中國粉體網訊 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、耐熱材料，一直用于航天飛機和超音速飛機的部件。 然而，在高溫環境下，抗氧化性低，應用有限是一個挑戰。 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，即使在超高溫環境中也不會變質，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。 研究還發現，復合材料表面產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。 如果這些材料能夠實際使用，超高速客機將實現，我們的生活將更加豐富。
（中國粉體網編輯整理/空青）
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