超高温材料的研究进展
高温超导材料的最新研究
高温超导材料的最新研究高温超导材料是指能在相对较高的温度下表现出超导特性的物质。
与传统低温超导材料相比，高温超导材料具有更高的临界温度和更简单、便利的制备工艺，因此被广泛研究和应用。
本文将介绍高温超导材料的最新研究进展，包括其基本原理、主要类别以及各类材料的最新研究成果。
基本原理超导现象是指在低温下某些金属和化合物的电阻突然变为零，并且磁场在材料内部完全排除的现象。
传统低温超导材料的临界温度一般在几个开尔文以下，而高温超导材料则可以在液氮温度（77开尔文）以上达到超导态。
这种突破给超导技术的实际应用带来了革命性的变化。
目前，关于高温超导机制的理论尚不完善，但普遍认为其与电子对相关效应密切相关。
一种被广泛接受的解释是，在某些复杂氧化物材料中，由于电子分布和晶格结构之间的相互作用，电子会形成库珀对（Cooper pair），从而引起超导现象。
主要类别高温超导材料可以分为铜基、铁基、钴基等几类。
其中，铜基高温超导体是最早被发现和研究的类别，其典型代表是YBa2Cu3O7-x（YBCO）和Bi2Sr2CaCu2O8+x（BSCCO）等化合物。
这些材料具有较高的临界温度和良好的工程可塑性，已经在许多领域得到广泛应用。
近年来，铁基高温超导材料受到了极大关注。
该类材料由于晶格结构复杂而引起科学家们浓厚兴趣，并且具有与铜基材料相近甚至更高的临界温度。
铁基高温超导体的代表性物质包括LaFeAsO、BaFe2As2等。
钴基高温超导体则是最新被发现和研究的一类材料。
这类物质具有自旋三重简并性等特点，在其晶格结构中存在着一些特殊的超导对称性。
目前对钴基高温超导材料的研究仍处于初级阶段，但其临界温度已能达到数十开尔文。
最新研究进展铜基高温超导材料近年来，关于铜基高温超导材料的研究主要集中在改善其电流输运性能和稳定性方面。
例如，科学家们通过控制样品形貌和微观缺陷来改善YBCO薄膜的电流密度和临界电流密度。
此外，还有一些研究致力于理解铜基高温超导材料中电子对形成机制以及配位异质结构对其性能的影响。
高温超导材料研究综述
高温超导材料研究综述随着科技的不断发展，高温超导材料的研究和应用已经成为了当前研究的热点之一。
高温超导材料是指在一定温度下透磁性能很强的材料。
相比于传统超导材料，其关键性质是其临界温度较高。
目前，高温超导材料的研究还处于探索阶段，但其前景十分广阔。
本文将介绍高温超导材料的基本概念、研究进展以及未来发展方向。
第一部分：高温超导材料的基本概念高温超导材料是指在一定温度下具有超导性质的材料。
超导现象是指当温度下降到一定程度时，材料的电阻趋近于零，在此基础上，高温超导材料的关键性质是其临界温度较高。
高温超导材料的发现可以追溯到20世纪80年代初期。
1986年，瑞士IBM公司科学家谢尔曼-库珀（K. Alex Müller）和约瑟夫-乔治-贝德纳（J. Georg Bednorz）发现一种新型超导材料——LaBaCuO（La铁磁性材料和Ba铜氧化物的混合物），且其临界温度高达35K。
自此，高温超导材料的研究引起了全球科学家的广泛关注。
第二部分：高温超导材料的研究进展高温超导材料已经被广泛应用于电子、能源、医药和航空航天等领域。
目前，高温超导材料的研究主要集中在以下几个方面：1. 结构设计与制备技术高温超导材料的结构与制备技术是实现大规模生产以及进一步提高临界温度的关键。
目前，已经有许多制备方法被提出，如固相反应法、水热法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法等。
其中，溶胶-凝胶法具有低成本、简单易实现、可控性强的优势，正在成为高温超导材料制备的研究热点。
2. 物理性质研究高温超导材料具有许多特殊的物理性质，例如前所未有的电子输运性质、磁性与电势及其相关性质等。
研究这些特殊性质有助于进一步理解高温超导材料的本质，同时也可以为高温超导材料的应用提供更深入的理论基础。
3. 应用研究高温超导材料的应用领域非常广泛，如输电线路、发电机、电磁轨道、量子计算机等。
当前，高温超导材料在大规模应用上尚存在诸多问题，例如制备成本、稳定性、工程难度等，这些问题也是未来研究的热点之一。
高温超导材料研究现状
高温超导材料研究现状近年来，高温超导材料研究取得了重大突破，成为材料科学领域的热点之一。
高温超导材料是指在相对较高的温度下表现出超导性质的材料，其发现和研究对于能源传输、磁场探测、电子器件等领域具有重要意义。
在过去，超导材料一般需要在极低的温度下才能表现出超导性质。
然而，这限制了超导材料在实际应用中的广泛应用。
因此，科学家们一直在寻找能够在相对较高温度下实现超导的材料。
1986年，被誉为“高温超导之父”的杨振宁和其合作者发现了第一个高温超导材料，即氧化铜钇镍铜氧（YBa2Cu3O7）。
这一发现引发了高温超导材料领域的研究热潮。
之后，科学家们陆续发现了其他类似的高温超导材料，如铋钡钡钇铜氧（Bi2Sr2CaCu2O8）和铁基超导体等。
高温超导材料的研究进展主要集中在以下几个方面。
科学家们致力于寻找更高的超导转变温度。
目前已经发现的高温超导材料的转变温度最高可达到-140摄氏度左右，但仍然远低于室温。
因此，提高超导转变温度成为研究的重点。
为此，科学家们通过合成新的化合物、调控材料结构和掺杂等方法来寻找更高转变温度的材料。
科学家们研究高温超导材料的超导机制。
高温超导材料的超导机制与传统的低温超导材料存在差异，因此需要进行深入研究。
已有的理论模型包括BCS理论、强关联电子理论和费米液体理论等。
通过研究超导机制，可以更好地理解高温超导的物理本质，为材料的设计和合成提供理论指导。
第三，科学家们尝试将高温超导材料应用于实际应用中。
高温超导材料具有低电阻、高电流密度等优异性能，可以广泛应用于能源传输、磁场探测、电子器件等领域。
例如，高温超导材料可以用于制造高性能超导电缆，提高能源传输的效率；还可以用于制造超导磁体，用于磁共振成像等领域；此外，高温超导材料还可以用于制造超导电子器件，如超导转换器和超导量子比特等。
高温超导材料的研究还面临一些挑战。
首先，高温超导材料的制备过程复杂，需要严格控制化学合成和材料结构。
其次，高温超导材料的转变温度仍然较低，限制了其在实际应用中的广泛使用。
高温超导材料的应用与研究进展
高温超导材料的应用与研究进展目录一、引言二、高温超导材料的定义与特点三、高温超导材料的应用领域3.1 能源领域3.2 电子领域3.3 医疗领域3.4 航天航空领域四、高温超导材料的研究进展4.1 新型高温超导材料的发现4.2 实验方法与测试技术的改进4.3 理论模型的完善与计算模拟五、结论六、参考文献一、引言高温超导材料是一种具有特殊电学性质的物质，能在相对较高的温度下表现出超导特性。
自1986年La-Ba-Cu-O超导材料的发现以来，高温超导材料引起了科学界的广泛关注，并在各个领域的应用与研究中取得了显著进展。
本文将重点介绍高温超导材料的定义与特点，以及其在能源、电子、医疗和航天航空领域的应用，同时也对高温超导材料的研究进展进行概述。
二、高温超导材料的定义与特点高温超导材料是指能在相对较高温度下（超过液氮沸点77K）显示出零电阻特性的材料。
与传统低温超导材料相比，高温超导材料更容易制备和操作，也更适合于实际应用。
其特点主要表现在以下两个方面：1. 高临界温度：高温超导材料的超导转变温度通常在液氮温度以下，最高可达到约138K-165K之间。
相对于低温超导材料需要极低温度的要求，高温超导材料的临界温度大幅度提高，使得超导材料能在常见的液氮温度下运行，从而降低了制冷成本。
2. 复杂的晶体结构：高温超导材料一般由复杂的晶格结构构成，其中包含着各种结构单位，如Cu-O层、Bi-O层等。
这种复杂的晶体结构是高温超导特性的基础，也给高温超导材料的制备和研究带来了一定的挑战。
三、高温超导材料的应用领域3.1 能源领域能源是全球发展的基础和重要支撑，而高温超导材料在能源领域的应用有着巨大潜力。
例如，高温超导材料可以应用于电力输配系统中，通过提高电缆的导电率和传输效率，减少电能损失。
此外，高温超导材料还可以用于发电设备的制造，提高发电效率和稳定性。
3.2 电子领域在电子领域，高温超导材料有望应用于高速电子器件。
高温超导材料的研究进展前沿科研论文解读
高温超导材料的研究进展前沿科研论文解读超导材料是一类在极低温下表现出电阻为零的特殊材料。
长期以来，科学家们一直在寻找一种能够在高温下实现超导的材料。
这是因为高温超导材料具有适用范围广、成本低廉等优势。
最近，一篇名为《高温超导材料的研究进展》的科研论文在该领域引起了广泛关注。
本文将对这篇论文进行解读，侧重探讨其中的新发现和前沿科研进展。
首先，该论文介绍了高温超导材料的背景和现状。
在这个部分，论文指出了传统超导材料的局限性，如低温要求和高昂的制冷成本。
这推动了科学家们积极寻找新型的高温超导材料。
随后，论文详细解读了一些在这一领域取得的重要突破。
其次，论文重点介绍了一种新型高温超导材料的研究成果。
该材料基于铜氧化物，并通过掺入其他元素来改变其结构和性能。
通过实验和理论计算，研究团队发现这种材料在高温下能够表现出超导的特性，并成功阐释了其超导机制。
这一发现为高温超导技术的应用提供了新的方向。
进一步，论文对其他几个具有潜力的高温超导材料进行了解读。
其中，一种基于铁的超导材料被认为具有较高的超导转变温度和较好的电流传输性能。
论文详细介绍了这种材料的结构特点和关键性质，并对其制备方法进行了讨论。
此外，还介绍了一种基于镁的高温超导材料和一种基于二硫化钴的高温超导材料。
这些材料的研究成果使得高温超导技术的应用领域更加广泛。
在论文的后半部分，作者讨论了高温超导材料的应用前景。
他们认为高温超导技术将在电力输送、磁共振成像和能源存储等领域得到广泛应用。
尤其是在电力输送方面，高温超导材料的使用可以显著减少输电损耗，提高电网可靠性。
总的来说，这篇科研论文对高温超导材料的研究进展进行了详尽解读。
通过介绍了一种基于铜氧化物的高温超导材料以及其他几种有潜力的候选材料，论文彰显了高温超导技术的巨大潜力和应用前景。
科学家们对高温超导材料的研究努力不断推动着这一领域的发展，相信在不久的将来，高温超导技术将得到更加广泛的应用。
高温超导材料研究现状与未来发展趋势
高温超导材料研究现状与未来发展趋势引言高温超导材料是指能在较高温度下表现出超导特性的物质。
自从1986年首次发现铜氧化物系统具有高温超导特性以来，高温超导材料的研究引起了全球科学界的广泛关注。
高温超导材料具有低电阻、大电流传输能力和巨大的应用潜力，对能源传输、医疗诊断、电子设备和磁学研究等领域具有重要意义。
本文将详细探讨高温超导材料研究的现状以及未来发展趋势。
一、高温超导材料的研究现状迄今为止，高温超导材料的研究已取得了许多重要的成果。
铜氧化物超导体是高温超导材料的先驱，如YBa2Cu3O7和Bi2Sr2Ca2Cu3O10等化合物，具有较高的临界温度（Tc）。
它们的发现打破了人们对超导材料只能在极低温度下才能发挥作用的传统认知。
然而，铜氧化物超导体存在一些限制性问题。
首先，它们的合成方法复杂且昂贵，限制了规模化生产的可能性。
其次，这些材料的晶体结构和化学成分对其超导性能具有较大影响，难以找到一种通用的方法来设计和合成高温超导材料。
此外，这种类型的超导体通常在液氮温度下才能发挥较好的超导性能，这仍然对实际应用造成了一定局限性。
为了克服上述问题，研究人员正在积极寻找新的高温超导材料。
在过去的二十多年里，许多新的高温超导材料相继被发现，如铁基超导体、碲化铜等。
这些新型材料具有更高的临界温度和更好的超导性能，给高温超导材料研究带来了新的希望。
二、高温超导材料的未来发展趋势在未来的发展中，高温超导材料研究将朝着以下几个方向发展：1. 理论研究的深入：深入理解高温超导机制是推动材料研究和设计的关键。
理论模型的发展将帮助揭示超导过程中的物理现象，并推动新材料的发现。
2. 新材料的发现与设计：通过理论指导和高通量实验技术，研究人员将继续探索新型高温超导材料。
此外，将开发新的材料设计策略，如人工智能和机器学习，以加快新型材料的发现和合成。
3. 优化材料性能：通过改变材料的晶体结构、控制材料的缺陷结构和化学配比，提高高温超导材料的超导性能。
高温超导体研究进展与关键问题讨论
高温超导体研究进展与关键问题讨论引言：高温超导体是近年来材料科学领域的热门研究方向之一，其具有在较高温度下实现超导电性的特点，为能源输送、磁共振成像等领域的应用提供了巨大的潜力。
本文将探讨高温超导体的研究进展，并讨论当前面临的关键问题。
一、高温超导体的研究进展1. 发现YBa2Cu3O7超导体1986年，IBM公司的科学家在Yttrium钇和Barium钡的氧化物中引入铜，首次在相对较高温度（92K）下实现了超导电性。
这一突破引发了对高温超导体研究的热潮。
2. 高温超导机制在分子束外延和角度旋转磁控溅射等技术的发展下，研究人员成功合成了一系列高温超导体。
对这些材料的研究表明，高温超导机制与传统的BCS（Bardeen-Cooper-Schrieffer）理论不同，主要和电子-声子相互作用以及电荷密度波等因素有关。
3. 新型高温超导材料的开发基于高温超导材料的研究，科学家们不断探索新型材料，旨在进一步提高超导转变温度和超导电流密度。
铜基、铜氧化物基、铁基、镍基等各类高温超导材料的研究不断取得突破，丰富了高温超导材料的系列。
二、关键问题的讨论1. 转变温度的提高高温超导体的转变温度一直是研究者关注的焦点。
当前的高温超导体在液氮温度（77K）下达到超导转变，这限制了其应用领域。
如何进一步提升高温超导体的转变温度，实现更高温度下的超导电性，是当前的关键问题之一。
2. 电流密度的增加高温超导体的应用往往需要承受较高的电流密度，例如用于能源输送和磁共振成像。
然而，当前高温超导体的临界电流密度较低。
因此，研究人员需要探索新的制备方法和材料结构，以提高高温超导体的临界电流密度，从而适应实际应用需求。
3. 材料的制备和完整性高温超导体的制备过程非常复杂，且对材料的完整性要求极高。
一些高温超导体的制备方法仍然存在技术难题，例如氧化时间控制、压力条件调控等方面。
此外，材料的晶体结构和缺陷对其电学性能也具有重要影响。
如何优化制备工艺，并改进材料的完整性，是当前需要解决的重要问题。
高温超导材料的结构和性能研究
高温超导材料的结构和性能研究高温超导材料是指在相对较高的温度下发生超导现象的材料。
虽然高温超导材料的发现已经有一段时间了，但研究人员对其结构和性能的研究仍在不断深入。
本文将探讨高温超导材料的结构和性能研究的进展。
一、高温超导材料的发现高温超导材料的发现可以追溯到1986年，当时IBM研究员Bednorz和Müller发现了一种由铜氧化物、钇和铈组成的超导材料，其超导转变温度高达-108℃。
这一发现引起了科学界的广泛关注，随后又陆续发现了一系列高温超导材料。
二、高温超导材料的结构高温超导材料的结构复杂，常见结构包括层状结构、突触结构以及四面体配位结构等。
其中，最早发现的铜氧化物超导体的结构是具有层状结构的，即铜-氧层和稀土-氧层交替堆积。
这种结构中，铜氧层所承载的电荷载流子起到了超导的关键作用，而稀土离子则提供了电子与它们之间的相互作用。
三、高温超导材料的性能高温超导材料具有一些独特的性能，在超导技术和物理学中有广泛的应用。
比如，高温超导体的超导电性能稳定，可以在强电场下稳定地传输电流，与常规超导体不同。
此外，高温超导材料的热电性质也与常规超导材料不同，它们通常具有相当大的热电优势和热电敏感性，可以用于很多电磁传感器的制备。
四、高温超导材料的研究进展高温超导材料的研究已经有数十年的时间，研究者们对其结构和性能有了很深入的研究，并且取得了一些重要的结果。
其中，最重要的研究成果之一是高温超导材料的临界电流密度。
临界电流密度是指超导电流密度达到一定数值时，超导状态开始破裂的电流密度。
对于高温超导材料来说，临界电流密度是评价其性能的一个重要指标，因为高临界电流密度意味着该超导材料可以传输更大的电流。
在最近的研究中，研究者们发现，高温超导材料中的电流传输主要发生在材料中的晶粒界面处，因此，优化晶界结构成为提高临界电流密度的有效途径。
此外，研究者们还发现高温超导材料中的磁通体系对其性能也发挥了很重要的作用。
高温超导材料的研究现状与发展趋势
高温超导材料的研究现状与发展趋势高温超导材料是指在零下196度以上的温度下能够表现出超导现象的一类材料。
相比低温超导材料，高温超导材料不需要使用极低的温度，从而更加容易使用和操作。
同时，由于高温超导材料的电阻极低，因此也具有广泛的实际应用前景。
本文将介绍高温超导材料的研究现状和发展趋势。
一、高温超导材料的发现和研究历史高温超导材料的历史可以追溯到20世纪80年代。
1986年，首次发现了第一种高温超导材料——YBa2Cu3O7，其超导转变温度达到了92K，足以比低温超导材料更加实用。
之后，又陆续发现了其他高温超导材料，如Bi2Sr2CaCu2O8、Tl2Ba2CuO6等，这些材料的超导转变温度更高，甚至达到了135K。
这些高温超导材料的发现引起了人们的广泛关注。
研究者们探究了这些材料的化学结构和物理特性，以期能够深入理解其超导机理。
他们发现，在这些材料中，超导是由一种称为“库珀对”（Cooper pair）的电子对束缚而成的。
另外，高温超导材料还表现出了一种称为“假体邦”（pseudogap）的现象，即在临界温度以下却无法完全形成超导状态。
这些研究为高温超导材料的进一步理解和实际应用奠定了基础。
二、高温超导材料的物理特性和实际应用高温超导材料的一个重要特性是它们的电阻极低，能够带来很多实际应用。
例如，高温超导材料可以用于制造高度敏感的磁传感器，这些传感器可以检测很小的磁场变化，从而有助于地球物理和医学研究。
此外，高温超导材料还可用于制造高速、高效的电缆和传输线路，提高了电力传输的效率。
另外，高温超导材料的磁性具有很多实际应用。
例如，高温超导材料可以用于制造超导磁体，这些磁体可以产生极强的磁场，用于磁共振成像（MRI）和核聚变等研究。
此外，高温超导材料的磁性还可用于制造磁悬浮列车等高速交通工具，提高交通效率。
三、高温超导材料的研究进展自1986年发现第一种高温超导材料以来，研究者们一直在探究如何提高高温超导材料的超导转变温度，以推动其更广泛地应用。
高温超导材料的研究进展
高温超导材料的研究进展引言高温超导材料是当温度低于某个临界温度时，电阻突然降为零的材料。
自从1986年首次发现高温超导现象以来，科学家们对于高温超导材料的研究一直处于不断深入的阶段。
本文将介绍高温超导材料的研究进展，包括材料的发现、性质的解释以及应用的前景。
第一部分高温超导材料的发现高温超导材料的发现是超导领域的一大突破。
传统的超导材料只能在极低温度下才能实现超导状态，而高温超导材料则能在相对较高的温度下实现超导。
1986年，瑞士IBM实验室的科学家们在一种铜氧化物中发现了高温超导现象，这一发现引起了广泛的关注和研究。
随后，人们又陆续在其他铜氧化物、铁基超导体和钴基超导体中发现了高温超导现象。
这些发现为高温超导材料的研究奠定了基础。
第二部分高温超导材料的性质解释高温超导材料的性质解释是研究的重点之一。
在传统超导理论中，超导电性是由电子与晶格振动相互作用导致的。
然而，高温超导材料的超导机制与传统超导材料有所不同。
通过实验和理论研究，科学家们发现高温超导材料中的超导机制可能与电子之间的强关联效应有关。
这种强关联效应使得电子在材料中形成一种“电子液体”，从而导致电阻为零。
此外，研究还发现，高温超导材料中的电子自旋也起到了重要的作用。
这些性质解释为高温超导材料的研究提供了理论基础。
第三部分高温超导材料的应用前景高温超导材料具有很大的应用潜力。
首先，高温超导材料可以应用于能源传输领域。
由于高温超导材料的电阻为零，可以大大提高能源传输的效率。
此外，高温超导材料还可以应用于磁共振成像和磁力传感器等领域。
其次，高温超导材料还可以应用于电子器件的制造。
由于高温超导材料具有低电阻和高电流密度的特点，可以用于制造高性能的超导电子器件，如超导电子器件和超导量子比特。
最后，高温超导材料还可以应用于材料科学领域。
通过研究高温超导材料的性质和结构，可以为材料科学的发展提供新的思路和方法。
结论高温超导材料的研究进展为科学界带来了新的突破和发展。
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Advances on ultra 2h igh tem pera ture ma ter ia ls HAN J ie2cai, HU Ping, ZHANG Xing2hong, M ENG Song2 he / /Center for Composite M aterials, Harbin Institute of Technolo2
temperature materials such as refractory metals, ceram ic matrix composites and carbon / carbon composites were summarized. The existing p roblem s were analyzed, and the research tendency in the future was put forward.
在所有难熔金属中 ,铼 ( Re) 具有独特的性能组 合 ,是高温强度 、耐磨 、耐蚀应用环境中极有前途的候 选材料 。Re (熔点为 3 180℃)具有在低于室温下由延 展性至脆性的转变温度 ,与其它耐火金属相比 ,随温度 升高 ,铼具有最高的抗拉强度和抗蠕变断裂强度 。铼 在室温下延展率为 5% ,抗拉强度为 1 170M Pa,温度升 至 2 700℃时抗拉强度降为 50M Pa [ 23～25 ] 。铼的主要 缺点是成本高 、密度大 ( 21g / cm3 ) 、机械加工性能差及 在升温时较低的抗氧化性 [ 25 ] 。可通过加铱 ( Ir)保护 层来提高铼的抗氧化性 [ 26 ] 。铱在 2 100℃高温下具有 低氧渗透率 ,熔点下的蒸气压非常低 ,在 2 200℃时抗 氧化性仍很好 ,氧化挥发速率很低 [ 9, 27 ] 。由 CVD 法制 得的涂有铱的铼质火箭助推器在 2 200℃的高温下测 得 105 热循环次数 ,与现用的涂有硅化物的铌质助推 器相比 ,可将许可温度提高至 2 204℃,从而极大地提 高了热幅度 [ 28, 29 ] 。 Ir2Re层状材料已在火箭发动机环 境中进行测试 ,其使用温度超过 2 200℃,测试结果良 好 。2 350℃为 Ir2Re材料的使用上限 ,在此温度以上 , 材料损失率将成为一个关键因素 [ 30～32 ] 。美国的 U ltra2 m e t公司采 用 化 学 气 相 沉 积 法 制 备 了 几 乎 不 烧 蚀 的 Re / Ir/C2C超高温复合材料用于发动机推进室 ,用铱 作推进室的内壁 ,研究发现沉积 50～250μm 厚的铱薄 膜在高温下抗氧化性极强 , 这种 Ir/Re 结构 能够 在 2 200℃下延 长 10 ～ 20 s。因 为 Re 的 密 度 太 高 ( 21 g / cm3 ) ,所以外壁加了 C /C 复合材料 , Ir与 C /C 复合 材料用 0. 025～0. 050mm 的 Re层连接 ,性能相当但平 均密度减少到 3. 0g / cm3 以下 。
摘要 :先进的超高温材料具有独特的综合性能 ,能够适应高超 音速长时飞行 、大气层再入 、跨大气层飞行和火箭推进系统等 极端环境 。综述了难熔金属 、陶瓷基复合材料及炭 2炭复合材 料等超高温材料的研究和应用现状 ,分析了目前存在的问题 , 提出了今后的研究方向 。 关键词 :超高温材料 ;难熔金属 ;陶瓷基复合材料 ;炭 2炭复合材 料 中图分类号 : TB35 文献标识码 : A
使用的候选材料 [ 4～9 ] 。 目前使用的超高温材料有难熔金属 、C /C复合材
料和 SiC基复合材料 ,如 C2SiC和 SiC2SiC[ 10～14 ] 。C /C 复合材料的高温结构性能优异 ,但抗氧化性差 ,而且 SiC基复合材料的使用温度只能达到 1 600℃。超高 温陶瓷基复合材料是未来超高温领域最有前途的材 料 ,已研制的有 Zr ( Hf) B2 2SiC,但还不成熟 。因此 ,研 发满足未来高超音速热防护系统要求的材料是极其重 要的 。
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此外 ,铼与其它难熔金属和陶瓷具有很好的相容 性 (如 ThO2 、HfO2、HfC、NbC、TaC 和 ZrC 等 ) ,通过铼 与其它难熔金属和陶瓷组分的合理设计 ,可以使铼的 强度 、抗蠕变性 、抗环境因素能力得以极大的改善与提 高 ,这是未来研究的主要方向 。 2. 2 陶瓷基复合材料
Rosenstein采用快速凝固工艺获得了含 B 或 N 的 过饱和 Nb基难熔合金 ,通过后续热处理析出纳米颗 粒来阻碍位错运动而达到强化目的 。实验研究表明 , 在温度达到 2 200℃时 , Nb 基合金仍保持良好的性 能 [ 19 ] 。Nb 基 难 熔 合 金 已 用 于 小 型 液 体 火 箭 发 动
难熔碳化物的氧化过程是氧气向内扩散或金属离 子向外扩散 ,以及气态或液态的 (在相对低温下 )副产 品通过氧化物层向外扩散的综合过程 。因此 ,碳化物 的抗氧化性主要受氧化过程中气态副产品的形成与逸 散的影响 ,如 CO 和 CO2。研究人员指出 , HfC、ZrC 和 TaC可轻易地将大量氧气吸收进晶格中 ,这表明 HfC、 ZrC和 TaC的氧化过程包括非无效吸收和初步氧气扩 散进晶格 。通常在高温下形成的氧化区至少包括 2个 特殊层 ;一个是含极少空隙的内部氧化层 ,另一个为多 孔的外 部氧 化层 [ 35 ] 。Bargeron 等人 指出 , 在 氧化 的 HfC膜中 ,外部多孔 HfO2 层与晶格中含有未溶氧气的 残余碳化物之间存在一层氧化物夹层 ( HfO2 XCY ) ,比 HfO2 层或碳化物层具有更好的抗氧气扩散能力 ,并提 出了各种描述难熔碳化物和硼化物的扩散模型 [ 36 ] 。 Holcomb提出了用一种逆流气态扩散模型来描述 HfC 的氧化行为 , Bargeron等人在移动边界扩散的理论基 础上提出了 HfC的氧化模型 [ 37, 38 ] 。
Key words: ultra2high temperature materials (UHTM s) ; refracto2 ry metals; ceram ic composites; carbon2carbon composites
1 引言
超高温材料具有高温强度和高温抗氧化性 ,能够 适应超高音速长时飞行 、大气层再入 、跨大气层飞行和 火箭推进系统等极端环境 ,可用于飞行器鼻锥 、机翼前 缘 、发动机热端等各种关键部位或部件 [ 1～3 ] 。超高温 材料主要有由高熔点硼化物 、碳化物及氧化物组成的 多元复合超高温陶瓷材料体系 、难熔金属和抗氧化 、抗 烧蚀的改性 C /C复合材料 。过渡族金属化合物 TaC、 ZrB2 、ZrC、HfB2 、HfC等熔点都超过 3 000℃,这些化合 物优良的热化学稳定性使得它们能够作为极端环境下
gy, Harbin 150001, China.
Abstract: The advanced ultra2high temperature materials (UHT2 M s) w ith some unique comp rehensive p roperties can be used in ex2 treme environments, such as the supersonic flight for a long time, re2 entry flight and crossover flight of aerosphere, and rocket p ropul2 sion. The p resent status of research and app lication of ultra2high
2 超高温材料研究及应用
2. 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 [ 15 ] 。
在难熔金属中 ,钨的熔点最高 ,具有较好的抗氧化 性和良好的抗热震性 ,以及很好的抗烧损和抗冲刷能 力 ,常用作发动机喉衬 ,美国还将其用于北极星 A21、 A22和民兵 Ⅰ～ Ⅲ型等导弹的燃气舵 ,但其高密度 (19. 3g / cm3 )不利于其在航空航天领域的广泛应用 。 为了减轻纯钨高温结构材料的重量 ,可在钨中添加碳 化物颗粒 (如 ZrC和 TiC颗粒 ) ,并能显著提高其力学 性能 和 抗 烧 蚀 性 能 , 其 室 温 断 裂 韧 性 值 高 达 10. 5M Pa·m1 /2 , 1 000℃的抗弯强度达到 829M Pa, 质 量烧蚀率和线烧蚀率都降低 2 倍以上 [ 16～18 ] 。这类钨 基复合材料都具有优异的高温力学性能 ,其高温抗弯 强度随温度的升高而增大 ,克服了一般难熔钨基合金 的强度随温度升高而明显降低的缺点 。
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 2 000℃以上可用的候选材 料 [ 1～9 ] ,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 [ 4, 33 ] , 是未来超高温领域最有前途的材料 。 2. 2. 1 碳化物陶瓷基复合材料