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摘 要：由于空气动力加热，高超音速飞机的表面温度会达到2000℃或更高，因此开发一种能够承受这一温度的材料是一项挑战。本研究开发了一种基于Zr-Ti合金的碳纤维增强超高温陶瓷(C/UHTCMC)，并通过电弧风洞试验等各种分析和评估，证明了其具有优异的耐热性。通过进一步开展本研究，有望将其用于需要耐受恶劣环境的航空航天领域，例如航天飞机和火箭的材料。
关键字：碳纤维增强超高温陶瓷复合材料、熔融浸渍法、新型复合材料C/UHTCMC、耐热材料、富Zr碳化物
研究小组开发了一种基于锆（Zr）和钛（Ti）合金的碳纤维增强超高温陶瓷复合材料（C/UHTCMC），并进行了特性分析。结果表明，该材料可以承受2000℃以上的超高温。
由于空气动力加热，以5马赫（约6200km/h）或更高的高超音速飞行的飞机机体会达到几千度的温度。超高温陶瓷和碳化硅的复合材料作为能够承受这种恶劣环境的材料而备受关注。然而，在极高温状态下，含硅化合物由于状态变化和化学变化而劣化，因此人们一直在寻找新的替代材料。因此，本研究小组采用熔融浸渍法合成了不含会导致劣化的硅的新型复合材料C/UHTCMC，并试图详细阐明其性能。
本研究制备了三种不同Zr和Ti含量的C/UHTCMCs，并进行了表面结构分析和电弧风洞试验。结果发现，富Zr材料表现出最好的防热性能。结果还发现，在材料表面形成的Ti和Zr的氧化物分别是TiO2固溶体、ZrTiO4固溶体和ZrO2固溶体，这些物质可以抑制复合材料的进一步氧化。通过进一步发展本研究成果，有望将其开发成一种即使在极高温度下也可以使用的耐热材料，用于飞机和火箭等。
图1 电弧风洞试验