我們稱(chēng)馬赫數小于1者為亞音速，馬赫數大于1.2者為超音速飛機，馬赫數大于5者為超高音速飛機。以5馬赫的速度高空飛行，將在飛機表面產(chǎn)生高達2000~3000℃的超高溫度。飛機的涂層材料在這種高溫下很容易被破壞分解。研制超音速飛機必須解決飛機表面堆積熱量的問(wèn)題，日前，中英兩國科學(xué)家團隊發(fā)現一種新的碳化物陶瓷涂層，將助力超音速飛機提速。
碳化物是目前最耐高溫的一種材料，以通式MxCy來(lái)表示。根據M性質(zhì)的不同，大致將碳化物分為金屬碳化物和類(lèi)金屬碳化物。碳化物陶瓷是最常用的一種耐高溫結構陶瓷，常見(jiàn)的耐高溫陶瓷有：碳化硅、碳化鋯、碳化硼、碳化鎢等。這些陶瓷材料普遍具有具有高熔點(diǎn)、高硬度和化學(xué)穩定性等性能。在國民經(jīng)濟中的許多領(lǐng)域中都有應用。
任何材料暴漏在足夠高的溫度下，其分子鏈將會(huì )松動(dòng)脫落，如果再被高速的顆粒物進(jìn)行沖洗就會(huì )產(chǎn)生消融現象；還會(huì )與氧氣發(fā)生反應，容易被氧化。比如傳統的陶瓷涂層材料碳化鋯，在耐熱方面是有效的，但非常容易劣化。二硼化鋯是飛機用高溫涂層材料的新希望，二硼化鋯在高溫下能抗氧化，而且密度低、成本低。但是致命的缺點(diǎn)是硼原子氧化時(shí)，二硼化鋯中的硼會(huì )進(jìn)一步促進(jìn)消融。
新研制的碳化物涂層材料可賦予涂層超強且耐氧化的結構，能夠抵抗高溫環(huán)境下的消融和氧化等問(wèn)題。
新的涂層是由鋯、鈦、碳和硼制成的三元合金混合物，將其通過(guò)稱(chēng)為反應性熔體滲透的方法沉積到碳復合材料中，雖然它與其他碳化物陶瓷具有的性能相似，但相對低的硼濃度使得其不太可能被消融，而碳結構有助于防止出現此前材料在熱沖擊下的撕裂。實(shí)驗結果表明，碳化物涂層在2000～3000℃下比現有的候選UHTC（如鋯的碳化物和二硼化物等高溫復合材料）顯示出更好的耐消融性能。
目前民用航空飛機一般以亞音速飛行，民用超音速飛機一旦實(shí)現，將大幅削減全球旅行時(shí)間，超音速飛機可以在數小時(shí)內橫穿全球。這種涂層材料被波音公司看好，該公司計劃在十年內實(shí)現超音速載客飛機順利運行。盡管超音速客機離我們的生活還挺遙遠，但這種涂層材料的發(fā)現無(wú)疑會(huì )助力超音速飛機早日實(shí)現商用。
