主要因素,利用纳米材料制成密封零件基体或在密封表面覆盖一层纳米粉末将会极大的改善其密封性。

 

纳米粒子加入橡胶能极大地改善其力学性能。纳米三氧化二铝粒子与橡胶复合可以提高其介电性和耐磨性。添加纳米二氧化硅的新型橡胶不但具有优越的力学性能,还可以根据需要设计具有特殊性能的新型橡胶,这种新型材料中的纳米二氧化硅不仅具有补强作用,而且具有常规橡胶不具备的一些功能特性,例如通过控制纳米二氧化硅的颗粒尺寸可以制备对不同波段光敏感不同的橡胶,既可抗紫外线辐射,又可反射红外;也可利用纳米二氧化硅制成电绝缘性能优异的橡胶。目前橡胶所用的增强剂多半为纳米级炭黑,若改用爆轰合成的含纳米级金刚石粉的炭黑,能使其拉伸强度提高1-4倍,并改善其耐磨性和密封性。



04 涂层

 

纳米材料用作涂料可提高工件的耐磨性、抗剥蚀性和抗氧化能力。将纳米技术应用在液浮轴承中,会使轴承的寿命和可靠性成百倍提高。涡轮盘是发动机中最关键的零件,它是在高温、高压、高速条件下工作,失效率很高。如果采用纳米级粉末冶金制造,将大幅度提高涡轮盘的强度和耐高温性能。推力室的内壁冷却和抗高温是发动机的关键技术,经常因为推力室的冷却和抗高温问题而降低发动机的性能,如果采用纳米级金属粉末涂镀在推力室内壁上,就可以解决这个问题。