近日，由西北工業(yè)大學(xué)科研團隊主導的超高溫合金材料研究取得新進(jìn)展，研究團隊通過(guò)中國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)現了難熔合金微觀(guān)組織結構與宏觀(guān)形態(tài)的雙調控。

據介紹，研究團隊選取的實(shí)驗材料為鈮合金，從2021年9月開(kāi)始，樣品分三批，隨天舟三號、天舟四號、天舟五號貨運飛船進(jìn)入中國空間站開(kāi)展空間材料科學(xué)實(shí)驗。在航天員的協(xié)助下，研究團隊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)測定等重要實(shí)驗。

鈮是一種難熔金屬，其熔點(diǎn)高達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)的熱防護和結構材料，因而被認為是下一代火箭和航空發(fā)動(dòng)機的重要備選材料。

在地面環(huán)境下，要對其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)驗容器都很難找到。而中國空間站的無(wú)容器材料實(shí)驗柜剛好能夠提供無(wú)容器和微重力環(huán)境的絕佳實(shí)驗條件，也為研究人員獲取其物理特性提供了可能。

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

鋯合金具有耐腐蝕性和生物相容性，通常在核技術(shù)及醫學(xué)植入領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用。此前，鋯合金的36個(gè)實(shí)驗樣品，通過(guò)天舟三號貨運飛船送入中國空間站。借助微重力環(huán)境，研究團隊得到了不同于地面的材料內部溫度場(chǎng)和流場(chǎng)分布，并觀(guān)察到特殊的表面組織結構。

據介紹，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 )出現收縮與縮孔，這也是該專(zhuān)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構，是此前在地面條件下從未發(fā)現過(guò)的現象，將對進(jìn)一步了解材料特性，拓展材料應用提供新的可能。

據了解，科研團隊利用中國空間站，共對六種合金材料開(kāi)展了上百次實(shí)驗。未來(lái)，還將計劃對其他材料，尤其是瞄準國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。