研究人員開發出用於超聲速飛行的新型碳化物塗層

曼徹斯特大學的研究人員設計和製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塗層。曼徹斯特大學的研究人員與中國中南大學（CSU）合作開發的塗層為超高溫陶瓷（ultra-high temperature ceramic，UHTC）。

自20世紀60年代以來，常規UHTC已經在航空、航天和國防領域作為熱防護系統應用。然而對於超過5馬赫的超聲速飛行，UHTC仍然無法解決氧化和燒蝕問題，熱流將剝離飛機金屬表面塗層。

曼徹斯特大學雷吉烏斯（Regius）教授表示：「目前面臨的最大挑戰是如何保護前緣、燃燒室和鼻尖等關鍵部件，確保在飛行過程的高溫環境下能夠經受嚴重的氧化和極度的熱通量衝擊」。在超聲速飛行中溫度可能高達2000至3000℃。

由曼徹斯特大學和中南大學研究人員開發的碳化物塗層的抗燒蝕能力比傳統碳化鋯（ZrC）材料提高十二倍以上。

新型碳化物（Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26）塗層通過反應性熔體滲透和封裝膠結製成碳-碳複合材料。根據研究小組的摘要描述，「陶瓷氧化物的密封性能好、氧擴散緩慢、陶瓷密集和梯度分布（等特性）導致燒蝕時形成保護性氧化物層，其損耗比其他陶瓷系統慢很多，使得陶瓷氧化物具有優良的耐燒蝕性能」。

曼徹斯特大學主持該項目的材料科學教授肖平（Ping Xiao）表示：「在極端環境中，目前各種UHTC的應用十分有限，需要開展新型單相陶瓷的探索，以減少蒸發、更抗氧化。研究表明，將陶瓷引入碳纖維增強碳基複合材料可能是提高耐熱衝擊性的有效途徑」。

宇宙飛船和運載火箭的超聲速發展（如美國航空航天局的超聲速國際飛行研究實驗計劃以及對衝壓噴氣和噴氣式納米衛星傳輸的持續研究）需要先進塗層材料研究的支撐。除此之外，在Boom Technology開發出XB-1一類超聲速商用飛機以後，超聲速旅行也將成為日常生活的一部分。（中國航空工業發展研究中心 李豐羽）

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