新型材料耐500℃高溫

耐高溫材料是現代社會中廣泛應用的一種重要材料，可以用於製造高溫處理設備、航空發動機、核反應堆失火安全殼以及熱能工業設備等。俄羅斯喀山聯邦大學和喀山國立研究技術大學科研人員日前發佈消息稱，成功研製出基於磷酸鹽黏合劑的超堅固碳塑膠，其能耐受五百攝氏度以上的高溫。

傳統複合材料目前廣泛應用於從飛機到曲棍球棍等多個領域，但其也有“軟肋”。此類複合材料主要由有機聚合物黏合劑製成，儘管此類黏合劑具有多項優勢，但有兩個“致命傷”：易燃且最高工作溫度只有三百至四百五十攝氏度。因此，難以滿足航空或航天等高精尖領域對耐受五百攝氏度以上高溫不燃材料的需求。在太空探索研究和實踐中，當航天器穿過地球大氣層時，某些部件必須承受二千以上的高溫負荷。

面對這一挑戰，科研團隊另闢蹊徑，以無機黏合劑為突破口，成功研製出基於磷酸鋁、磷酸鋁硼和磷酸鋁鉻黏合劑的碳塑膠。而且，他們也利用碳纖維增強了這些黏合劑性能。科研人員解釋稱，無機膠粘劑是一種新型膠粘劑，它既能耐高溫又能耐低溫，成本低，不易老化，結構簡單，粘結度高。無機粘合劑組成一般是鉀-鈉水玻璃、高嶺土、五氧化二磷、氧化鈣、氧化鎂、二氧化硅等混合氧化物處理後組成。在加熱過程中，由於硅酸鹽之間發生硅烷醇的縮合以及硅烷醇與高嶺石晶體上和鋁相連接的羥基之間的縮合而固化。最終，構成了三維空間的硅、氧、金屬（鋁、鈣等）為主的立體網狀結構。無機粘合劑在碳鋼表面平面搭接固化，其拉伸剪切強度可達十四點七兆帕（物理量壓強單位）。在高溫爐內八百攝氏度以上加熱幾小時後，有氧化，拉伸剪切強度基本不變。

物理和機械測試表明，這些碳纖維增強塑膠展現出了極高的抗拉伸、抗彎曲強度和彈性。動態力學分析結果顯示，這些材料具有超乎尋常的耐熱性能。其中基於磷酸鋁鉻的碳纖維增強塑膠具有最高的強度和剛度，由其製成的產品能耐受五百攝氏度以上的高溫。

科研團隊介紹稱，有機黏合劑的塑膠在使用過程中會污染環境，但最新研製出的複合材料非常環保。這些材料分解後，會變成黏土和磷肥的成分。此外，這種材料可用於航天領域。由新複合材料製成的結構段將在經受最大熱負載的完全流動停滯點上提供高效的熱保護。未來，科研人員打算開發利用新型複合材料生產在高速氣流中運行的各種結構元件的技術。

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