应变玻璃合金是航天产业重要弹性材料 研究开发意义重大

应变玻璃合金是航天产业重要弹性材料 研究开发意义重大

应变玻璃,是一种形状记忆合金,为纳米级材料,其短程有序晶格应变区域呈冻结状态,具有典型的玻璃化转变特征,可以对外界刺激产生应变反应,也称为应变玻璃合金。

  形状记忆合金(SMA),基于热弹性与马氏体相变原理使其具有形状记忆效应,已发现的产品种类较多。应变玻璃合金出现在形状记忆合金中未自发产生马氏体相变的部分。应变玻璃合金特征包括动态冻结特性、非各态遍历性,拥有新的相变机制,即应力诱发马氏体相变、等温马氏体相变。

  根据新思界产业研究中心发布的《2024-2029年中国应变玻璃合金行业市场深度调研及发展前景预测报》告显示,应变玻璃合金的功能主要包括形状记忆效应、超弹性效应、热弹性效应、阻尼效应、艾林瓦效应等,其原子间结合力/平均结构不会随温度变化而改变,可在宽温域条件下维持弹性模量恒定。应变玻璃合金独特的性能使其作为智能材料、功能材料研究具有巨大潜力。

  全球航天产业发展迅速,空间技术不断进步,对弹性材料需求日益旺盛,且性能要求不断提高。宇宙空间环境条件恶劣,温差大、辐射大,且面临各种碎片的冲击,航天器采用的材料需要具备高强度、低弹性模量、耐高低温、轻量化特点,以在极端环境中保持性能稳定,使航天器能够维持运行,这类材料研究开发难度大。

  常见材料无法同时满足高强度、低弹性模量特征,且弹性会随着温度下降而降低,而应变玻璃合金可以满足此需求。最早的应变玻璃合金是在镍钛形状记忆合金中发现。此外,钛镍铁、钛镍钴、钛钯铬、镍钴锰镓等形状记忆合金中也发现应变玻璃合金的存在。

  西安交通大学是我国代表性应变玻璃合金研究机构之一。2022年7月,西安交通大学发表研究成果,发现掺杂0.8%的钪制造出的镁钪应变玻璃合金Mg-21.3Sc,具有低密度、低杨氏模量、高屈服强度、中等应力下弹性能量密度较高、宽温度范围弹性无变化、长疲劳寿命等优点,可以应用在航天产业中。

  新思界行业研究人士表示,应变玻璃合金技术研究为新材料开发提供了新思路,同时其在航天产业作为弹性材料应用也拥有重要价值。我国航天产业发展迅速,根据中国航天科技集团有限公司发布的《中国航天科技活动蓝皮书(2023年)》数据显示,2023年全年,我国共实施了67次发射任务,研制发射了221个航天器。在此背景下,应变玻璃合金研究开发意义重大。

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