近日，由西北工業(yè)大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)的超高溫合金材料研究取得新進(jìn)展，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)中國(guó)空間站提供的微重力環(huán)境獲得了材料的關(guān)鍵物理特性，實(shí)現(xiàn)了難熔合金微觀組織結(jié)構(gòu)與宏觀形態(tài)的雙調(diào)控。

據(jù)介紹，研究團(tuán)隊(duì)選取的實(shí)驗(yàn)材料為鈮合金，從2021年9月開(kāi)始，樣品分三批，隨天舟三號(hào)、天舟四號(hào)、天舟五號(hào)貨運(yùn)飛船進(jìn)入中國(guó)空間站開(kāi)展空間材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)。在航天員的協(xié)助下，研究團(tuán)隊(duì)成功完成了材料在微重力條件下的加熱、熔化、降溫、過(guò)冷、凝固以及熱物理性質(zhì)測(cè)定等重要實(shí)驗(yàn)。

鈮是一種難熔金屬，其熔點(diǎn)高達(dá)2400多攝氏度。鈮合金材料具有塑性好，加工和焊接性能優(yōu)良等特點(diǎn)，可用作航天和航空工業(yè)的熱防護(hù)和結(jié)構(gòu)材料，因而被認(rèn)為是下一代火箭和航空發(fā)動(dòng)機(jī)的重要備選材料。

在地面環(huán)境下，要對(duì)其2000多攝氏度的熔體開(kāi)展物理特性的研究十分困難，連實(shí)驗(yàn)容器都很難找到。而中國(guó)空間站的無(wú)容器材料實(shí)驗(yàn)柜剛好能夠提供無(wú)容器和微重力環(huán)境的絕佳實(shí)驗(yàn)條件，也為研究人員獲取其物理特性提供了可能。

除了對(duì)超高溫合金材料開(kāi)展研究之外，研究團(tuán)隊(duì)還在中國(guó)空間站所提供的微重力環(huán)境下，對(duì)鋯合金材料開(kāi)展了在軌凝固實(shí)驗(yàn)，同樣取得了重要發(fā)現(xiàn)。

鋯合金具有耐腐蝕性和生物相容性，通常在核技術(shù)及醫(yī)學(xué)植入領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。此前，鋯合金的36個(gè)實(shí)驗(yàn)樣品，通過(guò)天舟三號(hào)貨運(yùn)飛船送入中國(guó)空間站。借助微重力環(huán)境，研究團(tuán)隊(duì)得到了不同于地面的材料內(nèi)部溫度場(chǎng)和流場(chǎng)分布，并觀察到特殊的表面組織結(jié)構(gòu)。

據(jù)介紹，鋯合金固體狀態(tài)和液體狀態(tài)間存在密度差，通常凝固后會(huì)出現(xiàn)收縮與縮孔，這也是該專業(yè)領(lǐng)域普遍受到關(guān)注的研究方向。此次在微重力環(huán)境下得到的表面渦旋組織結(jié)構(gòu)，是此前在地面條件下從未發(fā)現(xiàn)過(guò)的現(xiàn)象，將對(duì)進(jìn)一步了解材料特性，拓展材料應(yīng)用提供新的可能。

據(jù)了解，科研團(tuán)隊(duì)利用中國(guó)空間站，共對(duì)六種合金材料開(kāi)展了上百次實(shí)驗(yàn)。未來(lái)，還將計(jì)劃對(duì)其他材料，尤其是瞄準(zhǔn)國(guó)家重大需求的新型功能晶體、特種材料等開(kāi)展相關(guān)空間研究。