高超声速飞行器的神秘外衣

高超声速飞行器上有这么一件神秘外衣，人称“铁布衫”，你知道是什么吗？

高超声速飞行器一般指的是飞行速度在5倍声速以上（马赫数大于5）的空天飞行器，如高超声速巡航导弹、高超声速侦察机，等等。也就是说，它每小时至少可以飞行6120公里。这意味着，它能在很短的时间内抵达地球上的任何一点，然后对数千公里甚至是上万公里外的各类军事目标进行快速打击。

也难怪世界各军事大国都纷纷投巨资到高超声速飞行器的研发上，而且，各国正在抓紧研制飞行速度在马赫数10以上的高超声速飞行器。例如，美国的X-43A高超声速飞行器早已在2004年的飞行试验中就达到了9.8马赫的惊人速度。

然而，在研发高超声速飞行器的过程中，各大国也难免都会遇到一道世界难题——热防护。因为要想实现如此高速的飞行，必然要保证飞行器的关键结构部件如头锥、翼前缘、迎风面、背风面、发动机喷管等可以承受得住剧烈的空气摩擦以及高达2000-3000℃的热气流冲击而不被破坏，即这些部件要具有耐高温、高强度、抗压、抗冲击等优良性能。

钨、钼、铼等难熔金属虽然可以经受两千多度的高温，而且在此温度条件下还能保持很高的强度和抗压、抗冲击能力，然而这些高温金属在高温下却逃不了氧化的命运。因此，这些部件多采用陶瓷、高温合金以及高温聚合物等一些特殊的材料制成。

目前，美国的多数高超声速飞行器的头部多采用钨基材料。例如，X-43A的非常窄细的鼻锥就是采用362.88kg的高密度钨合金板制成的，其目的是将飞行器的重心前移。但，单它就占了飞行器总重量的29%。而且，钨，作为一种具有较高价值的金属材料，将带来一个问题——成本居高不下。重量和成本，这两个问题对于未来的武器化、大范围的装备都会是不小的障碍。

此外，除了采用特殊材料来制造这些关键部件，为了提高高超声速飞行器的突防和生存能力，还要在最后给飞行器披上一件神秘外衣——耐高温抗氧化涂层，也有将它形容成“铁布衫”的。实际上，耐高温抗氧化涂层是科研人员为改善难熔金属钨、钼、钛、钽、铌、铼及其合金在高温有氧状态下的使用性能而研发出来的。

通过烧结、泡渗、涂覆、电镀、激光融覆、等离子喷涂、多弧离子镀、化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、有机化学气相沉积（MOCVD）、高温高速火焰喷涂、扩散焊接结合、双辉等离子成型等方法对难熔金属及其合金的表面进行高温抗氧化处理，即可获得耐高温抗氧化涂层。

当然，除了研究涂层材料，许多军事强国也正在研究非涂层的陶瓷金属基高温抗氧化材料，较为先进的是微纳轻型陶瓷金属复合技术和碳-碳-轻型陶瓷复合技术。例如，前两年，中南大学的研究团队经过了15年的艰难攻关，终于成功研发了一种有可能为高超声速飞行器的研制铺平道路的新型的耐3000℃烧蚀的陶瓷涂层及其复合材料——新型Zr-Ti-C-B陶瓷涂层改性的炭/炭复合材料。

随着高超声速飞行器的飞行速度的不断提高，耐高温抗氧化涂层必然成为各军事大国竞相抢占的科技制高点，也是各国需要持续攻关的技术关键点和难点。对此，笔者坚信，我们的科研人员的长期努力必然不会白费，我们终将会站上这科技的制高点！

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