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當火箭以每秒8千米的高速運行時，火箭的外殼與大氣發(fā)生強烈的摩擦，將會產生上千攝氏度的高溫。與此同時，當火箭發(fā)動機工作時，還要噴出幾千攝氏度的高溫氣流。

研發(fā)背景

一般來說，火箭的外殼是用鈦合金、鈹合金和鋁合金等材料做成的，如基體直接與高溫接觸，外殼的強度將會大大的減弱，并且由于合金良好的熱傳導率，高溫很快就便會傳到火箭內部，因此，產生的高溫會燒壞各種自動控制儀器和電子元件，為火星的正常飛行埋下了安全隱患。

為了預防熱失控所帶來的高溫危害，人們在火箭的外殼上涂上了一層又輕又薄的特種涂料（耐燒蝕隔熱涂料）。目前先進火箭噴嘴一般采用高性能的碳碳復合材料制成。表面涂有高性能的特種陶瓷涂料，這種涂料大多是由硅、磷、氮、硼、氯等元素合成的有機樹脂，具有耐高溫和自熄的特性，它好比是套在火箭外部的一件石棉衣服。

氮化硼納米管在火箭外殼涂料中的應用

氮化硼是一種性能優(yōu)異并有很大發(fā)展?jié)摿Φ男滦吞沾刹牧?，氮化硼納米管作為氮化硼的另一種形式，具備熱穩(wěn)定性強、輕質高強、導熱絕緣、耐火阻燃、吸收中子輻射、儲氫和壓電等性能適合航天推進系統(tǒng)和空間的應用，氮化硼納米管可以加入樹脂或陶瓷中，形成涂料或復合材料組件。加入特種陶瓷形成的涂料可用于火箭外殼耐燒蝕涂料。

氮化硼納米管在火箭噴口構件的應用

此外，火箭推進系統(tǒng)部件的質量和性能也至關重要，納米材料的應用使運載火箭、宇宙飛船和飛機的推進部件的質量減少30%，壽命延長一倍。通過開發(fā)具有更高熱穩(wěn)定性和機械強度的輕質復合材料，可以實現減重。因此，火箭噴嘴襯套的結構組件受益于納米填料，所提升的導熱性和強度。

為解決碳納米管材料限制問題

碳納米管可制備出強度、韌性、耐久性和溫度穩(wěn)定性更高的納米復合材料。然而碳納米管的加入被控制在5%以下，這是因為碳納米管在更高的濃度下會團聚，并且這些納米顆粒的加入會顯著增加粘度。這限制了在機械性能和熱穩(wěn)定性方面所能達到的改善程度。

氮化硼納米管（BNNT）與碳納米（CNT）管的力學性能類似，但比碳納米管能承受更高一倍的溫度。在陶瓷中加入氮化硼納米管，可以提高陶瓷的韌性和改善其力學性能。NASA研究人員最近的工作表明，氮化硼納米管可以生長在陶瓷纖維表面，通常用于陶瓷基復合材料，這種陶瓷基復合材料的強度，比用常規(guī)三維預制體增強的復合材料高3倍以上。

大連義邦引入高性能氮化硼納米管

氮化硼納米管遇到的技術難題

以往在陶瓷納米復合材料中使用氮化硼納米管，面臨的主要技術挑戰(zhàn)是,批量生產該材料具有很大的難度，難以實現大規(guī)模應用。

解決問題的方案

大連義邦引入的氮化硼納米管（BNNB），是由全球為數不多的已經實現氮化硼納米管規(guī)?；a的BNNano公司所生產，通過特有工藝和專利技術，已實現工業(yè)化批量生產。

該納米管在外壁表面上形成不規(guī)則的六方氮化硼結晶體，不規(guī)則表面使最接近的表面距離最大化，限制范德華力，不易產生結塊。從而有效解決了，因為碳納米管添加量高于5%而形成團聚和結塊的問題。并且，由于氮化硼納米管的B-N鍵是永久偶極子，而碳納米管的C-C鍵沒有極性，所以會加強氮化硼納米管與基體材料的交聯(lián)，與碳納米管相比可以更高程度的提升復合材料的強度，而其耐高溫是碳納米管的二倍，也增強了復合材料的耐溫性能。

將連義邦引入的氮化硼納米管，加入陶瓷材料中形成耐熱結構，并顯著提高了陶瓷基復合材料的硬度和耐用性。除了提高硬度和耐高溫能力外，BNNT還為航天和航空應用中使用的某些陶瓷產品，提供了更大的輻射屏蔽能力。

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