碳化硅、氮化硼陶瓷基复合材料技术成果应用于空间站“天和”核心舱

4月29日，空间站“天和”核心舱发射成功，中国科学院金属研究所（以下简称“金属所”）多项材料技术成果在“天和”核心舱获得应用。
其中，首次应用于核心舱电推进系统中的霍尔推力器腔体采用了由金属所研制的氮化硼陶瓷基复合材料。电推进系统也称电火箭发动机，是一种先进的空间推进技术，其主要特点是比冲高、寿命长、控制精度高。霍尔推力器中等离子体的电离、加速均在由氮化硼陶瓷基复合材料做成的放电腔中完成，因此放电腔可以比喻成霍尔推力器的“心脏”。金属所沈阳材料科学国家研究中心陈继新副研究员，带领团队解决了氮化硼陶瓷材料强度低、易吸潮、腔体放电状态不稳定、抗离子溅射能力差等难题，研制出具备低密度、高强度、抗热震、耐溅射、易加工、绝缘性能好等优点的氮化硼基复合材料，满足了推力器对陶瓷腔体材料的要求。此外，霍尔推力器中还有多种部件也采用了该陶瓷材料作为高电压与低电压之间的绝缘介质。该氮化硼陶瓷基复合材料已广泛应用在重大航天计划中，满足了航天器对陶瓷腔体材料的高要求。　　
由金属所师昌绪先进材料创新中心马宗义团队研制的高性能碳化硅颗粒增强铝基复合材料（SiC/Al）应用于太阳翼伸展机构关键部件，保证了电源系统的顺利展开。团队突破了粉末冶金批量制备技术、各向同性中厚板塑性成形技术，坯锭生产效率提升5倍以上，板材成品率提升20%，产品批次间性能差异Cv＜5%。目前该团队已为空间站电源系统提供了十余批次产品。“天和”核心舱还首次采用大面积可展收柔性太阳电池翼，采用6台有源机构三维五步展开，展开过程中，数节伸展机构依次向外推出，带动太阳翼向外展开，展开过程持续40分钟。　
此外，金属所师昌绪先进材料创新中心段德莉团队研制的多种铠装热控器件应用在核心舱推进系统的热控中，平面异形（片式）加热器应用于双组元推力器喷注腔室的热控，满足了核心舱对热控低功耗和减少推进媒质消耗的双难要求。高电阻密度（条式）加热器应用于小型姿态控制推力器的头部热控，为提高核心舱与后续飞船对接的精确控制打下坚实基础。　　
金属所材料腐蚀与防护中心韩恩厚、宋影伟团队研制的镁合金表面处理技术应用于核心舱医学样本分析与高微重力科学实验柜（简称高微柜）、无容器科学材料实验柜的主结构子系统、高微柜悬浮实验系统自动锁紧释放机构中所用的镁质部件，满足了减重、耐蚀、导电等多功能要求。

（来源：中国科学院金属研究所）

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