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鋁基碳化硅復合材料助力“祝融”掌火
2021年05月27日 發布 分類:行業要聞 點擊量:88
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據中國日報消息,5月22日 我國祝融號火星車已安全駛離著陸平臺,到達火星表面,開始巡視探測。針對祝融號火星車不同部件的要求,金屬所共開發出不同碳化硅含量與基體鋁合金種類的4種鋁基碳化硅復合材料。相關產品用于火星車行走機構、驅動機構、探測器等50余種零部件,共供貨460余件,約3噸,使火星車成為我國使用鋁基復合材料最多的航天器。

祝融號與前不久登陸火星的美國毅力號相比,有一處對比數據值得關注:祝融號尺寸是長3.3米、寬3.2米、高1.85米,重240公斤;毅力號尺寸是長3米、寬2.7米、高2.2米,重1025公斤。不難看出,絕對尺寸相差仿佛的兩者,質量上卻差了4倍以上,除了兩者搭載的科學工具不同,更多差異則源于結構設計和材質差異。可以肯定的是,毅力號作為美國第三代火星車,在絕大多數方面要優于中國的初代火星車祝融號,但是中國科學院金屬研究所自主研發的鋁基碳化硅材料也絕不弱。

祝融號和毅力號比例圖(來源:China航天微博)

火星大氣密度約為地球的百分之一,主要成分是二氧化碳。表面平均溫度大約為-60℃,最低-123℃,最高為27℃。由此可知,為適應火星的特殊環境,火星車材料必然受到嚴峻考驗。

鋁基碳化硅(AlSiC)的全稱是鋁基碳化硅顆粒增強復合材料,采用鋁合金作基體,按設計要求,以一定形式、比例和分布狀態,用SiC顆粒作增強體,構成有明顯界面的多組相復合材料,兼具單一金屬不具備的綜合優越性能。它充分結合了碳化硅陶瓷和金屬鋁的不同優勢,具有高導熱性、與芯片相匹配的熱膨脹系數、密度小、重量輕,以及高硬度和高抗彎強度。其特性主要取決于碳化硅的體積分數(含量)及分布和粒度大小,以及鋁合金成份。

早在2015年,中國科學院金屬研究所接到火星車材料的研制任務。隨后,他們設計出一系列新型高強、高塑、高穩定性的鋁基碳化硅復合材料,并成功突破大尺寸坯料制備與成形加工技術難題,使得所研發的高強韌新型鋁基碳化硅復合材料具備了應用可行性,從而為火星探測器順利研制提供了有力保障。在2016年,祝融號其時雖未被正式命名,但國家國防科工局探月與航天工程中心發布了外觀設計構型圖就已經揭開它的神秘面紗。

2016年發布的火星車外觀設計構型圖與今天的祝融號幾乎沒有差異

金屬所通過解決大尺寸坯錠制備、材料塑性成形等技術瓶頸,研制出不同規格的復合材料樣件。嚴苛的地面考核表明,金屬所研制的新型鋁基碳化硅可滿足火星復雜地貌導致的沖擊、刺穿開裂、磨損等問題,相關技術方案取得用戶高度認可。

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