先进高温材料的研究现状和展望①
高温透波陶瓷材料研究进展
高温透波陶瓷材料研究进展高温透波陶瓷材料是一种具有优异高温性能和透波性能的先进材料，其在航空、航天、军事等领域具有广泛的应用前景。
本文旨在综述高温透波陶瓷材料的研究现状、进展、存在问题以及未来发展方向，为相关领域的研究提供参考和借鉴。
高温透波陶瓷材料是一种集高温、力学、电磁波透过等多重性能于一体的先进材料。
其具有高熔点、高硬度、低膨胀系数等优良性能，同时具有较好的透波性能，能够透过一定范围的电磁波，在军事、航空、航天等领域具有广泛的应用前景。
近年来，随着技术的不断发展，高温透波陶瓷材料的研究和应用也不断取得新的进展。
高温透波陶瓷材料的研究方法主要包括材料体系的选择、制备工艺的研究、性能表征与测试等。
在材料体系选择方面，需要根据应用场景的不同选择不同的材料体系，以满足各种性能需求。
在制备工艺方面，需要研究材料的制备工艺对其结构和性能的影响，探索最佳制备工艺条件。
在性能表征与测试方面，需要采用现代化的仪器设备对材料的各种性能进行表征和测试，以确保其满足应用需求。
近年来，高温透波陶瓷材料的研究和应用取得了显著的进展。
在材料体系方面，相继开发出了多种高温透波陶瓷材料，如氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、钛酸铝陶瓷等。
在制备工艺方面，研究者们不断探索新的制备方法，如化学气相沉积、激光熔覆、等离子喷涂等，以获得具有优异性能的高温透波陶瓷材料。
在性能表征和测试方面，研究者们采用了多种现代化的测试手段，如X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、光谱分析等，以对高温透波陶瓷材料的结构和性能进行深入研究。
目前，高温透波陶瓷材料已经得到了广泛的应用，如在航空发动机、航天器、军事通讯等领域。
随着技术的不断发展，高温透波陶瓷材料的研究和应用也将不断取得新的进展，为其在更多领域的应用提供更加坚实的基础。
高温透波陶瓷材料作为一种集多种优异性能于一身的先进材料，其研究和应用在多个领域得到了广泛的和重视。
虽然目前高温透波陶瓷材料的研究已经取得了一定的进展，但仍存在一些问题和挑战，如如何进一步提高其高温性能、如何降低其制备成本、如何实现大规模生产等。
我国热处理的现状及先进热处理技术的发展和展望
我国热处理的现状及先进热处理技术的发展和展望热处理是指通过加热和冷却工艺，改变材料的组织结构和性能的一种工艺方法。
热处理广泛应用于钢铁、有色金属及其合金、塑料等材料的生产过程中，对提高材料的力学性能和使用寿命具有重要作用。
1.技术水平相对较低。
虽然我国热处理行业经过长期的发展已经取得了一定成就，但与国际先进水平相比还存在差距。
在技术设备和管理方面，我国热处理企业普遍存在缺乏投入和关注的问题。
2.信息化程度不高。
我国热处理行业在信息化方面的投入和应用较少，信息化程度相对较低，企业之间的信息共享和交流不够密切，影响了行业整体的发展。
3.环保意识不足。
我国热处理行业大部分企业在环境保护方面存在一定问题，热处理工艺中的废水、废气等排放未能得到有效处理和控制。
目前，我国热处理行业正积极推进先进热处理技术的发展，以提高产品质量、提升企业竞争力，并改善行业整体环境。
以下是我国先进热处理技术的发展和展望：1.先进的真空热处理技术。
真空热处理能够在无氧或低氧氛围中进行，减少材料表面氧化的问题，提高材料的耐腐蚀性和机械性能。
同时，真空热处理还能够实现材料的表面强化和改性，提高材料的使用寿命。
2.先进的低温热处理技术。
低温热处理技术主要包括低温渗碳、低温氮化等。
通过低温热处理可以实现材料的表面硬化和改性，提高材料的磨损和疲劳性能，同时减少材料的变形和裂纹。
3.先进的等离子体热处理技术。
等离子体热处理是一种通过等离子体化学反应实现材料表面改性的方法。
该技术具有温度低、速度快、效果好等优点，能够实现材料的表面强化和改性，提高材料的高温性能和抗腐蚀性。
展望未来，我国热处理行业在发展先进热处理技术的同时，应加强与国际接轨，提高品牌影响力和核心竞争力。
同时，还应注重培养热处理人才，推动热处理行业的技术创新和进步。
此外，还需要关注环保问题，推动热处理行业的绿色发展，减少对环境的影响。
总之，我国热处理行业在发展先进热处理技术方面还存在一定的差距，但随着技术的不断进步和应用的推广，相信我国热处理行业将会迎来更好的发展机遇。
高温超导体的研究现状及展望
高温超导体的研究现状及展望一、引言高温超导体是一类在相对较高温度下呈现超导状态的特殊材料。
由于其零电阻和完全抗磁性等独特性质，高温超导体在能源传输、电子器件、磁悬浮列车等领域具有广泛应用前景。
本文将重点探讨高温超导体的研究现状，展望未来的研究方向与技术发展预测。
二、高温超导材料的制备与特性研究近年来，随着科研技术的不断进步，高温超导材料的制备方法得到了显著提升。
目前，常用的制备方法包括化学合成法、物理气相沉积法、溶胶凝胶法等。
这些方法在制备具有优异性能的高温超导材料方面取得了显著成果。
同时，高温超导材料的特性研究也取得了重要进展，包括材料的磁通动力学特性、能隙结构等方面。
三、高温超导材料的物理性质研究高温超导材料的物理性质研究是理解其超导机制的关键。
目前，科研人员已经对高温超导材料的能隙结构、自旋涨落、电荷涨落等方面进行了深入研究。
这些研究有助于揭示高温超导材料的微观机制，为进一步优化材料性能提供理论支持。
四、高温超导材料的应用场景与前景高温超导体在能源传输、电子器件、磁悬浮列车等领域具有广泛应用前景。
例如，高温超导电缆可用于长距离无损耗传输电能；高温超导滤波器可用于无线通信；高温超导磁悬浮列车则可以实现高速、安全、环保的交通方式。
随着技术的不断进步，高温超导材料的应用场景将进一步拓展。
五、高温超导材料面临的挑战与问题尽管高温超导体在理论和实验上都取得了重要进展，但仍面临许多挑战和问题。
例如，提高高温超导体的临界温度和降低其能隙是当前研究的重点；此外，高温超导体的稳定性、可加工性以及应用过程中的热管理等问题也需要进一步解决。
六、未来研究方向与技术发展预测未来高温超导体的研究方向主要包括以下几个方面：1. 探索新的高温超导材料：通过深入研究现有材料和开发新型材料，寻找具有更高临界温度和优异性能的高温超导体。
2. 深入研究高温超导机制：通过深入研究高温超导材料的微观机制，揭示其能隙结构和磁通动力学特性等方面的规律，为优化材料性能提供理论依据。
航空发动机高温材料的研究现状及展望
航空发动机高温材料的研究现状及展望发布时间：2022-09-12T02:03:41.224Z 来源：《建筑创作》2022年第2期1月作者：夏晓虎[导读] 为了实现对新型航空发动机就材料性能需求的满足夏晓虎中国航发上海商用航空发动机制造有限责任公司上海市 200000摘要：为了实现对新型航空发动机就材料性能需求的满足，我们还需加强新技术和新材料的研究，研发出轻质、强度高、刚度高、耐腐蚀性强和抗氧化好的材料，尽可能保证其航空发动机的质量，进而更好的为人民群众所服务。
下面就从作者实际工作经验入手，分析航空发动机的高温材料应用，希望对有关从业人员带来帮助。
关键词：航空发动机；高温材料；研究1 航空发动机在飞机上的安装位置1.1 亚音速飞机的航空发动机布局目前大多数亚音速飞机的发动机位于翼下，即翼吊布局，例如Airbus的A380。
此外，还有常见于商务客机的将发动机安装在飞机后机身的布局，即尾吊布局，例如Gulfstream的G550，以及翼下/尾吊布局，例如 Lockheed的Tristar。
对于翼吊布局的发动机，传播到客舱内的噪音较小、飞机稳定性高，此外，还能减小飞机飞行时机翼根部的应力，从而降低了机翼及机身的强度需求，并进一步降低了飞机的自身重量。
然而，翼吊布局会增大飞机飞行时的空气阻力。
为了尽量减小由此带来的空气阻力，应控制发动机的前后位置以及距离机翼的高度。
1.2 超音速飞机的航空发动机布局超音速飞机在军用飞机中非常普遍。
无论在单发还是双发的战机中发动机一般内嵌在机身内。
作为超音速民用客机的Concorde.配装了四个涡喷发动机，发动机机及其进气道在集成在机翼的下方。
这种内嵌式发动机布局仅适用于涡喷发动机或者低涵道比的涡扇发动机。
在超音速飞机中，之所以内嵌式布局较为普遍，是因为该布局减小了飞机的迎风面积，从而降低了超音速飞行时的空气阻力。
但采用该布局的飞机有机舱内噪音大的缺点。
2 航空发动机安装系统的结构设计2.1 翼吊布局的发动机安装结构采用翼吊布局的发动机一般通过发动机的前后吊点悬挂在飞机的发动机挂架上。
先进高温材料的研究现状和展望
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ｄｎ ｅ ｅｆ ｏ ｐｓ ａ ｒｌ Ｈｒｎ ｎ ｉｔｏＴｃ ｏ 使 用 范 围 远 远 大 于 铁 基 和钴 基 高 温 合 金 。 ｏ ｇｆ ｎ ｒｏＣｍ ｏｉ Ｍ ｔｉｓ ａ ｉＩ ｔ ｅ ｆ ｅ ｎ１ Ｃ ｔ ｒ ｔ ｅａ ｂ ｓ ｕ ｈ ． ｅ ｔ
先 进 高 温 材 料 的研 究 现 状 和 展 望①
徐 强 ， 幸 红 ， 杰 才 ， 晓 东 张 韩 赫
１０ ０ ） ５ ０ １ （ 哈尔 滨工 业大 学 复合材 料研 究所 ， 哈尔 滨
摘 要 ： 述 了高 温合 金 、 熔金 属 、 瓷 、 属 间 化 合物 、 属基 综 难 陶 金 金 复 合 材 料 、 瓷 基 复 合 材 料 、 ／ 复 合 材 料 和 梯 度 功 能 材 料 等 陶 ＣＣ
的高 温 及 一 定 应 力 作 用 下 长 期 工 作 的 一 类 金 属 材 料 。 高温合金具有较 高 的高 温强 度 ， 良好 的 抗 氧 化 和 抗 热 腐蚀性能 ， 良好 的疲 劳 性 能 、 裂 韧 性 、 性 等 。 高 温 断 塑 合 金 为 单 一 奥 氏 体 基 体 组 织 ， 各 种 温 度 下 具 有 良好 在
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固 体 火 箭 技 术
第 ２ ５卷 第 ３期
文 章 编 号 ：０ ６２ ９ （ ０ ２） ３０ ５ －５ １ ０ —７ ３ ２ ０ ０ － １０ ０
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｏ ｉ ｃ ｅ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｏ ｒ ａ ｆＳ ｌ Ｒｏ ｋ ｔＴ ｃ ｎ ｌ ｇ ｄ Ｖｏ ｜ ５ Ｎｏ ３ ２ ０ ｌ２ ． ０ ２
新型高温合金材料的研究和应用
新型高温合金材料的研究和应用新型高温合金材料是指能够在高温条件下保持良好的力学性能、腐蚀耐久性和热稳定性的金属合金材料。
随着科技的不断进步和人们对节能降耗、提高材料使用寿命的要求不断提高，新型高温合金材料的研究和应用已经成为一个重要的领域。
一、研究背景高温合金最早用于喷气发动机领域，随着材料科学的不断发展和工业技术的不断创新，高温合金已经成为高端制造业领域的重要组成部分，应用范围逐渐扩大到航空、石油、化工、电力等领域。
在航空航天领域，高温合金材料在喷气发动机、涡轮机等部件中得到了广泛应用。
例如，高压涡轮叶片和涡轮盘的工作环境是高温、高压和强氧化的气流，对材料的力学性能、热稳定性和腐蚀耐久性等要求非常高。
在石油和化工领域，高温合金材料被应用于反应加热器、石油裂化炉、煤气蒸气化炉等高温高压的设备中，以提高设备的使用寿命和安全可靠性。
在电力领域，高温合金材料可以用于制造高温流体化床锅炉、燃气透平等设备，以提高能量利用率和减少车间面积。
二、研究进展新型高温合金材料的研究进展主要围绕以下方面展开。
1. 材料设计和合成高温合金的化学组成和微观结构对其性能有着至关重要的影响。
目前，常见的高温合金包括镍基合金、钴基合金和铁基合金等。
为了提高材料的力学性能和耐久性，可以对材料的微观结构进行调控，例如采用精细晶粒化、合理取向控制等技术来提高材料的塑性和疲劳性能。
2. 样品制备和表征合适的样品制备和表征技术对于评价高温合金的性能和研究其力学特性非常重要。
常见的样品制备方法包括真空电弧熔炼、程序控制温度固化、等离子喷涂等方法；表征技术则包括X射线衍射、扫描电子显微镜等。
3. 应用研究新型高温合金材料在航空、石油、化工、电力等领域的应用研究正在不断深入。
例如，在航空领域，新型高温合金材料被应用于制造轻量化发动机、膨胀式喷气发动机、新一代涡扇发动机等，以提高发动机的性能和效率；在石油和化工领域，新型高温合金材料被用于制造焚烧炉、再生炉、反应器、换热器等高温设备，以提高设备的使用寿命和降低维护成本。
高温超导体的研究和发展
高温超导体的研究和发展随着科技的不断发展，人们对材料方面的研究也越来越深入，其中高温超导体在近年来受到人们的关注。
那么高温超导体是什么呢？高温超导体是指在较高温度下具有超导性质的材料，它比低温超导体具有更高的超导临界温度，也更容易理解和加工。
高温超导体的发现，开启了新一轮超导材料的研究热潮，备受科研领域和工程界的关注。
1.高温超导体的发现和研究历程高温超导体的研究，始于20世纪80年代。
1986年，斯沃伯等人在研究氧化物中的磁学性质时，意外地发现了氧化铜和氧化铈混合物的超导特性，而这个混合物的超导温度高达35K以上，这是迄今为止最高的超导临界温度。
这个发现成为一次重大突破，也引起了全世界科学家的关注。
此后，科学家们在研究和发展过程中，不断深入探索，先后发现了YBa2Cu3O7等系列材料的超导性，这些材料的超导转变温度达到了90K以上，大大提高了超导体的应用价值。
2.高温超导体的物性和应用研究高温超导体特别的物性使得它在电子、计算机、电机、电力输配等领域具有广阔的应用前景。
高温超导体有较高的临界温度，临界磁场，超导体相变的宽度和强的吸收电磁场等特性。
由于这些特性，高温超导体可以被广泛应用于各种型号的电子元件、传感器、磁体和飞行平台等技术设备中。
此外，高温超导体还可用于矿物的选择性分离，蛋白质结晶和生物学研究等生物医学领域，给科技发展和人类社会带来无限的希望。
3.高温超导体的制备方法高温超导体的制备方法一直是科研领域关注的焦点，有以下几种常用的制备方法：以固相反应作为合成方法，制备出高温超导材料的方法是最早也是最简单的一种，但是它的反应温度往往很高，反应时间长，在反应的过程中也会出现大量的副产物，对环境会造成不利的影响。
而液相反应方法制备高温超导材料的方法虽然制备质量相对较好，但是会产生有机物和氧化物等副反应，会对制备过程带来很多麻烦。
最近新的制备方法越来越多，如固态反应、分子束外延法、溅射法等都极大地缩短了制备时间和提高了材料的制备质量。
铁基高温超导体的研究进展及展望
2008年 第53卷 第19期: 2265 ~ 2273 2265《中国科学》杂志社SCIENCE IN CHINA PRESS评 述铁基高温超导体的研究进展及展望方磊, 闻海虎*中国科学院物理研究所超导国家重点实验室, 北京 100190 * 联系人, E-mail: hhwen@ 2008-07-21收稿, 2008-09-03接受摘要 自从2008年2月末F 掺杂的LaFeAsO 被报道有26 K 的超导电性后, 基于此体系材料的超导转变温度在短短几个月中被迅速地提高到55 K, 很多新超导体被发现, 同时人们对具有更高临界转变温度的新超导材料充满希望. 本文简要地回顾了这种体系中材料的探索、制备以及设计, 另外在理论和实验上对其超导机理的认识也给予了介绍和总结. 最后基于目前的实验数据, 对铁基超导体和铜氧化物高温超导体的重要物理参数进行了比较, 同时展望了这种新超导体的应用前景.关键词 铁基超导体 超导转变温度 ZrCuSiAs 结构配对对称性超导是一种宏观量子现象, 费米面上动量相反的电子配成对, 同时建立长程的位相相干进而发生凝聚, 其结果是超导体在临界温度下电阻的消失(零电阻)和对磁力线的排斥(完全抗磁性). 在正常金属中, 电子在一个充满各种振动的背景中运动, 最普通的是晶格的振动. 晶格的振动模可以被一种称为“声子”的元激发进行描述. 电子和声子碰撞后损失了动能进而导致能量的损耗. 这也就是正常金属在有限温度下电阻的来源. 然而在零温极限下所有的振动模式都停止了(不计量子涨落), 所以一个干净的系统中能量的损耗和电阻率都是为零的. 对于一个超导体而言, 费米面上的电子两两吸引形成束缚对, 这种束缚的电子对被称为库珀对. 库珀对服从玻色统计, 在临界温度(T c )下发生凝聚. 这种凝聚态具有很长的相干长度, 因而对晶格振动导致的局域散射不敏感, 所以输运上并不损耗能量, 电阻率可以在较高温度(T c 以下)保持为零. 与此同时, Ⅱ类超导体具有在很高的磁场下承载巨大电流密度的优越性能, 人们因此对高临界温度的新超导体充满了期望.人类寻找新超导体的历史已经持续将近100年, 在最初的几十年中, 新超导体的探索主要集中在单元素材料和多元素合金上. 然而这些材料的超导转变温度不超过23 K(Nb 3Ge)[1]. 一个重大的突破发生在1986年底, 在IBM Zurich 工作的Bednorz 和 Muller [2]发现铜氧化物LaBaCuO 的超导转变温度高于30 K. 自此寻找更高T c 的超导体的浪潮席卷全世界, 在短短的几年中, 铜氧化物超导转变温度被提升到134 K(常压)和164 K(高压). 然而铜氧化物超导体的相干长度非常短, 各向异性度很高, 又因为是陶瓷, 所以材质很脆, 这些不利因素都妨碍了它在工业上大规模的应用. 所以, 超导界的科学家们一直希望发现另外一种非铜氧基的高温超导体, 并且这种超导体具备更优异的性质.转机发生在2008年的2月末, 日本东京工业学院Hosono 教授的研究小组发现在母体材料LaFeAsO 中掺杂F 元素可以实现26 K 的超导电性[3]. 此类母体材料的研究历史可以追溯到1974年美国杜邦公司Johnson 等人[4]在寻找新的功能材料中的工作. 随后, 一个德国的研究组合成了系列的具有同样ZrCuSiAs 结构的新材料[5]. 这些新材料被取名为四元磷氧化物LnOMPn(Ln=La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy; M=Mn, Fe, Co, Ni; Pn=P, As). 图1是LaFeAsO 的基本结构. 这个体系空间群为P4/nmm, 具有四方的层状结构, 在c 方向上以—(LnO)2-(MP)2-(LnO)2—形式交替堆砌, 一个单胞中有两个分子LnOMP. 对于母体材料而言, 层和层之间电荷是平衡的, 例如,2008年10月 第53卷 第19期2266(LnO)+1和(MP)−1的电荷是平衡的. 由于四元磷氧化物LnOMPn 中的一些材料在低温下是超导体, 因此 这个体系构建了铜氧化物外的另一个层状超导体家族[6,7]. 在Hosono 小组发现LaFeAsO1−x F x (x =0.05~ 0.12)具有26 K 的转变温度后[3], 新的一轮寻找高温超导材料的浪潮再次到来.图1 LaFeAsO 的原子结构图LaFeAsO 属于ZrCuSiAs 结构, 在c 方向—(LaO)2-(FeAS)2-(LaO)2- (FeAs)2—相互交叠进而构成一个典型的层状化合物. 铁离子排布成一个四方结构, 近邻的铁离子距离2.853 Å, 对角的铁离子距离3.97 Å1 追寻更高T c在Hosono 小组的工作发表后的很短时间, 中国科学院物理研究所的王楠林小组、闻海虎小组和美国橡树岭国家实验室的Mandrus 小组, 分别独立地制备出超导温度26 K 的LaFeAsO 1−x F x 并作了系统的输运测量[8~10]. 数据揭示LaFeAsO 1−x F x 的载流子为电子型而且载流子密度很低, 这些性质和铜氧化物高温超导体都很类似. 随即不同小组追寻更高超导转变温度的竞争拉开序幕. 大部分的研究进展都以非正式发表的形式及时刊登在美国Los Alamos 国家实验室的免费电子资源平台上(/list/cond-mat. supr-con/). Takahashi 等人[11]利用高压技术(3 GPa)把LaFeAsO 0.89F 0.11的转变温度从26 K 提高到43 K. 2008年3月20日闻海虎小组报道了利用二价的Sr 代替部分三价的La(空穴掺杂), La 1−x Sr x FeAsO 可以实现25 K 的超导转变, 从而否定了Hosono 小组关于空穴掺杂在铁基母体中不能实现超导的结论[12]. 几天后, 中国科学技术大学陈仙辉小组报道了SmFeAs- O 0.85F 0.15中实现43 K 的超导电性[13]. 几乎同一时间中国科学院物理研究所的王楠林小组[14]发现41 K 超导体CeFeAsO 1−x F x , 赵忠贤小组[15]报道了接近或超过50 K 的超导体NdFeAsO 0.85F 0.15和PrFeAsO 0.85F 0.15. 在追逐更高T c 的激烈竞争中, 人们发现高压技术合成样品是效率较高的, 例如, 低于2 h 的样品烧结时间以及高压导致F 的有效掺杂. 高压技术的应用可以很容易实现高的超导转变温度, 稀土金属Ce, Pr, Nd, Sm, Eu 和Gd 的铁基超导体基本都可以达到50~55 K [16]. 另外, 赵忠贤和任治安等人认识到由于名义上的化学计量比的F 含量在烧结过程中可能丢失, 铁基超导体中氧缺位实际上是存在的. 因此, 任治安等人利用高压技术直接合成了无氟缺氧的LnFeAsO 1−x , 发现超导转变温度达到了55 K, 从而证实了他们的氧位缺失导致超导的观点[17]. 但必须说明的是, 常压合成的无氟缺氧LnFeAsO 1−x 并不超导, 即使样品很纯净, 也没有任何超导迹象出现[18]. 一种可能性是此类缺氧的相是一个亚稳相, 在常压下合成出来的实际上是不缺氧的相. 此外, 曹光汉和许祝安小组还发现利用Th 替换Gd 的方法在Gd 1−x Th x FeAsO 中观察到56 K 的超导电性[19]. 同时他们在Tb 1−x Th x FeAsO 中也观察到超过50 K 的超导电性[20]. 最近利用高压技术, 重稀土Tb 和Dy 的铁基超导体也实现了40 K 的高温超导电性[21]. 在图2中, 我们给出了超导转变温度和发现时间的关系曲线, 可以很清楚地发现超导转变温度随时间上升得非常快, 同时铁基超导体的临界温度能否超过液氮温度77 K, 也给人们很大的想象空间.在探寻具有更高转变温度的超导体的时候, 有几种可能的途径. 第一个也是最直接的办法就是合成一个单胞中有多个FeAs 层. 这个想法来自铜氧化物超导体, 因为两个体系的上临界场都特别高, 从而配对势很强, 但超流密度却很低[8~10]. 所以按照提高铜氧化物超导温度的思路, 只要超导转变由相位涨落控制而不受配对强度影响的话, 多层可以产生更高的超流密度. 然而必须指出的是, 铁基超导体的位相涨落并不是特别的强, 至少最优掺杂的样品是这样. 能斯特效应的测量确实发现在超导转变温度以上能斯特效应很弱, 而且扩展的温区只有10 K 以内, 确实说明此类材料中的相位涨落很弱[22]. 闻海虎小组[23,24]最近率先测量了NdFeAsO 0.82F 0.18单晶的上临界磁场和超导态电阻随磁场的各向异性, 发现各向异性度Г = (m c /m ab )1/2小于5或者6. 但对低掺杂的样品的各向异2267性度和配对能隙的研究至今没有报道, 如果没有比最佳掺杂提高很多, 反而像BCS 型超导体要求[25]的那样2∆sc /k B T c ≈4, 那么利用多层来提高超导转变温度的可能性就大大受到限制.但不管怎样, 一种新的结图2 铁基超导体的发现时间和超导转变温度的关系图(2008年6月15日以前)白色的圆点代表电子型超导体, 由F 掺杂或者氧缺位所致. 黑色的原点代表空穴型超导体. 具有更高超导转变温度的新超导体是值得期待的构往往导致配对强度和费米面上态密度的改变, 从而多层系统的T c 可以随机地增大或者减小.第二个寻找高T c 的途径就是通过元素替代来合成新材料. 目前为止, 并没有直接的解释为什么FeAs 系统中的T c 要高于NiAs 或者FeP 系统, 然而探寻不含As 的超导体是物有所值的, 毕竟As 带有毒性. 如果坚持以FeAs 为基的话, 空穴掺杂也许是另外一个重要的方向. 按照闻海虎小组的观点, 空穴掺杂可以导致超导电性[12], 同时T c 的变化随着空穴或者电子的掺杂量是基本对称的. 这个观点的提出在开始遇到很大阻力, 但是随着时间的推移, 逐渐被实验事实所支持. 一个类似的结果就是Hosono 小组报道的LaFePO 中实现了电子掺杂(F 替代O)和空穴掺杂(Ca 替代La), 但该文作者把Ca 掺杂提高T c 的结果归于晶格的收缩而不是能带的填充[26]. 最近闻海虎小组又成功制备了LaNiAsO 1−x F x 和La 1−x Sr x NiAsO 体系[27], 发现T c 的改变随着空穴或者电子的掺杂量也是基本对称的. 在Sr 掺杂的样品中, T c 随着晶格常数的增加而单调上升, 事实上Sr 2+的离子半径(0.112 nm)大于La 3+的离子半径(0.106 nm), 所以在不考虑结构畸变的情况下, 晶格应该有所膨胀. 关于ZrCuSiAs (1111)结构中可以利用空穴导致超导电性, 目前只有闻海虎小组有报道. 也有报道称, 可能是氧缺位导致超 导[28]. 然而, 闻海虎等人的数据表明, 只要二价金属原子Sr 等被有效掺到晶格位置, 就会出现超导[29]. 这方面的结论需要更多研究组工作的确认, 相信不久就会有最终结论. 最近, Rotter 等人用K +替代Ba 2+离子, 发现(Ba 0.6K 0.4)Fe 2As 2中存在38 K 的超导电性[30], 这是FeAs 基材料中空穴掺杂导致超导的进一步例证. 其母相BaFe 2As 2从电阻率随温度的变化关系上看是一个坏金属, 在140 K 附近有一个自旋密度波反常, 这些性质非常类似于零掺杂的LnFeAsO 的电输运特性. 总的来说, Rotter 等人的工作很明确地证实了闻海虎小组早期提出的空穴掺杂导致超导的观点[12]. 因而从这个方面而言, 通过空穴掺杂寻找新超导体仍有广阔天地.2 材料的合成为了对FeAs 基超导体物理性质有准确及深入的认识, 高质量的样品是不可或缺的. 目前为止, 国际上已经有很多小组合成出接近单相的LnFeAsO 1−x F x (Ln=La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd [31], Eu, Tb, Dy, Gd/Th). 制2008年10月 第53卷 第19期2268备样品的主要途径就是化学固相反应, 固相反应合成可以一步或者分步完成, 所谓一步法就是把金属单质和其他化合物按照化学计量比称量研磨和烧结, 而分步法就是先制备出砷化稀土和砷化铁, 再和其他所需化合物按照化学配平称量研磨和烧结, 如闻海虎小组初期采用的两步法合成单相样品的工艺就是行之有效的[9]. 不管一步还是分步合成样品, 原料需密封在石英管中烧结, 烧结温度在1150~1260℃之间. 由于稀土元素很容易被氧化, 研磨和压片的过程必须在充满保护气体的手套箱中进行. 另外, 砷单质和其化合物都是有毒的, 所以任何涉及砷的材料制备过程都必须严格控制在手套箱中以保护科研人员的健康. 第二种制备材料的方法就是前面提到的高压合成技术, 这种方法的优点就是元素反应迅速而且非常高效, 但由于反应时间过短, 化学合成不充分, 有杂相存在, 如FeAs 等. 第三种获得纯相的途径就是助溶剂方法[23,24], 这种方法的优点是烧结温度比较低. 我们已经利用这种方法成功制备出系列的NdFeAsO 1−x F x 单相样品.为了获得FeAs 基超导体的本征性质, 单晶的制备极为重要. 尽管有很多小组在随后的时间中报道了Ba 1−x K x Fe 2As 2单晶的生长, 但是在作者完成这篇初稿时(2008年6月15日之前), 只有两个小组报道了ZrCuSiAs(1111)相单晶样品的合成, 因此本文不再对Ba 1−x K x Fe 2As 2晶体的制备过程进行介绍. 关于F 掺杂的LnFeAsO 晶体的制备, 其中一个小组利用高温高压技术(ETH, Zurich)成功制备出最大尺寸为100 µm 的单晶[32], 他们利用混合的NaCl 和KCl 作助溶剂, 原料ReFeAsOF 和助溶剂的量控制在1:1到1:3之间, 原料和助溶剂充分混合后压片放在一个BN 坩埚中, 外面再用叶腊石包套密封. 实验采用的压力为3 GPa, 在1 h 之内升温至1350~1450℃之间, 保温 4~10 h, 最后用5~24 h 降温来促进晶体长大. 实际上, 同期我们已经在常压下利用助溶剂方法生长出NdFeAsO 1−x F x 单晶, 化学计量比的FeAs, NdAs, Fe 2O 3, NdF 3, Fe 和助溶剂NaCl 均匀混合(原料量:助溶剂量=1:10), 压片真空封管, 在1050℃保持5~10 d 后以3℃/h 降温到NaCl 的熔点800℃, 随即断电随炉降温. 所得大量片状单晶附着在NaCl 单晶上, 用水洗去NaCl 即得NdFeAsO 1−x F x 单晶. 图3(a)显示了图3(a) NdFeAsO 1−x F x 单晶面内电阻率随温度的变化曲线, 超导转变在50 K 附近, 转变宽度小于2 K; 插图显示一个20 µm 的单晶, 利用聚焦离子束技术化学气象沉积了Pt 膜作为四个电极; (b) 单晶的X 射线衍射谱, 只有(00l)方向的布拉格峰出现, 显示了单晶很好的取向性; (c) 不同磁场下电阻率随温度的变化关系, 超导转变起始温度点随磁场的加大而略微平移, 显示铁基超导体具有很高的上临界场(以正常态电阻率的95%作为判据); (d) NdFeAsO 1−x F x 单晶磁场随温度的相图, 四方格子代表T c 附近上临界场斜率, 原点线是超导体的不可逆线(以正常态电阻率的1%作为判据)一个NdFeAsO1−x F x单晶面内电阻率随温度的变化曲线, 超导转变在50 K附近, 转变宽度小于2 K. 图3(b)是一片单晶的X射线衍射谱, 只有(00l)方向的布拉格峰出现, 显示了单晶很好的取向性. 我们利用扫描电子显微镜进行晶体形貌测量发现单晶最大尺寸为70 µm, 如果进一步控制晶体生长的成核率以及优化成核温度, 更大尺寸的单晶是可以获得的. 不管怎样, 随着时间的推移, 生长大尺寸FeAs基超导体单晶的方法将不断涌现.3理论和实验对超导机理的研究进展当FeAs基材料的超导电性被相继报道后, 科研工作者随即开展了大量的科学研究, 希望能找到超导电子配对的机理. 最初的理论计算发现电声耦合常数λel-ph仅为0.21[33], 这么低的λel-ph显然不足以导致55 K之高的超导转变温度. 实际上一个类似的系统LaFePO已经有了能带计算结果[34]. LaFePO的超导转变温度为4 K, 电阻率随温度的变化关系是一个金属型的(0~300 K), 这种金属型的电输运行为和零掺杂的LaFeAsO截然不同, LaFeAsO的电阻率在150 K有个很大的下降, 接近零温时电阻率反而微微上翘[3,35]. 电阻率在150 K下降的起因早期被解释为费米面上电子口袋和空穴口袋之间的叠套引起的自旋密度波(SDW), 随后中子散射实验观测到对应此SDW的布拉格峰, 这些布拉格峰对应着一种相互交错的反铁磁长程序, 这种反铁磁长程序发生在136 K, 在此温度之上的150 K体系还有一个结构相变发生, 因而可能是结构相变先发生然后反铁磁序才被建立[36], 然而很难说电子态的不稳定和材料结构的畸变究竟谁是诱因. 很快穆斯堡尔谱实验也证实了零掺杂的LaFeAsO中结构相变和SDW序的共存[37], 显示了不同测量手段所得结论的一致性. 通过F掺杂, 电阻率在150 K的突降被逐渐抹平, 电阻率在低温下的上翘也被严重压制, 当电子和空穴掺杂量到了一定程度后超导就出现了. 由于在样品制备过程中F很容易损失, 因此实际的掺杂和名义上的掺杂量是不同的, 所以超导究竟在哪个掺杂量出现还是不确定的. 此外在欠掺杂区超导转变温度是否随掺杂量单调上升也不明确. 在掺杂最优化的情况下, 单晶正常态ab面内的电阻率显示连续弯曲的特性, 这显然与理论上预言的非常规金属正常态电导线性特征相违背, 这方面一个重要的例子就是铜氧化物高温超导体最佳掺杂点的电阻超线性行为. 因此, 在铁基超导体中目前还很难说某些掺杂点附近存在量子临界点.据已报道的数据, 最高的掺杂可以达到50%, 然而T c仍然维持在55 K或者仅比55 K有轻微的提高, 所以在严重过掺的样品中相分离可能存在, 因为F显然是不均匀的.最早的理论工作是关于能带的计算, 按照Lebègue的工作[34]及Singh和Du的计算结果[38], 母相LaFePO和LaFeAsO中Fe3d电子的5个轨道跨越了费米能, 费米面由5个部分组成, 沿M-A方向的电子型的费米面, 这个费米面上的电子费米速度比较高; 沿Γ-Z方向的空穴型的费米面, 费米速度在这个区域比较低; 还有一个三维的在Z点的空穴口袋. 由于电子型的圆柱形费米面上费米速度比较高, 因而面内电导被认为由这部分费米面负主要责任. 然而这些理论计算并没有考虑到电子的关联效应, Kotliar用动力学平均场方法(DMFT)估算到电子关联能大概为4 eV, 并认为母体LaFeAsO是一个坏金属, 处在金属绝缘体转变(MIT)的边缘[39]. 在考虑到电子的关联效应以及Fe-Fe键(J1, 近邻)和Fe-As-Fe键(J2, 次近邻)的超交换相互作用后, 理论上发现LaFeAsO的最低能量态是反铁磁长程序[40], 电子的自旋相互交错(interpenetrated), 在134 K进入反铁磁长程序以降低系统的能量, 同时在较高温度还有一个结构相变. 目前为止还不能确定反铁磁序和结构相变之间是否有紧密的联系, 如果有联系, 那么谁起主要作用也有待考证.关于超导态的配对对称性的研究, 理论上已经提出了很多可能, 限于篇幅以及个人的认识, 我们只能挑选出一部分来加以阐述. 第一种是扩展的S波配对, 认同这种观点的工作目前不多, 基于特殊结构的配对势V kk′, 费米面上不同部分的能隙符号相反, 因而超导波函数的能隙方程为扩展的S波[41,42]. 此外,一些理论工作者关注费米面上环绕着M点的两个电子型费米口袋, 根据第一性原理计算, 依赖于掺杂的超导转变温度被认为受控于这两个费米口袋的轨道能级简并度[43]. 第二种观点是能隙带有节点(node)的配对对称性, 一些理论认为Fe的d轨道中的铁磁性的洪特耦合将起到很重要的配对作用, 例如Dai等人[44]提出了一个新颖的配对方式, 即组成库珀对的22692008年10月 第53卷 第19期2270两个电子来自不同的电子口袋, 导致了自旋的三重态, 轨道的单态以及动量空间的偶宇称. 另一方面, Lee 和Wen [45]认为洪特耦合将导致带间的p 波对称, 特别是在能级劈裂的情况下, 这种配对对称性将更加稳定. 其他一些理论或多或少基于电子-空穴对称性或者假设带间带内的涨落为配对的媒介[46,47]. 由于实验上对铁基超导体的微观描述比较少, 因而对其超导配对对称性的定论还不能得到. 然而纯粹从对称性角度出发, 某些理论并不需要实验上的微观结果, 已经能推演出超导态对称性的一些普遍性质[48~50].实验上关于FeAs 基超导体能隙可能存在节点的报道最早来自闻海虎小组, 该小组利用低温比热测量超导转变温度为26 K 的LaFeAsO 0.9F 0.1的低能元激发, 发现电子比热系数γ和外加磁场成非线性关系[25], 同时点接触隧道谱也显示零偏压电导峰(ZBCP)的存在, 随着温度和磁场的增加, ZBCP 逐渐消失. ZBCP 通常被解释为电子隧穿一个金属和一个能隙存在节点的超导体的界面效应[51]. 随后, 两个不同小组基于µSR 实验分别指出FeAs 基超导体的配对对称性为脏的d 波[52,53], 他们指出这个体系的超流密度很低, 超流密度符合Uemura 关系, 即T c ∝ρs [54]. 如果Uemura 关系真能满足, 那么两层结构的FeAs 基超导体将具备更高的超导转变温度. 最近, 核磁共振实验发现自旋点阵弛豫率1/T 1T 符合一个幂次关系(power law), 自旋点阵弛豫率测量的是超导态的准粒子态密度, 因而在超导态随着温度升高费米面上已经有准粒子态密度的存在, 因此超导态的能隙函数可能有节点存在. 作者进一步指出库珀对为自旋单态[55,56]. 但也有些测量倾向于没有节点的能隙, 例如在SmFeAs- O 0.85F 0.15上面的点接触隧道谱的结果认为是一个单一的S 波能隙, 基本满足BCS 预期[57]; 在NdFeAs-表1 铁基超导体和铜氧化物超导体的物理性质比较物理参数 铁砷基铜氧化物 评价H c 1约50~100 Oe (1 Oe = 79.5775 A/m) ~100 Oe下临界场比较接近, 欠掺杂铜氧化物符合Uemura 定律, 铁基可能符合H c 2H c 2(H ||c ): ~70 T H c 2(H ||ab ): ~300 T由NdFeAsO 0.88F 0.12单晶输运数据估算而得 对YBCO 而言 H c 2(H ||c ): 100 TH c 2(H ||ab ): 300~600 T 两个系统的上临界场都很高, 所以配对能隙很强各向异性 Γ=(m c /m ab )1/24~5: NdFeAsO 0.88F 0.12单晶T C 附近 ~2: Ba 1−x K x Fe 2As 2单晶T C 附近对YBCO 而言7~20; 对Bi-2212而言100目前为止单层的铁基超导体的各向异性甚至小于YBCO能隙 LaFeAsOF 的能隙在4 meV 左右, 对(Nd, Pr,Sm) FeAsOF 而言7~10 meV, 2∆/k B T c = 3.5~4.5, 可能有双能隙2∆/k B T c = 8?由于赝能隙的存在,能隙值还不确定 铁基超导体的涨落效应可能不是很强, 但这和低的超流密度相违背能隙对称性 自旋单态观点居多. 带节点、节线的能隙和S 波能隙观点相当. 这方面的结论目前分歧很大主要是d 波配对 目前多数在1111结构中的实验结果支持超导体能隙是带节点的(也有S 波实验结果), 然而在122结构中看见了S 波能隙超流密度 低 低 铜氧化物中位相涨落很明显, 但铁基超导体中似乎不强相干长度对T c = 52 K 的NdFeAsOF 而言ξab = 15-25 Å ξc = 5-10 Å 对T c =90 K 的YBCO 而言ξab = 10 Å ξc = 2~3 Å 两个体系的相干长度都很小, 对应着比较小的凝聚能钉扎势 穿透深度λab = 1000-2000 Å λc = 3000-5000 Å对YBCO 而言 λab = 1000~2000 Å λc = 3000~6000 Å两个系统的λ都很大, 显示低的超流密度母体性质反铁磁或者自旋密度波序, 磁矩0.3~1 µB反铁磁长程序, 磁矩0.5µB, 交换关联能J为0.13meV 二个体系的共同之处是反铁磁序的压制可以诱导超导的出现能带多带空穴掺杂的材料是单带,电子掺杂的材料是多带铁基超导体更类似于电子型的铜氧化物超导体O0.9F0.1单晶上的穿透深度测量就倾向于超导序参量是不带节点的弱各向异性的S波[58]; 另外, NdFeAs- O0.9F0.1单晶上的角分辨光电子能谱测量发现在Γ点的空穴型费米面在超导转变温度以下有完全的能隙打开, 因而超导序参量是各向同性的S波或者是各向异性的S波[59]. 需要指出的是, 作者并没有说明另外两个电子型费米面上的能隙分布如何, 毕竟电子型费米面对正常态输运也起重要作用, 所以序参量S波对称的观点还有待更好的实验数据来证实. 总之从目前的实验数据而言, 单层的FeAs基超导体(ZrCuSiAs 结构)配对对称性d波的可能性比较大, 但还没有定论. 然而, 在BaFe2As2结构中, 最近的角分辨光电子能谱等数据表明S波配对对称性的可能性较大[60]. 鉴于此类超导体具有极其复杂的费米面构成, 因此关于超导能隙的对称性的定论尚需时日.4 铁砷基超导体(ZrCuSiAs结构)和铜氧化物超导体物性的简单比较在表1中我们对铁基超导体和铜氧化物超导体的物理性质做了一个初步的比较, 所有的物理参数均来自于已发表的或者刊登在arXiv数据库上以及我们自己测量的结果.比较表1所列的物性参数, 我们可以发现铁基超导体和铜氧化物超导体有很多类似之处. 然而目前为止还很难说两者的超导配对机理是相同的, 因此基于单晶样品的详实可靠的数据是必需的.5结论与展望很明显, 铁基超导体为探索超导体提供了一个新的平台, 同时它的物理性质也可能是非常规的. 高的上临界场、较小的各向异性和更大的相干长度(相对铜氧化物超导体而言)保证了这种材料的应用潜力. 图3(d)中我们给出了单晶的相图, 可以很清楚地发现它的临界场已经远远超过了MgB2, 因而铁基超导体在工业应用上有很大潜力. 在机理方面, 对于所有欠掺杂的样品而言, 反铁磁序是否是一个共同的特征是非常值得探寻的, 进一步来说, 反铁磁涨落对超导是否有影响将非常重要. 下一步从单晶样品上获得可靠数据将对阐明费米面的形状以及费米面随掺杂的演化, 及超导机理问题非常重要. 沿着空穴掺杂、新结构或者多层的思路去探索新材料, 可能会发现具有更高T c的新超导体.编后语此文的主体部分是2008年6月15日前完成的, 因此它主要反映的是此前的信息. 随后的一些重要工作可能未能够反映出来, 请见谅.参考文献1 Poole C P. Handbook of Superconductivity. New York: Academic Press, 20002 Bednorz J G, Muller K A. Possible high T c superconductivity in the Ba-La-Cu-O System. Z Phys B, 1986, 64: 189—1933 Kamihara Y, Watanabe T, Hirano M, et al. Iron-based layered superconductor La[O1−x F x]FeAs(x=0.05－0.12) with T c=26 K. J AmChem Soc, 2008, 130: 3296—32974 Johnson V, Jeitschko W. ZrCuSiAs: A “filled” PbFCl type. J Solid State Chem, 1974, 11: 161—1665 Zimmer B I, Jeitschko W, Albering J H, et al. The rare earth transition metal phosphide oxides LnFePO, LnRuPO and LnCoPO withZrCuSiAs type structure. J Alloys Comp, 1995, 229: 238—2426 Kamihara Y, Hiramatsu H, Hirano M, et al. Iron-based layered superconductor: LaOFeP. J Am Chem Soc, 2006, 128: 10012—100137 Watanabe T, Yanagi H, Kamiya T, et al. Nickel-based oxyphosphide superconductor with a layered crystal structure, LaNiOP. InorgChem, 2007, 46: 7719—77218 Chen G F, Li Z, Li G, et al. Superconducting properties of Fe-based layered superconductor LaO0.9F0.1−δFeAs. Phys Rev Lett, 2008,101: 0570079 Zhu X Y, Yang H, Fang L, et al. Upper critical field, Hall effect and magnetoresistance in the iron-based layered superconductor2271。
高温超导材料的研究现状和展望
高温超导材料的研究现状和展望随着现代科学技术的不断发展，高温超导技术逐渐成为科技领域中备受瞩目的前沿科技之一。
高温超导材料的研究不仅彰显了人类智慧和创造力的高度，还为能源、电力等领域的科技创新提供了无限的可能性。
笔者将从研究现状、关键技术、应用前景等角度，探讨高温超导材料的最新研究进展和未来展望。
一、研究现状高温超导材料，指具有高温超导特性的材料，其超导温度通常比低温超导材料高得多。
高温超导材料不仅具有超导电性能良好，而且具有电阻低、输电效率高、环保节能等优点，被广泛应用于工业、能源、医疗、计算机等多领域。
然而，高温超导材料研究仍面临着众多挑战。
目前，高温超导材料研究集中在寻求更高的超导温度，并探究材料超导机制。
近年来，国内外涌现出了一大批高品质的高温超导材料，例如：YBCO（氧化物超导体），Bi-2212（铋系超导体），FeSe（铁基超导体）等等。
其中，YBCO首次发现于1987年，是目前超导温度最高的材料之一，其超导温度达到了92K左右。
Bi-2212是一种新型的氧化物超导体，超导温度高达108K。
FeSe是一种新兴的铁基超导体，结构简单，制备工艺方便，于2008年被发现，其超导温度达到了近40K左右。
二、关键技术高温超导材料的研究有赖于先进的实验技术和完善的理论研究。
近年来，一系列先进的技术正在不断涌现，加速了高温超导材料的研究进程。
1.物理化学方法物理化学方法是高温超导材料研究的关键技术之一，主要包括物理气相沉积法（PVD）、溶胶-凝胶法（SG）、水热合成法、高压下制备等等。
其中，PVD法得益于其制备工艺简单、物理性能稳定等特点，在制备氧化物超导体、铁基超导体以及镍基超导体等高温超导材料方面得到了广泛应用。
2.凝胶预处理方法凝胶预处理方法是一种技术成熟度较高的高温超导材料制备方法，主要通过凝胶法制备前体纳米粉末，再采用固相反应制备高温超导材料。
该方法具有制备工艺简单、材料均匀性好、超导性能稳定等优点，被广泛应用于高温超导材料制备中。
高温超导材料的研究现状及应用前景
高温超导材料的研究现状及应用前景近年来，高温超导材料因其在超导电性、磁学和光学等方面的卓越性能而备受研究者的关注。
高温超导材料的不断研究和应用，正在推动科技和工业的发展。
本文将从高温超导材料的研究现状和应用前景两个方面进行探讨。
一、高温超导材料的研究现状超导材料是一类在低温下导电时表现出极低电阻的物质。
在低温下，超导材料的电导率可以达到非常高的数值，这是普通导体无法比拟的。
磁场作用下，超导材料可以呈现出磁性效应，这一特性被广泛应用于磁共振成像技术。
超导材料的研究领域在不断扩大，目前已取得多项重大突破，其中高温超导材料的研究尤为受关注。
传统超导材料在低温下才能表现出超导特性，而高温超导材料则在相对较高的温度下就具有了较好的超导性能。
高温超导材料的标志是其临界温度，也称为超导转变温度。
当温度低于临界温度时，高温超导材料表现出非常微弱的电阻。
目前，高温超导材料临界温度可达到250K，有望进一步提高，这一发现意味着超导材料的研究取得了一次里程碑式的进展。
目前，高温超导材料分为两类，一类为氧化物超导材料，另一类为铁基超导材料。
氧化物超导材料是最早的高温超导材料，也是研究较为成熟的一类。
它们普遍具有优良的超导性能和磁学性能，且制备过程相对简单。
铁基超导材料则是在近年来发现的，虽然它们的超导性质相对于氧化物超导材料还需要进一步提高，但其性质复杂、变化多样，研究难度相对较大，但也给研究者们提供了更广阔的研究空间。
二、高温超导材料的应用前景高温超导材料的特殊性能，为其在电力、电子、磁共振成像、能源等领域的应用开辟了广阔的前景。
以下是对几个领域的具体应用展望。
1、超导电力技术高温超导电线在传输电流时的能力比传统的铜线和铝线高出数倍，因此，高温超导材料在电力领域的应用已成为研究的重点之一。
高温超导材料制成的电线能够承载更大的电流，因此可以大幅度提高电力输送效率，减少能源浪费，从而实现更高效、更安全、更环保的电力输送。
高温合金寿命预测模型研究
高温合金寿命预测模型研究一、研究背景高温合金作为重要的高温材料，广泛应用于航空、航天、能源、化工等领域。
在高温环境下，材料会出现高温蠕变、疲劳、应力腐蚀等失效现象，限制了材料使用寿命和安全性能。
因此，建立高温合金寿命预测模型对于提高材料设计、选择和使用的可靠性至关重要。
二、相关研究现状目前，高温合金寿命预测模型研究主要分为经验模型和物理模型两种。
经验模型是基于试验数据的经验公式，需要通过大量试验数据来验证和修正模型。
例如，Basquin等人提出的疲劳寿命模型、Larson-Miller参数模型等。
物理模型则是基于材料的微观结构和物理机制，利用数学公式和物理原理建立模型，不依赖试验数据。
例如，基于高温变形机制的温度-应变速率等效蠕变模型、基于应力-应变曲线和材料参数的本构模型等。
三、高温合金寿命预测模型研究方向随着高温合金材料制备技术的不断发展和传统试验方法的限制，近年来高温合金寿命预测模型研究逐渐趋向于以下几个方向：1. 基于深度学习的寿命预测模型深度学习技术在材料领域的应用正在逐步拓展。
利用深度学习算法处理大量试验数据，构建高温合金寿命预测模型，可以提高预测准确性和模型适应性。
例如，利用卷积神经网络（CNN）和循环神经网络（RNN）构建高温合金疲劳寿命预测模型、基于深度生成对抗网络（GAN）构建高温合金微观断裂模型等。
2. 基于多尺度模型的寿命预测模型高温合金材料的性能受多种因素的综合影响，需要考虑材料的多个尺度特征。
基于多尺度模型的寿命预测模型可以考虑材料的微观结构和宏观性能之间的关系，提高模型准确性，例如，在微观尺度考虑晶粒边界、孪晶、位错等因素，在宏观尺度考虑应力分布、变形等因素。
3. 基于机器学习的寿命预测模型与深度学习不同，机器学习更注重学习规律和特征，对于数据量较小的实验样本，可以建立高温合金寿命预测模型。
例如，基于支持向量机（SVM）构建高温合金疲劳寿命预测模型、基于随机森林（Random Forest）构建高温合金蠕变寿命模型等。
高温相变材料的研究进展和应用
高温相变材料的研究进展和应用摘要：随着全球性能源与环境的不断恶化，能源充分利用和新能源开发成为业界关注的重点。
相变储热是利用相变材料在其物相变化过程中从环境吸收热(冷)量或向环境释放热(冷)量，从而达到能量的储存或释放的目的，并能与新能源结合应用。
分析了高温相变材料的种类和各自特点，介绍了其在各行各业的应用情况，并对高温相变材料的未来发展进行了展望。
关键词：相变材料；储热材料；相变1引言物质相变过程是一个等温或近似等温过程，在这个过程中伴随有能量的吸收或释放。
相变储热是利用相变材料在其相变过程中，从环境吸收或释放热量，达到储能或放能的目的。
高温相变材料具有相变温度高，储热容量大，储热密度高等特点，它的使用能提高能源利用效率，有效保护环境，目前已在太阳能热利用、电力的“移峰填谷”、余热或废热的回收利用以及工业与民用建筑和空调的节能等领域得到了广泛的应用。
现阶段 ,人们关心比较多的新能源是太阳能 ,但是太阳能利用和废热回收存在时间和空间上的不匹配的问题。
相变储能材料可以从环境中吸收能量和向环境释放能量 ,较好地解决了能量供求在时间和空间上不匹配的矛盾 ,有效地提高了能量的利用率。
同时相变储能材料在相变过程中温度基本上保持恒定 ,能够用于调控周围环境的温度 ,并且能重复使用。
相变储能材料的这些特性使得其在电力“移峰填谷”、工业与民用建筑和空调的节能、纺织品以及军事等领域有着广泛的应用前景。
2相变储热技术储热方法通常有3种：显热储热、化学反应储热和潜热储热(相变储热)。
相变储热可以实现能量供应与人们需求在时间和空间达到一致的目的，又具有节能降耗的作用。
相变储热材料按相变方式一般分为4类：固—固相变、固—液相变、固—气相变及液—气相变材料圈；按相变温度范围可分为高温、中温和低温储热材料；按材料的组成成分可分为无机类和有机类(包括高分子类)储热材料。
由于固一气相变材料相变时体积变化太大，使用时需要很多的复杂装置，在实际应用中很少采用。
高温陶瓷材料在火箭发动机中的应用
高温陶瓷材料在火箭发动机中的应用随着科技的进步和人类对太空探索的渴望，火箭发动机作为载人航天的关键部件，对其性能和可靠性要求越来越高。
在这一背景下，高温陶瓷材料应用于火箭发动机中成为了一项重要的技术突破。
本文将探讨高温陶瓷材料在火箭发动机中的应用，并分析其优势和挑战。
一、陶瓷材料在火箭发动机中的应用现状陶瓷材料由于其优异的高温、耐腐蚀和耐磨损性能，成为了替代传统金属材料的理想选择。
目前，高温陶瓷材料主要应用于火箭发动机的以下几个方面：1. 燃烧室和喷管内衬：高温陶瓷材料用于火箭发动机的燃烧室和喷管内衬，可以提供更好的耐高温和耐腐蚀性能，从而确保发动机在极端条件下的安全运行。
2. 焚烧室和喷管导向环：由于高温陶瓷材料的导热性能较低，可以在高温条件下减少热量流向结构件的转移，提高火箭发动机的热效率。
3. 喷管膨胀节：高温陶瓷材料可以承受高温和高压下的热膨胀变形，减轻火箭发动机在工作过程中的热应力，延长使用寿命。
二、高温陶瓷材料在火箭发动机中的优势高温陶瓷材料的应用为火箭发动机带来了一些显著的优势：1. 轻量化设计：相对于传统金属材料，高温陶瓷材料具有较低的密度和较高的强度，可以降低整体重量，提高火箭的载荷能力。
2. 耐高温性能：高温陶瓷材料可以承受高温环境下的极端温度，具有较好的热稳定性，能够保证发动机在高温条件下的正常运行。
3. 耐腐蚀性能：高温陶瓷材料对氧化、硫化等腐蚀介质具有较好的抵抗能力，可以减少发动机在恶劣环境下的腐蚀损伤，延长使用寿命。
4. 耐磨损性能：高温陶瓷材料在高速喷流和高温气体冲刷的环境下表现出较高的耐磨损性能，可以减少火箭发动机喷口和喷管的磨损，提高性能和可靠性。
三、高温陶瓷材料在火箭发动机中的挑战尽管高温陶瓷材料在火箭发动机中具有许多优势，但其应用仍然面临一些挑战：1. 制造困难：高温陶瓷材料的制造过程相对复杂，需要严格的工艺控制和高端设备，增加了制造成本和难度。
2. 脆性问题：相比于金属材料，高温陶瓷材料较脆，容易出现开裂和破损，对其稳定性和可靠性提出了更高要求。
新型超高温陶瓷材料研究及应用展望
新型超高温陶瓷材料研究及应用展望随着科技的飞速发展，各种新型材料应运而生。
其中，超高温陶瓷材料是一种备受关注的新型材料。
超高温陶瓷材料具有耐高温、强度高、硬度大、化学稳定性好、抗氧化性强等优良性能，被广泛应用于航空、航天、能源、化工、燃料电池等多个领域。
本文将从新型超高温陶瓷材料研究的现状、其在应用中的展望等方面进行论述。
目前，新型超高温陶瓷材料的研究已取得了重大突破。
在生产工艺方面，采用了先进的材料制备技术，如化学气相沉积、热机械合成等。
这些技术使得超高温陶瓷材料制备变得更加简单、高效。
同时，在材料结构设计上，团队通过对材料结构的分析和模拟，对其进行了优化和改进，使其性能得到了进一步提升。
这些研究成果的取得，使得新型超高温陶瓷材料在应用中的潜力更加巨大。
在航空航天领域，新型超高温陶瓷材料已被广泛应用于发动机叶片、燃烧室、喷管、高温结构等部件中。
超高温陶瓷材料具有耐高温、轻质、高强度等优良性能，可以大幅度降低飞行器的重量，提高燃油效率和续航能力，同时也可以提升飞行器的高速、高温性能和稳定性，增强其在极端环境下的适应能力。
此外，新型超高温陶瓷材料还可以用于制造燃料电池，提高其运行温度和性能，进一步推动燃料电池技术的发展。
在能源领域，新型超高温陶瓷材料同样有着广泛的应用前景。
在燃气轮机、燃烧器、热交换器等设备中广泛使用。
超高温陶瓷材料可以提高燃气轮机的运行温度和效率，降低碳排放；在热交换器中，可以提高热效率，节省能源资源；在燃烧器中应用，可以有效降低热处理过程中的能量成本和污染物排放。
综上所述，新型超高温陶瓷材料的研究在各个领域中的应用前景广泛，将对现有技术进行根本性的改进和提升。
未来，我们需要进一步推进超高温陶瓷材料的研究和应用，通过创新的思维、优质的技术和高效的团队合作，将这一材料的性能、稳定性、可靠性等关键指标不断提高，为人们的生活和生产带来更多的美好。
高温高压下的材料性能研究
高温高压下的材料性能研究高温高压是指温度和压力都远高于标准大气条件。
高温高压环境下对材料性能的研究一直是材料科学领域的热点问题。
由于高温高压环境的特殊性质，材料在这种环境下的性能表现与其在正常环境下的特性有着很大的差异。
因此，人们需要对材料在高温高压环境下的性能进行研究、分析和评估，以便在实际应用中得到更好的利用。
一、高温高压环境对材料性能的影响高温高压环境下的材料性能受到多种因素的影响，主要包括：1.晶体结构变化：当材料温度增加时，其原子之间的距离会因热膨胀而增加。
在高温下，材料结构中的键能量会减小，导致结构中的原子可以更容易地移动。
当压力加大时，原子便容易出现重新排列的情况，从而改变材料的晶体结构。
晶体结构的变化会影响材料的力学性能、热学性能甚至电学性能。
2.材料内部微观结构的变化：高温高压环境下，材料结构中的缺陷和晶界也会发生变化，并产生新的缺陷和位错。
这种变化对于材料的强度、韧性、断裂行为等力学性能有着重要的影响。
3.材料化学反应：在高温高压环境下，材料更容易与周围环境中的气体或液体发生化学反应，从而导致材料性能的改变。
二、常见高温高压操作方式和应用由于高温高压条件具有非常特殊的环境特性，其操作方式也有很多种，主要包括：1.高温熔融法：通过将材料加热到高温并使其熔化，然后在一定的高压条件下，通过亚稳态相变或固相反应等方式进行改性。
这种方法尤其适合于硅、氧化物等化合物材料的制备。
2.高压高温合成法：将原材料在一定的高温高压下，进行化学反应和物理过程，制备出新材料。
这种方法一般适用于制备新型的复合材料、纳米材料、高强度合金等材料。
3.高压处理法：将材料置于高压容器中，对其施加循环载荷或单向载荷，以改变其内部微观结构和晶体结构。
这种方法适用于金属、陶瓷等材料的制备。
高温高压技术具有广泛的应用前景。
例如，高温高压合成的氧化物陶瓷材料在光、电、磁、声、热等多个方面都有着独特的性能表现，并应用于发电、降噪、制备光学器件等多种领域。
新型的高温超导材料研究进展
新型的高温超导材料研究进展近年来，高温超导材料的研究成为了人们热议的话题。
随着科技迅速发展，高温超导材料的诞生已经成为了实现能源存储与转化、智能交通、高速数据传输等多种领域创新的重要前提。
在这个领域里，新型高温超导材料的研究成果受到全世界科学家的广泛关注，直到今天，高温超导材料的研究仍在推进中。
一、高温超导材料的定义与基本结构高温超导材料通常指的是在不同的温度、氧含量下，能够表现出电阻率从正常态骤然下降到零的材料。
首先从这一定义来看，高温超导材料的超导温度范围广，可以达到液氮温度以下，也有一些高温超导材料的超导温度接近室温，这在一定程度上降低了实际应用的成本。
高温超导材料基本结构由若干个层之间的氧化物组成，其中最具代表性的一种就是铜基高温超导材料，在这些材料中，铜氧层是离子输运和超导电性的关键。
缺氧或者过氧化物层的增加会导致材料超导性能降低或丧失。
因此，高温超导材料的研究离不开高纯度的化学合成技术与制备工艺。
二、现有高温超导材料的状态与问题随着高温超导材料的研究深入，目前已经发现了许多新型高温超导材料，这些材料的超导温度一般在-120℃到-100℃之间。
目前铜基高温超导材料已经被广泛研究，但它们的应用还有很多问题待解决。
首先，铜基高温超导体的制备难度大，制备工艺复杂，制备过程中需要用到的各种材料耐高温、耐腐蚀、易于加工的要求也使得成本高昂。
其次，当前高温超导材料效应虽然很明显，但其工作状态却非常不稳定，目前还无法做到长期的运转稳定性。
此外，铜基高温超导材料通常都是强轴向材料，其机械性能较差，容易开裂。
这些问题都极大地限制了高温超导材料应用的广泛性。
三、新型高温超导材料的研究进展为了解决现有高温超导材料存在的问题，近年来，科学家开展了大量的研究工作，并取得了许多重要成果。
以下是一些新型高温超导材料的研究进展：1. 铜基热电材料首先要介绍的是铜基热电材料，这些材料具有极好的热电性能，并且具有良好的高温超导性能。
高温合金焊接研究现状及发展趋势
高温合金焊接研究现状及发展趋势摘要：硬质合金是一种粉末冶金制造的金属陶瓷材料，金属化合物(WC、TaC、TiC、NbC和其他碳化物)作为基体，过渡金属(Co、Fe和Ni)作为结合相。
由于强度高、硬度高、耐磨性高、热膨胀系数小、Roth硬度好等一系列优良特性，被称为“工业牙齿”。
作为切削刀具、高温高压成形工具、耐磨耐腐蚀零件等材料，广泛应用于航空航天、工程、石油工业、地质勘探等领域。
关键词：硬质合金；钢；焊接方法；发展趋势引言高温合金又称超合金（Superalloy），是一种基于第八组元素的合金材料，能够承受高温高压下的较大载荷，保持较高的表面稳定性。
高温合金一般具有良好的耐高温性、抗氧化性和耐腐蚀性、优良的抗疲劳性和抗蠕变性以及优良的结构稳定性。
是目前飞机发动机和地面燃气轮机热端零件的最佳材料。
1高温合金的概况及分类采用材料改造方法，可将高温合金分为铸造高温合金、锻造高温合金和新型高温合金。
当前，锻造高温合金在生产实践中占据主导地位。
膝关节置换术的最新发展成功研制了我国φ1.2m GH4698合金圆盘和φ0.8m GH4742合金圆盘，成功消除了进口依赖性，满足了我国大型船舶和燃气轮机的迫切发展需要。
铸态高温合金结构较为稳定，甚至其稳定的工作温度也可以提高到1827℃以上。
新型高温合金解决了高温合金的强分离和难形成问题，主要包括普通粉末冶金和氧化分散高温合金。
与前两种方法形成的超合金相比，新型超合金的应用范围更广。
2焊接方法2.1钎焊作为焊接硬质合金到钢的最传统的连接方法，连接性能主要取决于批次的选择。
因此，目前的研究主要集中在选择和研究开发批次，其中最常用的批次是铜批次、镍批次和银钎焊。
Cu基焊料具有良好的塑性和韧性，能很好地保护WC-co-hartll，并且与钢的热膨胀系数很好地匹配。
Cu合金与钢焊接时的残馀应力几乎可以忽略不计，因此引起了科学界和工业界的关注。
与纯Cu相比，含Sn、Mn、Zn、Al等合金元素的Cu基焊料具有较好的基体润湿性，成型Fe-Co基固体溶液提高了落叶松化合物的界面结合强度，从而获得了具有优良力学性能的焊接接头。
热电材料的研究与应用前景展望
热电材料的研究与应用前景展望随着民众对于环境保护和能源危机的日益关注，材料科学研究也逐渐向可持续能源方向转化。
其中一种受到广泛关注的材料是热电材料。
本文将着重探讨热电材料的研究现状和应用前景。
一、热电材料的定义与原理热电材料是一类具有热电效应的材料。
简单来说，当一端材料受到热量作用时，会产生电流。
这个特性被称为热电效应。
这个效应的基本原理是热量和电子在材料中的传播方式不同，因此在温度差异下会导致电子的漂移，从而产生电流。
二、热电材料的分类目前，热电材料主要有五种：高温热电材料、中温热电材料、低温热电材料、有机聚合物热电材料和纳米热电材料。
高温热电材料和中温热电材料主要适用于工业领域。
它们通常是复杂的化合物，因此制备难度相对较高，但是它们具有非常优异的热电性能。
低温热电材料则主要应用于微型制冷系统、太阳能光伏和废热利用等领域。
有机聚合物热电材料则因其可塑性和低成本优势被广泛应用于生物传感器等领域。
而纳米热电材料则因其高度的表面积和量子效应而具有超强的热电效应。
三、热电材料的研究进展近年来，热电材料研究得到了越来越多的关注。
具有代表性的热电材料研究成果包括：（1）超材料的热电性能研究超材料是由纳米结构构成的材料，具有超出传统材料的特异性质。
研究人员通过构建一种称为“声子平衡亏损”的机制成功地将超材料的热电效应提高了3倍以上。
（2）二维材料的热电性质研究石墨烯是一种具有超强热电性能的二维材料。
目前的研究主要关注于如何改善其热电性能，例如探究外加电场和应变对其热电性能的影响等。
（3）基于纳米晶体的热电材料实验研究表明，通过调整不同晶粒大小的纳米材料可以得到具有不同热电性质的材料，进一步提高热电材料的性能。
总体来说，热电材料的研究领域还处于起步阶段，但是目前的成果已经具有非常大的潜力，特别是在可持续能源领域。
四、热电材料的应用前景在环境污染严重、能源日益匮乏的今天，热电材料因其绿色、可再生的特性正逐渐成为人们眼中的新宠。
2024年高温合金行业深度研究报告
一、行业概述高温合金是指在高温环境下仍能保持良好力学性能和耐热性的一类材料，广泛应用于航空、航天、能源、化工等领域。
2024年，高温合金行业面临着市场需求回落、竞争加剧等问题，还受到原材料供应不稳定、环境监管加强等因素的影响。
二、市场需求分析2024年，高温合金市场需求呈现下降趋势。
航空航天行业是高温合金的主要需求方，但受经济下行和航空业增速放缓的影响，航空航天行业对高温合金的需求减少。
同样，能源和化工领域也存在需求下降的问题。
然而，新兴领域如新能源汽车、高铁等对高温合金的需求增长较快，可以提供新的市场机遇。
三、竞争格局分析高温合金行业竞争激烈，主要厂商之间存在激烈的价格战和技术竞争。
市场份额主要由几家大型企业控制，但在产品技术和市场拓展能力方面，中小型企业也具有一定优势。
此外，国外大型跨国公司的进入，加剧了市场竞争。
四、原材料供应不稳定高温合金的原材料主要包括镍、钴等稀有金属，随着原材料价格的上涨和供应的不稳定，高温合金行业的生产成本明显增加。
原材料市场的不确定性对行业发展构成了较大的风险。
五、环境监管加强2024年，环境保护政策的加强导致高温合金行业面临着生产环境治理和技术升级的压力。
大量企业需要进行生产设备的更新和改进，以满足环境保护标准。
此外，对高温合金行业的排放标准也将进一步提高，加大了企业的运营成本。
六、发展趋势展望尽管2024年高温合金行业面临许多困难，但行业仍存在许多机遇。
随着新能源汽车、高铁等新兴领域的快速发展，对高温合金的需求不断增加。
此外，行业内的技术创新和产品升级也为行业发展带来了新动力。
在未来几年，高温合金行业将面临更多的挑战和机遇。
企业需要加大技术研发力度，提高产品质量和竞争力。
同时，应注重环保和可持续发展，积极应对环境监管的挑战。
全行业应加强合作，共同应对市场变化和竞争压力，实现可持续发展。
高温超导材料研究现状与展望
高温超导材料研究现状与展望随着能源的日益增长，对电力的需求也与日俱增。
电力作为现代社会的基础设施，其可靠性和供应能力已成为社会经济发展和人民生活需要的必要条件。
因此，研发更高效、更节能的电力设备已成为科学家们致力的一项重要任务。
高温超导材料的出现，使得超导技术在动力电子、能源传输、静电控制等领域发挥了重要作用，并在高速列车、磁悬浮、日常生活等多领域得到了广泛应用。
高温超导材料被定义为在温度高于液氮沸点(77 K)的温度下，其电阻率可降至零的材料。
然而，高温超导材料中存在的困难是在超导突破点以上几乎没有任何材料性质相关的导电性（如导电度或超导密度）。
开发新的高温超导材料的研究一直是超导领域的重要性目标之一，也是研究者们一直在追求的方向。
高温超导材料与传统超导材料不同，它们不仅具有超导性能，还存在磁性等特殊性质。
此外，高温超导材料的四种主要机制包括离子液滴和亚稳结构的形成、氧化还原反应、晶格摆动和位错自组装等，使其在新能源、新材料等领域都有巨大的应用潜力。
高温超导材料的研究取得了长足进展。
截至目前，最高的Tc 值测试结果是前苏联所研制的Bi-Sr-Ca-Cu-O材料，其等效Tc值约为135 K。
近年来，实验室通过对高温超导材料微观观察和之前的理论预测，已有许多新型材料被发现。
其中，铁基高温超导材料由于其在科学上的重要性，被认为是新材料领域的一颗明珠，将于未来取代铜基高温超导材料。
然而，目前高温超导材料研究面临诸多挑战。
如何有效提高高温超导材料的制备工艺和制备效率，如何减小高温超导材料制备中的缺陷，如何克服高温超导材料的脆性和热容量不足等问题，都是需要攻克的难关。
这些挑战都需要在理论和实践方面获得突破，以提高高温超导材料的结构设计和合成效率。
未来，高温超导材料在能源和新材料领域中仍然将发挥着重要的作用。
从技术应用上看，高温超导材料可以广泛应用于电力传输、动力装置和磁悬浮。
在能源存储领域，高温超导材料可以使锂电池的充电和放电速度得到增加，使电子市场的发展迈出重要一步。
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固体火箭技术
文章编号：１００６－２７９３（２００２）０３珈５Ｉ＿０５
先进高温材料的研究现状和展望①
徐强，张幸红，韩杰才，赫晓东
（哈尔滨工业太学复合材料研究所，哈尔滨１５０００１）
摘要：综述了高温合金、难熔金属、陶瓷、金属闻化合物、金属基 复合材料、陶瓷基复合材料、ｃ／ｃ复合材料和梯度功能材料等 先进高温材料的研究与应用现状，评述了其发展趋势。 关键词：先进高温材料；研究现状；发展趋势 中图分类号：ｖ２５７ 文献标识码：Ａ
２高温合金
高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在６００℃以上
ｃｒ＿２％哺０。），然而由于ＴｈＯ。具有放射性，对人体有 害，通常选用Ｙ。ｏ。来代替ＴｈＯ：…。美国国际镍公司
①收稿日期：２００１—１２－３０；修回日期：２００２—０４－１９。 作者简介：徐强（１９７６一），男，博士，从事复合材料研究。
万方数据
氧化物弥散强化高温合金是另一类高温合金，是 将细小的氧化物颗粒均匀地分散于高温合金基体中， 通过阻碍位错的运动而产生强化效果的一类合金。其 突出特点是高温（１
ｏｏｏ—ｌ
３５０℃）下具有较高的强
度。最早的氧化物弥散强化高温合金采用Ｔｌ、０，作弥 散强化相，如ＴＤＮｉ（Ｎｉ一２％Ｔｈ０：）和ＴＬ）Ｎｉｃｒ（Ｎｉ卫Ｏ％
ｉ“ｇ Ａ，１９９１，１４３：３ｌ＿４１．
ｌｏ先进高温材料的发展趋势
先进高温材料主要有如下发展趋势： ａ．将纳米技术引入先进高温材料的研究中，先进 高温材料经过纳米材料复合后，强度韧性将会得到显 著改进，其高温力学性能尤其明显，可望成为解决
Ｌ
ห้องสมุดไป่ตู้
［９］傅恒志，朱明，杨尚勤．空天技术与材料科学［Ｍ］．北京： 清华大学出版社；广州：暨南大学出版社，２０００：２２７－２３４． ［１０］
２０４℃。
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ｌ引言
固体火箭的工作环境十分恶劣，加力燃烧室喷管、 喉衬、涡轮叶片、导向叶片、燃气轮机等部件都与高温 材料有着密切的关系，对固体火箭发动机喷管喉部和 其它热端部件提高效率的追求，已经对未来高温材料 提出了更高、更迫切的要求，并更紧密地依赖于高温材 料的研究开发，高温材料已经成为航天先进材料中的 优先发展方向，材料在高温下的应用对航天技术特别 是固体火箭等领域具有极其重要的推动作用。 已经研制和开发出的先进高温材料有：高温合金、 难熔金属、陶瓷、金属问化合物、金属基复合材料、陶瓷 基复合材料、ｃ／Ｃ复合材料和梯度功能材料等。
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ｗ，毗“｜｛ｉ曲一ｔｅｍＰｅｒ且ｔｕ坤８ｔｎｌｃｔ【ｌｍ ｍａｔｅｄ也［Ｍ］
ｈｎｄ”：Ｃｈ印ｍａＩｌ＆Ｈａｕ，１９９６：５ｌ躺．
［１１］魏邦旭．陶瓷／气相／金属复合结构涡轮转子叶片新设 想与复合材料结构设计［ｃ］．洛阳：第七届发动机结构 强度振动学术会议论文集，１９９４：《．５０． ［１２］ 卢嘉德．固体火箭发动机复合材料技术的进展及其应 用前景［Ｊ］．固体火箭技术，２００１，２４（１）：４６－５２． 【１３］陈国良，林均品．有序金属间化合物结构材料物理金属 学基础［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，１９９９：１＿５． ［１４］陈国良．金属问化合物结构材料研究现状与发展［Ｊ］． 材料导报，２０００，１４（９）：１－５． ［１５］王德志，左铁镛，刘心字．Ｍｏｓｉ，基高温结构材料的研究 现状和发展趋势［Ｊ］．材料导报，１９９７，１ｌ（４）：５４Ｊ６． ［１６］巩林如，译．美国国家航空航天飞机（ＮＡｓＰ）的材料技 术面临挑战【Ｒ］．ｃＦ ［”］
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系和Ｎｉ—ｃｒ－Ａ１蜀一ｗ—Ｍｏｏａ系合金。但随着发动机性
能的不断提高，镍基高温合金的使用温度已经接近极 限，用改变其舍金成分来提高使用温度已非常困难。 为了满足固体火箭发动机的使用要求，高温台金的发 展重点已由普通锻造和铸造高温合金发展为定向凝固 高温合金和单晶高温合金，并向弥散强化高温合金和 纤维增强的高温合金发展。单晶高温合金已由第一代 合金（如ＰｗＡｌ４８０、ｃＭｓｘ－２、ｓＲＲ９９、揪ｃ＿６Ｙ等）和第 二代台金（如ＰｗＡｌ４８４、ｃＭｓｘ４、ＲｅｎｅⅣ４、ＭｘＯＮ等） 发展到含有５％～７％Ｒｅ的第三代单晶合金（如ｃＭ— ｓｘ一１０、ＲｅｎｅＮ６等），其工作温度已达到１
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一５２一
万方数据
万方数据
万方数据
目前研究用于高温材料的梯度功能材料体系主要 有：ｓｉｃ—ｃ、ＴｉＢ２一ｃｕ、ＴｉＢ２一Ｎｉ、ｗ—ｃｕ和ｃｕ—Ｂ４ｃ等。
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采用高能球磨合金成功制备了一种弥散强化的高温合 金ＭＡ６０００，它含有１．１％Ｙ２０，，其热疲劳性能和持久 强度明显优于定向凝固合金和单晶合金…。
当前对高温结构陶瓷的研究主要集中于ｓｉｃ、 ｓｉ，Ｎ。、Ａ１，ｏ，和ｚｒ０：等，它们有良好的高温强度，已经 在航空涡轮发动机等方面得到了应用”ｏ。在众多的陶 瓷材料中，以ｓｉ，Ｎ。高温结构陶瓷最引人注目。这类 陶瓷的综合性能较突出，非常适于制作航天发动机涡 轮转子叶片等高温承力部件”１’“１。目前，国外已把 ｓｉ３Ｎ。陶瓷材料作为高温结构的首选陶瓷材料在军用 和民用领域进行广泛、重点的研究与开发。
５金属闯化合物
由于金属间化合物具有比重轻、强度高以及高温 力学性能和抗氧化性优异等特点，同时金属间化合物 又具有金属键和共价键共存的特性，其使用温度可介 于金属超合金和陶瓷之间（１
１００一１
４００℃），与陶瓷
相比又具有较低的脆性，是２０世纪９０年代发展起来 的新型高温结构材料。但并非所有的金属问化合物都 能成为高温结构材料，其中具有铍化物、铝化物和硅化 物才符台新型高温结构材料的要求，但由于铍化物具 有一定的毒性而限制了它的应用。 金属间化合物具有作为高温结构材料的特殊优 点，许多金属问化合物的强度在一定的温度范围内随 温度升高不是连续下降，而是升高或保持不变。这种 强度随温度升高而提高是一种反常的强度一温度关系， 完全不同于传统金属材料的强度随温度升高不断下降 的关系。这一发现推动了在金属间化合物形变特性和 屈服强度反常温度关系方面新的理论模型和机制的研
８００９２：７５４９．
６００ｑｃ以上先进高温材料的重要途径。 ｂ．寻找更好的制备工艺，减少制备周期及制备成
本，进一步提高材料的各项性能。 ｅ．建立和完善先进高温材料各项性能指标的测 试、表征技术和评价标准，建立有关先进高温材料的数 据库。 ｄ．探索一些具有特殊性能的可应用于高温环境 的新材料种类，如Ｔｉ３ｓｉｃ：、Ｔｉ：Ａｌｃ和Ｎｉ。Ａｌ－Ｎｉ，Ｎｂ金属 的化合物共晶合金等，同时应研制容易制造和高温氧 化环境中能重复使用的材料。 ｅ．对于某些高温结构材料二次加工比较困难的 问题，同时为了降低陶瓷零件的制造成本，需研究新的 更经济的特种加工技术和近净成形加工工艺。 ￡研究整体结构的先进高温材料用来取代过去采 用的一些复合结构，达到减重的目的。 昏将镏能结构引入先进高温材料中，研究和开发 高温智能材料。 ｈ．先进高温材料的应用研究也要大大加强，同时 应注意根据不同使用温度和环境合理选择不同的先进 高温材料。
３难熔金属 难熔金属（ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、№和ｚｒ等）及其合金，由于
具有熔点高、耐高温和抗腐蚀强等突出优点，从２０世 纪５０年代以来，一直被列入重要航天材料之一，应用 领域涉及到固、液火箭发动机．重返大气层的航天器， 航天核动力系统等方面”１。钨具有非常高的熔点，具 有很好的抗烧损和抗冲刷能力，常用作长时间工作的 小型发动机的喉衬，美国还将其用于北极星Ａ＿１、Ａ＿２， 民兵Ｉ一Ⅲ型等导弹的燃气舵。而钼因为熔点较低， 只适用于尺寸较小、推进剂能量较低的发动机，以及应 用在火箭发动机辐射冷却燃烧室。在早期的发动机推 力矢量控制中也曾采用钼制造的燃气舵，但烧蚀严重。 为了减轻纯钨高温结构材料的重量和弥补纯钼材料烧 蚀性能不佳的缺点，在钨中添加不同含量铝的钨钼台 金得到了较为广泛的研究和应用，钼含量的增加可提 高抗热震性能，但熔点降低，烧蚀率增加”１。Ｒｏｓ“一 ｓｔｅｉｎ采用快速凝固工艺已经获得了含有Ｂ或Ｎ的过 饱和Ｎｂ基难熔合金，通过后续热处理析出纳米颗粒来 阻碍位错运动而达到强化目的，实验研究表明在温度 达到２ ２００℃时，Ｎｂ基合金仍旧保持良好的性能”１，Ｎｂ 基难熔合金已用于小型液体火箭发动机”１。在难熔金 属及其合金中，目前研究和使用较多的是钨渗铜材料， 由钨粉烧结成多孔钨骨架，再经高温熔渗铜，形成钨渗 铜二元假合金。这种双组分金属复合结构部件在灼热 的燃气流中工作时，可使钨骨架结构中所渗透的铜熔 融、汽化，并从钨骨架中逸出。这种金属相变化需要吸 收大量的热量而产生冷却效应，加上铜良好的导热性， 使部件起到冷却降温效果，以致部件可保持原有的工 作特性而满足控制系统的要求。类似钨渗铜的高温材 料还有钨渗银、钼渗铜等。