中国空间站新材料研究取得重大突破，为未来太空飞船发展注入新动力

中国空间站新材料研究取得重大突破，为未来太空飞船发展注入新动力

引用

国家自然科学基金委员会

等

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来源

1.

https://www.nsfc.gov.cn/publish/portal0/tab434/info93074.htm

2.

https://www.stdaily.com/index/kejixinwen/202407/366c96d85def4e1cb0e60286a1515b4b.shtml

3.

https://www.cas.cn/zt/kjzt/kjzlzqzl/kjzlzq/202409/t20240923_5033298.shtml

4.

https://kjt.shaanxi.gov.cn/kjzx/kjyw/326234.html

5.

http://www.news.cn/milpro/20241231/ef26f2ef0cea499daf20b6c1bca40251/c.html

6.

http://www.news.cn/science/20240705/d85129929d904de39b3ea99c8e248588/c.html

7.

http://www.news.cn/science/20241108/d87c58175bd74f1fa308c8bc808ea76e/c.html

2024年7月，中国科学院空间应用工程与技术中心传来振奋人心的消息：西北工业大学魏炳波院士团队在中国空间站开展的高性能难熔合金研究取得重大突破。这一系列发现不仅推进了材料科学的前沿研究，更为未来太空飞船的发展开辟了新的可能。

难熔合金是一类具有极高熔点（通常超过2000摄氏度）的特种金属材料，因其在高温下仍能保持良好性能而被广泛应用于航空航天领域。然而，地面环境中的研究长期受到重力和容器条件的限制，难以精确测定其液态性质和实现快速凝固合成。

中国空间站的无容器材料实验柜为这一难题提供了全新的解决方案。该实验柜利用静电场提供的电场力，使材料样品在真空环境中保持稳定悬浮状态，避免与容器壁接触的影响，最高加热温度可达3000摄氏度。这种“无容器+长时微重力”的独特环境，为高性能难熔合金的研究开辟了新途径。

自2021年4月以来，魏炳波院士团队先后在空间站进行了6批次在轨实验，涉及10余种数百个高性能难熔合金样品。这些样品通过天和核心舱和天舟货运飞船运送至空间站，实验完成后则搭乘神舟飞船返回地面。

研究团队通过对返回地面的铌合金、锆合金、钛合金等样品进行分析，获取了这些难熔合金在超高温状态下的关键性质数据，包括液态密度、热膨胀系数和热辐射比等。更令人振奋的是，他们发现了一系列具有重要科学价值的新现象：

• 微重力液滴凝固过程中形成的涡旋型特殊组织结构
• 微重力环境下凝固收缩的动力学规律
• 微重力和无容器共同作用下共晶合金解耦生长的内在机理
• 实现了对太空环境凝固合金微观组织与宏观形态的双重调控

这些发现不仅丰富了材料科学的基础理论，更为开发新型高性能难熔合金材料提供了重要依据。目前，相关研究成果已发表在《先进材料》等国际顶级学术期刊上。

高性能难熔合金在太空飞船中的应用前景广阔。这类材料因其优异的高温性能，常被用于制造发动机喷嘴、高温传感器等关键部件。在微重力环境下制备的新型难熔合金，有望进一步提升飞船在极端条件下的可靠性和使用寿命。

此外，研究团队还计划开展对自然界中熔点最高的金属——钨及其合金的太空环境合成研究。这将为开发新一代高性能航天材料提供新的可能，推动我国在空间材料科学领域的持续领跑。

中国空间站的全面建成为空间材料科学研究开辟了更加广阔的前景。作为一座“国家太空实验室”，空间站不仅提供了长期微重力、宇宙辐射等独特环境条件，还能借助航天员的参与和天地往返运输优势，开展各类前沿科学实验。

截至2024年12月，中国空间站已在轨实施181项科学与应用项目，上行近2吨科学物资，获取科学数据超过300TB。这些成果不仅推动了我国空间科学与应用的快速发展，也为解决国家重大需求、促进科技进步提供了有力支撑。

魏炳波院士表示：“未来我们一定会取得更多的国际领先成果，利用空间环境的特殊性制备或合成出新材料，并转化为新质生产力，更好服务于科技强国建设。”随着中国空间站的持续运营，我们有理由期待更多突破性成果的涌现，为人类探索宇宙提供源源不断的科技动力。