現(xiàn)代飛行器如宇宙飛船、人造衛(wèi)星、火箭、導(dǎo)彈、超音速飛機(jī)正朝高速、高空、大推力、遠(yuǎn)距離、高準(zhǔn)確和安全的方向發(fā)展,鋯、鉿(及其化合物)由于某些優(yōu)異性能,除可作用小型核動力結(jié)構(gòu)和包套材料外,還被用在阿波羅宇宙飛船上的有關(guān)部件。鉿也可作為體積小而能量大的火箭推進(jìn)劑。
鉿化合物具備難熔、抗氧化和耐蝕等幾方面的綜合性能,是耐高溫材料。鉿的碳化物熔點(diǎn)高,比碳化鎢高500 ℃。4份碳化鉭和1份碳化鉿的混合和其熔點(diǎn)高達(dá)4215 ℃,因而可作噴氣發(fā)動機(jī)和導(dǎo)彈上的結(jié)構(gòu)材料和高熔點(diǎn)金屬熔煉坩堝的內(nèi)襯。
硼化鉿(HfB2)具有高溫特性和良好的抗氧化性,可作為高速的宇宙火箭材料,在2000-2200 ℃的大氣中使用。含鉿量多的硼化合物的抗氧化性能比硼化鋯大10倍。
碳化鉿(HfC)具有3890℃的高熔點(diǎn)和高彈性系數(shù),良好的電熱傳導(dǎo)性,小的熱膨脹和好的沖擊性能,非常適用于火箭噴嘴,可作重返大氣層宇宙火箭的鼻錐部件。
鉭-鉿夾心結(jié)構(gòu)材料,其耐熱高溫性能 2200℃,可作火箭的噴嘴和其他各種結(jié)構(gòu)材料。
用滾壓包覆層、等離子弧噴鍍和噴涂等方法,將但鉿合金涂敷在管材和擠壓型材上,這引起涂敷了鉭鉿合金管材和型材可用作火箭噴嘴、透平發(fā)動機(jī)和宇宙飛行器等。
鉿可作用燭接和釬焊材料。由于鉿具有延展性、抗氧化性和耐高溫等特性,故可用于熱防護(hù)層和宇宙火箭的釬焊合金。含鉿的合金如Ta-W(8%)-Hf(2%)和Ta-W(9.6%)-Hf(2.4%)合金正在蜂窩結(jié)構(gòu)和格架的釬焊中進(jìn)行試驗(yàn),釬焊的溫度為2175-2200℃。Hf-Ta(40%),Hf-Ta(19%)-Mo(2.5%)的釬焊合金至今仍在使用。
由于鉿具有快速吸熱和放熱的性能(比鋯和鈦快1倍),因而可作噴氣發(fā)動機(jī)和導(dǎo)彈的結(jié)構(gòu)材料。鉿的難熔性質(zhì),使得其可用作渦輪噴氣式飛機(jī)的葉片,用于凝固點(diǎn)壓式噴氣發(fā)動機(jī)中。也可用來制造活門、噴管和其他高溫零件。含鋯鉿合金的應(yīng)用實(shí)例見表5-46。
表5-46 鋯鉿在現(xiàn)代飛行器中的應(yīng)用實(shí)例 名 稱
性能和用途
材 料
(1)Ni-Pt、Ni-Cr-Zr合金
耐熱合金網(wǎng)、耐熱合金材,用于登月艙倒面?zhèn)鳠嵫b置
金屬鉿
(2)Nb-10%Hf合金
登月艙從月球起飛火箭噴嘴
金屬鉿
(3)鉿粉末
作火箭推進(jìn)器材料
金屬鉿
(4)鉿基合金
含20%-27%Ta、2%Mo,已開發(fā)出1650℃以上仍有抗氧化性合金復(fù)合工藝,用于飛行器
金屬鉿
(5)Ta-10%W、Ta-8%W、Ta-10%Hf、Ta-9.6%W-2.4%Hf合金
合金用于蜂窩結(jié)構(gòu)和格架結(jié)構(gòu)
金屬鉿
(6)T111
T222
Astar合金
Ta-W8-Hf2-C0.003
Ta-W8-Hf2-C0.012
811C Ta-W8-Rel-
Hf1-C0.025
用作宇宙飛船返回大氣層時的熱防護(hù)材料;具有高蠕變強(qiáng)度
金屬鉿
(7)Nb-Hf合金
B-88、Nb-W28-Hf2-C0-0。67,可用于火箭和燃?xì)馔钙?/div>
C-103 Nb-hf10-Ti1-2R1
C129r Nb-W10-Hf10-Y-0.07
SU16 Nb-W11-Mo3-Hf2-Co0.8
VAN-80 Nb-W28-Hf2-C0.013
WC-3015 Nb-Hf28-W15-Ta4-Zr2-C0.1
金屬鉿 金屬鉿
金屬鉿
金屬鉿
金屬鉿
金屬鉿
(8)Ta-Hf合金
Ta88%-Hf2%-4%-W7%-9%在1093℃以上具有高強(qiáng)度和抗氧化能力,易加工成形。鉭88%、鉿4%、鎢的合金在室溫下的極限抗拉強(qiáng)度為1030MPa,屈服強(qiáng)度為980MPa,伸長率為15%;在1482℃時各項(xiàng)相應(yīng)值為 :224MPa,210MPa和67%。另一合金80%鉭、10%鎢在室溫下的抗拉強(qiáng)度極限為860MPa,屈服強(qiáng)度840MPa,伸長率為4%;而在1482℃時各項(xiàng)相應(yīng)值為:245MPa、210MPa和2%
金屬鉿
(9)MT-104鉬合金
含Ti0.5%Hf0.08%C 0.25%可用作火箭噴嘴,方向盤操縱裝置,返航器機(jī)翼前元件,亦可用作高溫爐部件,電氣及金屬加工工業(yè)的抗磨部件,制造直徑為152.4mm,長度為304.8mm,最大質(zhì)量為54.4kg的氣缸 、空心氣缸
金屬鉿
(10)Fansteel 42鉬合金
含Zr0.06%-0.12%,Ti0.4%-0.55%C0.01-0.04%,具有很高的再結(jié)晶溫度和良好應(yīng)力斷裂性,室溫下抗拉強(qiáng)度844-1020MPa,屈服極限938-950MPa,可用于熱發(fā)動機(jī),飛機(jī)高溫制件
金屬鉿
(11)TZM、D-14、D36宇航用合金
TZM為Mo-0.5Ti-0.08Zr,D-4為Nb-5Zr,D-36為Nb-10Ti-5Zr,用于宇宙飛船零件
金屬鉿
(12)鋯基材料
ASSTM計(jì)劃中有5只飛船的頭部有鋯基材料制成的頭錐
金屬鉿
(13)Nb-Zr合金
Nb-1%ZrASSET宇宙飛行器的后前緣圓弧制件如擋熱板等,因其具有足夠強(qiáng)度和易加工性(6.3mm厚板)
金屬鉿
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