半岛体育张立同，航空航天质料专家，中国工程院院士。国度科技宏大专项根本咨询论证专家组质料组组长、国度天然科学基金委工程与质料学部专家评审构成员。她从事航空航天高温质料身手及其运用咨询，管理了国度急需的一系列宏大闭头身手，获得多项开创性成就，使我国高温陶瓷基复合质料的咨询与运用秤谌进入国际前哨，率领团队得到国度身手出现奖一等奖1项、二等奖2项。她珍视辅导团队的更始认识与精诚协作，指点的超高温布局复合质料团队是首批教养部更始团队和首批国防科技工业优良科技更始团队，2018年获国防科技更始团队奖。

　　质料更始是工业革命的一大基石，卫星上天、太空寻觅，一次次凯旋的背后都有一种奇特的质料正在寂然撑持，它便是陶瓷基复合质料，也被称为“摔不碎的陶瓷”。古板陶瓷是以黏土等为苛重原料烧结而成，苛重因素是硅酸盐化合物，像咱们糊口中常见的碗、盘、卫生洁具、瓷砖等等，都属于古板陶瓷。不过，古板陶瓷有一个致命的舛误，那便是脆，很容易粉碎。而“摔不碎的陶瓷”则是以陶瓷为基体，用干系高机能陶瓷纤维举动加强体复合而成，拥有耐高温、寿命长、重量轻、强韧性和抗氧化等优异机能，是航空航天、核电等前沿科技规模的明星质料。20世纪七八十年代，这种奇特陶瓷质料只要法国、美国等少数国度有技能造备，其中央身手更是正经保密。为了急起直追，知足国度宏大计谋工业需求，我国科学家通过多年煞费苦心，使我国的陶瓷基复合质料身手从无到有，不竭冲破。

　　20世纪往后，航空发起机上应用的叶片是以镍为主的高温合金，这种质料不但价值腾贵，并且温度到了1100摄氏度就抵达极限值了陶瓷，寻找更适应的代替质料就成为鼓励航空发起机行业进一步进展的势必采用。“推重比”是量度发起机机能的一个要紧目标，平凡地讲，便是飞机发起机推力与发起机重力的比值，“推重比”越大，飞机动力就越强劲。而提升涡轮进步口温度，则可能晋升航空发起机的“推重比”并下降燃料打发。20世纪70年代，法国波尔多大学的纳兰教养起首咨询出来一种陆续纤维加强的碳化硅陶瓷基复合质料。陶瓷基复合质料因其耐高温、强度高、密度低、拥有优秀的抗氧化和耐腐化机能，从而成为接替航空发起机中高温合金的要紧质料之一。

　　陶瓷基复合质料，它跟金属质料比拟有什么特征呢？它比金属更耐高温。好比说航空发起机用的叶片，它是用镍基高温合金，这种质料很贵，不过它最多只可用到1100摄氏度，假如说推重比再添补，它就没有上风了。这种质料又重，耐温又低，而陶瓷基复合质料最高可能用到1450摄氏度半岛体育，另有极少可能用到1650摄氏度，起码能比镍基高温合金提升300摄氏度以上。陶瓷基复合质料又轻又耐高温，和金属比拟它就更有进展潜力。于是，正在航空发起机上便是要进展陆续纤维加强的碳化硅陶瓷基复合质料。发起机轻了，并且可能秉承更高的温度，它的推重比就晋升了，发起机的机能随之提升了。

　　陶瓷基复合质料的“骨头”是什么呢？便是陶瓷纤维。如此的纤维咨询难度极大，美国用的依然日本的纤维，而我国事完整独立自帮研造中央质料，只要如此智力撑持我国陶瓷基复合质料的进展。咨询硅陶瓷基复合质料的特色，好比做一个杂乱的构件，若何做呢？假如是金属就把它焊起来或者是铆接起来，我国陶瓷复合质料目前可能焊接、铆接，还可能和金属贯串。铆焊是咱们团队出现的，这种身手可能用很简便的质料做出很杂乱的构件。咱们咨询的硅陶瓷基复合质料，也被称为“摔不碎的陶瓷”。2004年得到国度身手出现奖一等奖。陶瓷基复合质料的创始人纳兰教养默示：你们的进展太速了陶瓷，正在这个规模依然不行没有中国了。

　　航空航天对证料和材质的牢靠性哀求至极高。纵观人类探求太空的史册，不难展现，往往因一个幼零件材质浮现题目，就或许造成宏大灾难。1986年美国挑衅者号航天飞机正在升空不久后发作瓦解，航天员全面遇难。过后查明，这一事项便是由于安置正在航天飞机固体火箭帮推器上的密封圈窒碍所导致。2003年2月1日半岛体育，美国哥伦比亚号航天飞机正在着陆前坠毁，七名宇航员团体遇难，事项的考察结果让全部人感觉不料，隔热质料的零落和不抗氧化是导致这架航天飞机误事的苛重来源。这些惨恻事项的发作，都与航天飞机应用的部件质料直接干系。

　　而目前国际上航空航天规模更多是采用了这种被称为“摔不碎的陶瓷”的陶瓷基复合质料。这种质料正在航空航天规模有着隽拔的体现，卫星、深空探测器等要长远正在负180摄氏度到350摄氏度支配的处境中任务，须要既轻盈又能耐低温的材质。航空发起机、核能电站、飞机的刹车盘等，则须要能耐1650摄氏度支配温度并且或许任务数百乃至数千幼时、寿命更长的材质。液体火箭发起机、冲压发起机、空天飞翔器热防护体例等任务处境正在2000摄氏度支配，并且须要能陆续任务数异常钟至数幼时。“摔不碎的陶瓷”因其拥有耐高温，强度高、重量轻，优秀的抗氧化和耐腐化机能，从约莫负180摄氏度到约莫2000摄氏度的温度领域，它都能秉承并阐发效力，是以成为航空航天规模炙手可热的要紧质料和构件。那这种质料正在我国卫星运转、深空探测、飞翔器等规模有哪些实践运用呢？又阐发着怎么举足轻重的效力呢？

　　陶瓷基复合质料处于全体质料金字塔的尖端，金字塔的体式便是越往底下量越大、身手含量越低，越往上面量越少、身手含量越高。陶瓷基复合质料，它是属于质料金字塔顶尖区域的一种质料，由于它的运用潜力至极大。

　　陶瓷基复合质料正在航空航天方面运用平常，1986年我国启动了“863方针”，当时就要做可反复应用的空天飞翔器。这种飞翔器的头锥和机翼前缘，都是用碳化硅陶瓷基复合质料做的。此表正在高贵声速飞翔器上，陶瓷基复合质料也是不成短少的。襟翼是把握飞机上下走的，长度大意有1.6米。咱们查了海表的材料，咱们的襟翼重量只是他们创造重量的60%，既轻又承力强。正在高贵声速飞翔器上，如此一种进步质料有着平常的运用远景。我国独创的超燃冲压发起机，它的运用条款很苛刻，要抵达1600摄氏度到1800摄氏度，任务韶华便是1600秒，也是用碳化硅复合质料创造的。

　　构成卫星的全体布局叫光机布局，光机布局里边有许多镜筒，另有其他构件，镜筒要或许抗超低温，金属抗零下180摄氏度不或许，不过陶瓷能抗零下180摄氏度低温。并且比钛合金还减重了40%，是以正在卫星上面运用的潜力也至极大。

　　不过陶瓷基复合质料正在航空发起机上面的运用，我国和国际进步秤谌依然有差异的。美国通用电气公司，针对航空发起机正在高压涡轮、喷嘴和叶片都用了陶瓷基复合质料，现正在依然抵达工业化的秤谌。不过他们用的纤维都是日本的纤维，而咱们用的都是自帮研发的纤维，正在这一点上咱们又是有上风的。

　　跟着身手不竭先进，陶瓷基复合质料已成为航空发起机中不成或缺的要紧质料，需求也不竭上升。据干系部分预测，到2023年航空发起机墟市对陶瓷基复合质料的需求将递增10倍。目前，国表里不少科技任务家正将陶瓷基复合质料推向民用墟市，需求会进一步放大。那么，除了正在航空航天规模，咱们可能再看看，陶瓷基复合质料正在核能开辟中有着怎么的实践运用呢？日本福岛核事项给人们带来了怎么的重痛教训和科学警示呢？

　　日本福岛核事项发作的来源便是用锆合金做的核包壳管，它正在压水堆上运用，温度上去今后，高温遇水发作氢气燃烧就发作了爆炸。其后国际上就进展用陆续碳化硅纤维加强碳化硅陶瓷基复合质料来做核包壳管。这种直径10毫米，长4米，壁厚1毫米支配的管子做起来很难，国内极少厂家负担了这项职责。4米是很长的，它哀求很直又不行变形，并且致密性还要好，由于里边要装核燃料。现正在国际上的趋向便是进展陶瓷基复合质料来做核包壳管。

　　刹车盘质料的新采用。正本是用碳碳（碳纤维加强碳基复合质料）举动刹车片，碳碳刹车片存正在什么题目呢？它的静摩擦系数比拟低，湿态的衰减就大，其后咱们就进展碳陶（碳纤维加强碳化硅陶瓷基复合质料）来代庖了碳碳。现正在飞机和有些地面车辆的刹车盘便是用碳纤维加强碳化硅来做的。刹车盘用量很大，本钱必定要低，咱们进展出了本钱比拟低、结果比拟高的造备本事。

　　从质料到工程化到工业化的运用，这里边得益于产学研的一个链条。上文提到的许多构件都是通过实践室做根性子料咨询，然后到国度工程中央做转化，成为构件，结果再到企业去批量分娩。于是产学研这个链条撑持了陶瓷基复合质料向高秤谌陆续进展，这短长常要紧的。

　　陶瓷基复合质料是要紧的高新身手质料，它的运用正在必定水平上可能反应出国度航空航天等高科技工业的进展秤谌。它正在研发、分娩工艺、资金加入等方面拥有高壁垒性，而进展耐2000摄氏度以上乃至更高温的超高温陶瓷基复合质料以及进一步下降本钱、提升分娩结果，这些都是咱们进一步致力的目标。工业化的陶瓷基复合质料，看待激动我国交通运输、新型能源、冶金、化工、死板成立等行业的身手先进都将发作深远的影响。陶瓷基复合质料来日正在高铁、重型卡车以及家用轿车等交通规模有着怎么的运用远景？

　　用做重型卡车的刹车盘。重型卡车下雨天刹不住车，由于刹车盘用的是金属盘子，便是粉末冶金的盘子，湿态时它衰减大。假如重型卡车用碳陶刹车盘，湿态和干态是相似的，就能提升它的安祥性。不过现正在碳陶刹车盘本钱还很腾贵，若何下降本钱又保障机能，这是咱们以来致力的目标。

　　用做高铁、地铁的刹车盘。高铁现正在用的依然金属的刹车盘半岛体育，比拟重，假如用了碳陶刹车盘，那就轻多了。高铁变轻了今后，载客量、载货量都可能提升，并且碳陶刹车盘耐磨性好，又耐高温。今后高铁、动车碳陶刹车盘都可能进展，咱们正正在咨询，也跟干系部分正在协作。地铁也是相似，用了碳陶刹车盘今后，它安然性也更好了，并且载重也可能提升。

　　用做高等轿车的刹车盘。正在欧洲高等轿车也用到了碳陶刹车盘，不过，价值很贵，每副盘子要300欧元。这属于潜正在墟市，今后会渐渐进展。怎么能下降本钱保障质料，正在我国轿车规模尽速地用上碳陶刹车盘，这也是咱们斗争的标的。

　　用做舰船燃气轮机的部件。陶瓷基复合质料正在舰船上也有潜力，这方面的任务咱们都正在实行。陶瓷基复合质料可能用做舰船防腐化部件，由于它是耐腐化的。正在舰船和海水直接接触的极少部位，假如用上陶瓷基复合质料的话，对舰船的牢靠性和轻量化，是有鼓励效力的。

　　我国自帮研发的纤维加强陶瓷基复合质料及其构件造备身手和陆续碳化硅纤维和氮化硅纤维等纤维质料的造备身手，通过产学研勾结酿成了工业范围，可能知足我国各式构件的造备需求，有力声援了我国新型航空航天器和核能等规模配备的更始进展。陶瓷基复合质料构件的智能策画与造备身手是优化策画和下降本钱成立构件的根本，应当强化咨询和核心进展。半岛体育院士张立同：揭开“摔不碎的陶瓷”的奥秘面纱