特邀佳賓：劉松茂
哥倫比亞航天飛機(jī)的爆炸，震驚了世人，同時也引起了人們對航天材料的關(guān)注。為此，本刊特邀航天科工集團(tuán)第二研究院研究員劉松茂給大家講講航天材料的特殊性。
材料的種類有很多，不同的材料有不同的用途，如何既經(jīng)濟(jì)又適用地選用材料是一門艱深的學(xué)問，這一點往往因人們的忽視或無知，帶來許多災(zāi)難性的后果，如火箭爆炸、飛機(jī)墜毀、火車出軌、樓房倒塌……物毀人忘，損失無法估計。
什么是材料？
辭海中給材料下的定義是這樣的：經(jīng)過人類勞動取得的勞動對象稱為原料，把經(jīng)過工業(yè)加工的原料如鋼材水泥等稱作材料。而材料專家們則這么說：材料是人類進(jìn)化與文明的重要里程碑。在當(dāng)今世界新技術(shù)革命浪潮中，材料、能源和信息被譽(yù)為文明的三大支柱。
航天材料有什么特點？
在眾多材料中，航天材料的種類非常多。由于火箭、導(dǎo)彈和衛(wèi)星的種類很多，它們各自的需求不同，因此所用的材料也是五花八門的，液體、固體、氣體、黑色金屬、有色金屬、各種非金屬、超塑材料、復(fù)合材料，多達(dá)數(shù)千種。但這么多的材料，選擇起來的要求卻非常苛刻。有些要求能抗高溫、抗高壓，如發(fā)動機(jī)推進(jìn)劑藥柱燃燒時會產(chǎn)生3000℃以上的高溫，6Mpa的高壓，瞬時產(chǎn)生2500℃的溫差熱沖擊，這就要求發(fā)動機(jī)的材料具有耐高溫、高壓的性能。有的火箭使用液氫液氧作推進(jìn)劑，這樣火箭儲存罐的材料就需要能夠承受超低溫，還要抗腐蝕、抗燒蝕。而象潛地導(dǎo)彈的選材則必須能夠承受巨大的水下載荷，同時還要具有隱身性能好，抗干擾性強(qiáng)，可耐受惡劣環(huán)境等特點。
此外，對某些材料的細(xì)節(jié)要求也非常嚴(yán)格。如結(jié)構(gòu)材料的微觀結(jié)構(gòu)、晶粒度、夾雜；功能材料的功能參數(shù)靈敏度；精密合金材料的導(dǎo)磁率、矯頑力、剩磁；電絕緣介質(zhì)的電阻率、擊穿強(qiáng)度、損耗、介電常數(shù)；微波復(fù)合材料的透潑性和吸收性；密封灌注材料的密封性；粘合劑的粘合強(qiáng)度等都有極細(xì)致的要求。
為什么要重視對航天材料的選用？
航天材料的選用需要非常慎重。一發(fā)火箭、導(dǎo)彈、衛(wèi)星往往上億元，如果選材不當(dāng)造成發(fā)射失敗，損失無法估量。1986年1月美國航天飛機(jī)挑戰(zhàn)者號在進(jìn)行第10次飛行時，右側(cè)固體發(fā)動機(jī)后部連接處密封材料失效，液體外漏，導(dǎo)致升空73秒后爆炸。7名機(jī)組成員全部遇難。
美國某公司的一名技工曾把一枚廢舊的鉚釘裝在航天飛機(jī)上，被發(fā)現(xiàn)后，這家公司被罰款一億美元，而這名技工則被判了20年徒刑。
我國1991年12月28日發(fā)射的東方紅2號甲通訊衛(wèi)星就是因為一個小小的繼電器中殘留有金屬屑而導(dǎo)致失效。
可見航天材料的選取是非常重要的。航天技術(shù)是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它應(yīng)用現(xiàn)代科技眾多領(lǐng)域的最新成就，是科學(xué)技術(shù)與國家基礎(chǔ)工業(yè)緊密結(jié)合的產(chǎn)物。如果沒有基礎(chǔ)材料的慎重選取為基礎(chǔ)，其它的一切努力都可能毀于一旦。前不久，哥倫比亞號航天飛機(jī)的慘劇再次提醒我們重視這一問題。
如何測試航天材料的性能？
為了確保航天材料的性能能夠符合要求，我國航天部門曾專門下文件要求加強(qiáng)材料復(fù)驗工作，為此還專門制訂了金屬材料和非金屬材料兩項復(fù)驗標(biāo)準(zhǔn)，對生產(chǎn)廠家出廠合格的材料還要進(jìn)行復(fù)驗。除了常規(guī)的測試項目外，對有特殊要求的材料，還要研制特殊的設(shè)備進(jìn)行測試。下面僅簡述一下各種材料的測試方法：
結(jié)構(gòu)用材料，其化學(xué)性能，如材料成份等在化學(xué)或光譜試驗室用液相色譜法或紅外光譜法進(jìn)行測定；力學(xué)性能如沖擊韌性、斷裂韌性等在力學(xué)試驗室用萬能材料試驗機(jī)測定；物理性能如斷口形貌、微觀組織等在金相試驗室用顯微鏡等設(shè)備測定；用于航天器件控制的功能材料分別由各有關(guān)試驗室測定，如軟磁、硬磁、硅鋼、電阻、雙金屬、膨脹等類材料在電磁試驗室用電橋法、方圈法、沖擊法、介質(zhì)測量儀、LCR儀等方法測定；橡膠、密封、灌注、粘合、石油等有機(jī)材料用有機(jī)材料試驗室相應(yīng)設(shè)備測定；用于微波頻段的材料如雷達(dá)天線罩等則要在微波試驗室用網(wǎng)絡(luò)分析儀在相應(yīng)頻段測試。以上試驗大都有國家標(biāo)準(zhǔn)，特殊的有航天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。但針對航天特殊環(huán)境和條件要求的材料，如超高溫、超低溫、高壓、腐蝕等嚴(yán)酷條件，甚至模擬火箭發(fā)射火焰對材料的影響等條件下的測試，則需要研制一系列龐大的設(shè)備。反復(fù)多次地測試材料的承受能力，性能變化等情況，才能掌握材料的全面情況，確保航天事業(yè)的萬無一失。
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