小材料的大梦想

朱敏

2021年10月16日，我国成功发射“神舟十三号”载人飞船，翟志刚、王亚平、叶光富3名航天员向太空进发，首次将在太空中驻扎半年之久，这足以证明我国空间站的太空驻留能力已经是世界一流！

不知道同学们有没有过这样的疑问：载人飞船是用什么做的？为什么可以在严峻的真空条件和宇宙射线的辐照下长时间生存呢？这得归功于“大功臣”——航天材料！今天，我们就一起去认识一下它们吧！

轻合金及超高强度钢功能强

轻合金与合金是有区别的。航天器对轻合金的要求可是很高的！常见的航天材料轻合金包括铝合金、钛合金、镁合金等，这几种轻合金都有一些共同的本领：结构均匀、耐腐蚀性与耐热性好、塑形性强、有利于压力性加工等。这些特点对于航天器能够适应真空环境作用重大！

说到钢，同学们应该都不陌生，生活中随处可见不锈钢，那你们知道超高强度钢吗？

超高强度钢相对于其他钢材而言，对冶金质量要求更高，通常采用电弧炉和电渣重熔冶炼而成。纯度高的钢种，多采用真空感应炉或真空自耗电弧炉冶炼。中、低合金超高强度钢在热处理时应防止脱碳，马氏体时效钢和沉淀硬化不锈钢可以用普通加热炉固溶处理。

听起来是不是感觉很复杂呢？没错！正是有了这些复杂的工艺技术，才保证了航天器能够很好地适应超真空环境！

高温金属作用大

同学们认识哪些高温金属呢？有的同学可能想到了家里用的铁锅、高压锅等，这些我们自认为很耐高温的金属在航天器的高温材料面前，就显得很“脆弱”了！

常见的航天高温材料有高温钛合金、镍基高温合金、金属间化合物、难熔金属及其合金。是不是光听名字就觉得很厉害呢？

先进聚合物基复合材料显本领

在先进聚合物基复合材料里，航天应用最广泛的是连续玄武岩纤维材料。连续玄武岩纤维是一种无机纤维。它是用火山爆发冷凝形成的火山喷出岩（包括玄武岩、安山岩）为原料，无须任何添加剂，经高温熔融后快速拉制而成的连续纤维。

它的力学性能优异：使用温度为-269～700℃，拉伸强度为4840MPa，有稳定的化学性能（尤其抗碱）、突出的耐高温性能、良好的介电性能。此外，它吸湿性弱，绝缘性好，绝热隔音性能优异，透波性能良好。鉴于以上优点，连续玄武岩纤维被光荣地评选为“21世纪新型环保型纤维”。

先进金属基及无机非金属材料基复合材料顶呱呱

现代复合材料的使用具有很悠久的历史，早在1942年，美国空军就已经将较为成熟的现代复合材料用于制造飞机构件，即玻璃钢，此项应用在提高玻璃纤维性能上有很大的发展。

碳基复合材料是航天領域中的“小能手”，它的应用最为广泛。从光学显微镜尺度来看，碳碳复合材料由碳纤维、基体碳、碳纤维/基体碳界面层、纤维裂纹和孔隙四部分构成，有着热膨胀系数低、导热好、耐热冲击、抗蠕变等优异特性。

碳碳复合材料1986年首次用于发动机的燃烧喷管，其最显赫的应用是制作宇宙飞船重返大气层的尖锥。就高温强度而言，碳碳复合材料是2000℃以上最强的材料。更可贵的是，温度越高，其强度越高！

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