中國粉體網(wǎng)訊  2022年11月17日，東京理科大學宣布,，由該大學工程研究生院領導的一個研究小組開發(fā)了一種基于鋯（Zr）和鈦（Ti）合金的碳纖維增強超高溫陶瓷復合材料（C/UHTCMC）,，經(jīng)表征后,，確認其可承受2000°C以上的超高溫。該研究成果于2022年10月27日在線刊登在國際學術雜志《Journalof Materials Science》上,。

研究背景

碳纖維增強碳復合材料（C/C復合材料）作為輕質(zhì),、耐熱材料，一直用于航天飛機和超音速飛機的部件,。 然而,，在高溫環(huán)境下，抗氧化性低,，應用有限是一個挑戰(zhàn),。 超高溫陶瓷 （UHTC） 和碳化硅復合材料 （ZrB）₂-SiC、ZrC-SiC,、ZrB₂-ZrC-SiC 等）在 1700°C 或更高的高溫下具有優(yōu)異的抗氧化性和耐熱性,。 然而，基于含硅化合物的復合材料在超高溫環(huán)境下由于共晶的形成和含有硅的化合物本身的氧化而顯著惡化,。

因此,，研究小組一直在研究這種新材料，即使在超高溫環(huán)境中也不會變質(zhì),，其目的在于評估其實用性，并專注于以Zr和Ti為主要成分的C/UHTCMC,。 然后,，對不同合金成分生產(chǎn)的三種C/UHTCMCs進行了電弧風洞試驗、表面分析和熱力學分析,，并對其進行了表征,。

電弧風洞試驗

研究結果

通過熔融浸漬法合成了三種C/UHTCMCs（Z20、Z36,、Z80）,，在三個不同的條件下進行電弧風洞測試。結果表明,，當復合材料中Zr含量增加時,，電弧風洞試驗后材料厚度增加，表面形成的氧化物的熔點也隨之增加,。 研究還發(fā)現(xiàn),，復合材料表面產(chǎn)生的液相流向外表面，進一步促進了復合材料的氧化,。 此外,，由于含有大量Zr的碳化物的氧化在熱力學上優(yōu)先于含有大量Ti的碳化物，因此,，在任何溫度條件下,，復合材料的降解都會得到抑制,。

然后，通過表面分析和熱力學分析對材料表面形成的氧化物進行了評價,。材料表面形成的Ti和Zr氧化物主要為TiO₂固體溶液,，ZrTiO₄固體溶液，ZrO₂固體溶液,，并表明這些可以抑制復合材料的進一步氧化,。 特別是，在Z80中,，ZrO高達2000°C₂在保持固體溶液和液相的同時,，在2600°C以上時，表面僅形成液相,，表面氧化物消失,。

結果表明，Z80在超高溫環(huán)境下減少量小,，抗氧化性強,，最適合耐熱材料。

關于本研究的結果,，領導這項研究的伊努埃教授說：“我們從事陶瓷及其復合材料的研究,，近年來，我們收到了多家重工制造商關于能夠承受2000°C以上超高溫的材料的咨詢,，我們開始從事這項研究,。 如果這些材料能夠?qū)嶋H使用，超高速客機將實現(xiàn),，我們的生活將更加豐富,。

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）

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