氧化锆增韧材料在航天高温部件中的应用取得新进展
发布时间:
2025-12-23
【概要】 氧化锆增韧材料在航天高温部件中的应用正取得突破性进展。其核心优势源于独特的相变增韧机制，通过氧化钇等稳定剂掺杂，使材料在高温下保持立方相结构
氧化锆增韧材料在航天高温部件中的应用正取得突破性进展。其核心优势源于独特的相变增韧机制，通过氧化钇等稳定剂掺杂，使材料在高温下保持立方相结构，断裂韧性提升至6-8 MPa·m¹/²，是传统陶瓷的2倍以上。在火箭发动机领域，经等离子体雾化提纯的氧化锆陶瓷喷管延伸段，可在1500℃燃气冲刷下直接服役，无需额外冷却系统，显著简化发动机结构并提升推进效率。NASA测试显示，采用氧化锆涡轮叶片的航空发动机工作温度降低200℃，热循环寿命从金属件的500次跃升至1500次，推动涡扇发动机推力提升24%。
在热防护系统方面，中国自主研发的梯度钇稳定氧化锆（YSZ）涂层突破1800℃耐温极限，通过双钇掺杂工艺实现成分梯度过渡，在神舟十六号返回舱再入大气层时成功抵御极端热流，将人类航天器热防护能力提升300℃。该涂层在长征五号B火箭喷管上的实测数据显示，1800℃/200h考核后仍保持完整，使用寿命较传统材料提升5倍。
材料制备技术同样取得关键突破，3D打印技术可制造微米级多孔氧化锆结构，实现散热与轻量化的平衡；南京理工大学开发的微胶囊自修复技术，使涂层在1500℃下实现裂纹自愈合，为深空探测器提供长效防护方案。
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