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铝基碳化硅复合材料助力“祝融”掌火
2021年05月27日 发布 分类:行业要闻 点击量:917
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据中国日报消息,5月22日 我国祝融号火星车已安全驶离着陆平台,到达火星表面,开始巡视探测。针对祝融号火星车不同部件的要求,金属所共开发出不同碳化硅含量与基体铝合金种类的4种铝基碳化硅复合材料。相关产品用于火星车行走机构、驱动机构、探测器等50余种零部件,共供货460余件,约3吨,使火星车成为我国使用铝基复合材料最多的航天器。

祝融号与前不久登陆火星的美国毅力号相比,有一处对比数据值得关注:祝融号尺寸是长3.3米、宽3.2米、高1.85米,重240公斤;毅力号尺寸是长3米、宽2.7米、高2.2米,重1025公斤。不难看出,绝对尺寸相差仿佛的两者,质量上却差了4倍以上,除了两者搭载的科学工具不同,更多差异则源于结构设计和材质差异。可以肯定的是,毅力号作为美国第三代火星车,在绝大多数方面要优于中国的初代火星车祝融号,但是中国科学院金属研究所自主研发的铝基碳化硅材料也绝不弱。

祝融号和毅力号比例图(来源:China航天微博)

火星大气密度约为地球的百分之一,主要成分是二氧化碳。表面平均温度大约为-60℃,最低-123℃,最高为27℃。由此可知,为适应火星的特殊环境,火星车材料必然受到严峻考验。

铝基碳化硅(AlSiC)的全称是铝基碳化硅颗粒增强复合材料,采用铝合金作基体,按设计要求,以一定形式、比例和分布状态,用SiC颗粒作增强体,构成有明显界面的多组相复合材料,兼具单一金属不具备的综合优越性能。它充分结合了碳化硅陶瓷和金属铝的不同优势,具有高导热性、与芯片相匹配的热膨胀系数、密度小、重量轻,以及高硬度和高抗弯强度。其特性主要取决于碳化硅的体积分数(含量)及分布和粒度大小,以及铝合金成份。

早在2015年,中国科学院金属研究所接到火星车材料的研制任务。随后,他们设计出一系列新型高强、高塑、高稳定性的铝基碳化硅复合材料,并成功突破大尺寸坯料制备与成形加工技术难题,使得所研发的高强韧新型铝基碳化硅复合材料具备了应用可行性,从而为火星探测器顺利研制提供了有力保障。在2016年,祝融号其时虽未被正式命名,但国家国防科工局探月与航天工程中心发布了外观设计构型图就已经揭开它的神秘面纱。

2016年发布的火星车外观设计构型图与今天的祝融号几乎没有差异

金属所通过解决大尺寸坯锭制备、材料塑性成形等技术瓶颈,研制出不同规格的复合材料样件。严苛的地面考核表明,金属所研制的新型铝基碳化硅可满足火星复杂地貌导致的冲击、刺穿开裂、磨损等问题,相关技术方案取得用户高度认可。

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