小材料的大夢想

朱敏

2021年10月16日，我國成功發射“神舟十三號”載人飛船，翟志剛、王亞平、葉光富3名航天員向太空進發，首次將在太空中駐扎半年之久，這足以證明我國空間站的太空駐留能力已經是世界一流！

不知道同學們有沒有過這樣的疑問：載人飛船是用什么做的？為什么可以在嚴峻的真空條件和宇宙射線的輻照下長時間生存呢？這得歸功于“大功臣”——航天材料！今天，我們就一起去認識一下它們吧！

輕合金及超高強度鋼功能強

輕合金與合金是有區別的。航天器對輕合金的要求可是很高的！常見的航天材料輕合金包括鋁合金、鈦合金、鎂合金等，這幾種輕合金都有一些共同的本領：結構均勻、耐腐蝕性與耐熱性好、塑形性強、有利于壓力性加工等。這些特點對于航天器能夠適應真空環境作用重大！

說到鋼，同學們應該都不陌生，生活中隨處可見不銹鋼，那你們知道超高強度鋼嗎？

超高強度鋼相對于其他鋼材而言，對冶金質量要求更高，通常采用電弧爐和電渣重熔冶煉而成。純度高的鋼種，多采用真空感應爐或真空自耗電弧爐冶煉。中、低合金超高強度鋼在熱處理時應防止脫碳，馬氏體時效鋼和沉淀硬化不銹鋼可以用普通加熱爐固溶處理。

聽起來是不是感覺很復雜呢？沒錯！正是有了這些復雜的工藝技術，才保證了航天器能夠很好地適應超真空環境！

高溫金屬作用大

同學們認識哪些高溫金屬呢？有的同學可能想到了家里用的鐵鍋、高壓鍋等，這些我們自認為很耐高溫的金屬在航天器的高溫材料面前，就顯得很“脆弱”了！

常見的航天高溫材料有高溫鈦合金、鎳基高溫合金、金屬間化合物、難熔金屬及其合金。是不是光聽名字就覺得很厲害呢？

先進聚合物基復合材料顯本領

在先進聚合物基復合材料里，航天應用最廣泛的是連續玄武巖纖維材料。連續玄武巖纖維是一種無機纖維。它是用火山爆發冷凝形成的火山噴出巖（包括玄武巖、安山巖）為原料，無須任何添加劑，經高溫熔融后快速拉制而成的連續纖維。

它的力學性能優異：使用溫度為-269～700℃，拉伸強度為4840MPa，有穩定的化學性能（尤其抗堿）、突出的耐高溫性能、良好的介電性能。此外，它吸濕性弱，絕緣性好，絕熱隔音性能優異，透波性能良好。鑒于以上優點，連續玄武巖纖維被光榮地評選為“21世紀新型環保型纖維”。

先進金屬基及無機非金屬材料基復合材料頂呱呱

現代復合材料的使用具有很悠久的歷史，早在1942年，美國空軍就已經將較為成熟的現代復合材料用于制造飛機構件，即玻璃鋼，此項應用在提高玻璃纖維性能上有很大的發展。

碳基復合材料是航天領域中的“小能手”，它的應用最為廣泛。從光學顯微鏡尺度來看，碳碳復合材料由碳纖維、基體碳、碳纖維/基體碳界面層、纖維裂紋和孔隙四部分構成，有著熱膨脹系數低、導熱好、耐熱沖擊、抗蠕變等優異特性。

碳碳復合材料1986年首次用于發動機的燃燒噴管，其最顯赫的應用是制作宇宙飛船重返大氣層的尖錐。就高溫強度而言，碳碳復合材料是2000℃以上最強的材料。更可貴的是，溫度越高，其強度越高！

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