瑞士研发出首款用于高超音速飞行器的自修复陶瓷
瑞士联邦材料科学与技术实验室 (Empa) 的工程师们研发出世界上首款能够承受高超音速飞行极端热应力和机械应力的自修复陶瓷复合材料。这种名为 ZrB₂-Cf-MAX 的新材料能够在超过 2000°C 的高温下自主修复微裂纹——这是可重复使用高超音速飞行器和轨道返回系统的关键要求。
该复合材料将二硼化锆 (ZrB₂) 与高密度碳纤维增强材料以及注入 MAX 相颗粒（特别是 Ti₃SiC₂）的基质相结合，这些颗粒以其卓越的导热性和抗氧化性而闻名。这种材料的革命性之处在于其纳米封装修复剂的分布式网络，这些修复剂在暴露于氧气和剪切应力时会激活。
在高超音速飞行过程中，冲击波和快速热循环通常会导致陶瓷前缘出现细小裂纹。 在模拟7马赫再入的风洞试验中，这种瑞士材料的反应是将液相二氧化硅和氧化钛释放到裂缝中，在结构损伤蔓延之前迅速将其密封。整个修复周期不到60毫秒。
与过去通常依赖聚合物且在低温下工作的自修复材料不同，这种新型陶瓷在接近2300°C的温度下仍能保持机械完整性。它还具有抗烧蚀性能，适用于制造未来航天飞机或导弹系统的机翼边缘、鼻锥和发动机进气口。
该研发项目得到了欧空局和瑞士航天局的支持，其原型已经集成到德国航空航天中心高速测试平台的测试面板中。如果能够规模化应用，它将标志着在极端热环境下运行的航空航天飞行器的可重复使用性和安全性的新纪元。
