【正文】 射的聯(lián)盟號(hào)飛船火箭上首次使用，取得理想的效果。 陶瓷材料與宇航 陶瓷材料與固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管 在國家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)連續(xù)六年空缺后， 2022年有兩項(xiàng)技術(shù)喜獲國家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)： 由西北工業(yè)大學(xué)張立同院士主持的 “ 耐高溫長壽命抗氧化陶瓷基復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù) ” 獲得 2022年國家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。 由中南大學(xué)黃伯云院士等完成的 “ 高性能炭 /炭航空制動(dòng)材料的制備技術(shù) ” 獲得 2022年國家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。 耐高溫長壽命抗氧化陶瓷基復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)： 該項(xiàng)目研制的連續(xù)纖維增韌碳化硅陶瓷基復(fù)合材料是一種新型戰(zhàn)略性熱結(jié)構(gòu)材料，可以替代金屬材料來解決目前航空航天器燃料 2030%浪費(fèi)的問題，以滿足其向高速度、高精度、高搭載和長壽命發(fā)展的需求。 該項(xiàng)目突破了材料制造工藝一系列制約實(shí)現(xiàn)工程化的國際性難題，獲得了 10項(xiàng)國家發(fā)明專利，建立了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的低成本、高性能材料，并成功經(jīng)受了 1100多批次的考核。 其成果整體技術(shù)躋身國際先進(jìn)行列，走出自主創(chuàng)新、跨越式發(fā)展國際前沿性材料的道路，對國防科技工業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展都將發(fā)揮重大作用，潛在市場每年約 10億元。我國是繼法國和美國之后第三個(gè)掌握此技術(shù)的國家。 對噴管所用材料的要求 ? 能耐高溫（ 3000K以上）； ? 能耐高壓（ 12MPa以上）； ? 能耐帶有固體顆粒速度為 2500m/s的燃?xì)饬鞯臎_刷； ? 能經(jīng)受 8kJ/m2?s的熱流及熱化學(xué)腐蝕； ? 具有結(jié)構(gòu)重量輕、抗熱震性好、可靠性高、加工性能好、成本低等特點(diǎn)。 陶瓷基復(fù)合材料具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度 , 是制作固體發(fā)動(dòng)機(jī) C/C 噴管和燃燒室殼體之間的熱結(jié)構(gòu)連接件的理想材料 , 此外 , 還可用作出口錐和延伸錐的一些部件 (如噴管背壁防熱 絕熱系統(tǒng)等 )。最近美國還提出可用碳纖維增強(qiáng)的 HfC、 [Hf, Ta]C、 [H f, Si]C 等來制作未來的喉襯。陶瓷基復(fù)合材料作為固體發(fā)動(dòng)機(jī)的熱結(jié)構(gòu)連接件 , 已進(jìn)行過發(fā)動(dòng)機(jī)地面熱試車。 固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管 先進(jìn)陶瓷基耐燒蝕防護(hù)復(fù)合材料的基體材料及燒蝕性能 陶瓷基復(fù)合材料在固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用 半導(dǎo)體陶瓷材料 熱敏陶瓷 氣敏陶瓷 濕敏陶瓷 壓敏陶瓷 光敏陶瓷 一般的金屬氧化物都是不導(dǎo)電的絕緣體，但是如果加入特定的添加劑，或者控制材料的燒結(jié)氣氛，產(chǎn)生非化學(xué)劑量比的化合物時(shí)，可能在氧化物材料的禁帶中產(chǎn)生缺陷能級(jí)，從而提供大量的準(zhǔn)自由電子或空穴，使材料具有半導(dǎo)電性，這一類陶瓷稱為半導(dǎo)體陶瓷。 半導(dǎo)體陶瓷具有一個(gè)十分顯著的特點(diǎn)，就是其導(dǎo)電性質(zhì)對外界條件十分敏感，例如電壓、溫度、濕度、氣氛等。因此利用這種性質(zhì)發(fā)展出了一系列的敏感陶瓷及由它們制成的傳感器，用于準(zhǔn)確而迅速的感知和測量各種環(huán)境參量，在現(xiàn)代工業(yè)中起著非常重要的作用。 （ 1）熱敏陶瓷 熱敏陶瓷是對溫度變化敏感的陶瓷材料，可以分為熱敏電阻、熱敏電容和熱釋電陶瓷等。 熱敏電阻是一種電阻值隨溫度而變化的電阻元件，電阻值隨溫度升高而增加的稱為正溫度系數(shù)熱敏電阻（ PTC），反之電阻值隨溫度升高而降低的稱為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（ NTC）。大部分 NTC和部分 PTC 可用作傳感器感知溫度的“探頭” ,即感溫元件 。其本身也可能作為一個(gè)獨(dú)立和完整的溫度傳感器直接用于電路的補(bǔ)償。 PTC熱敏陶瓷典型特點(diǎn)： 可靠性、安全性高 發(fā)熱量容易調(diào)節(jié) 對電源穩(wěn)定性要求不高 發(fā)熱量隨環(huán)境溫度變化可自動(dòng)調(diào)節(jié) 響應(yīng)時(shí)間快 PTC熱敏陶瓷的電阻 溫度特性示意圖 NTC熱敏陶瓷的電阻 溫度特性示意圖 利用 PTC熱敏陶瓷發(fā)熱片電阻特性，可以設(shè)計(jì)應(yīng)用在直發(fā)器、發(fā)夾、陶瓷燙發(fā)板、卷發(fā)器、負(fù)離子燙發(fā)器、按摩器、驅(qū)蚊器 、加香器熱熔膠槍、洗腳盆加熱、過膠機(jī)、保溫杯、開水器、咖啡加熱器、冷熱飲水機(jī)、熱奶器、熱水器、電熱蚊藥驅(qū)蚊器、暖手器、干燥器、電熱板、電燙斗、電烙鐵、暖風(fēng)機(jī)、烘房、電暖器、冷暖空調(diào)、干鞋器、暖腳板、理療器、紅外線加熱、干衣機(jī)、摩托車化油器、電熱加濕器、電器儀表防潮加熱、電子保溫瓶、保溫盤、保溫柜、熱療儀、熔蠟器、蒸汽發(fā)生器、巧克力擠出器、電烙鐵、針灸、按摩器、液化氣瓶加熱、小型溫風(fēng)取暖器、電吹風(fēng)、干衣柜、干衣機(jī)、工業(yè)烘干設(shè)備、電力除塵灰斗加熱器、火車機(jī)車電暖、模具加熱、控制柜加熱防潮、監(jiān)視器防潮、輸液寶、醫(yī)療設(shè)備、家用電器、日用電器、小家電 ......等等。 NTC廣泛用于通信、軍事、航空、航天、醫(yī)療、汽車電子、自動(dòng)化設(shè)施的溫度計(jì)、控溫儀等裝置。高溫 NTCR 傳感器則可用于汽車等發(fā)動(dòng)機(jī)排氣檢測、工業(yè)過程控制、電熱炊具、煤氣系統(tǒng)、空調(diào)、暖氣中心、賓館與住宅防火報(bào)警系統(tǒng) ,以及復(fù)印機(jī)、打印機(jī)等辦公自動(dòng)化設(shè)施。 從市場需求和實(shí)際產(chǎn)量統(tǒng)計(jì) ,熱敏電阻是溫度傳感器的主流。與熱電偶、金屬熱電阻相比 ,它具有價(jià)格低廉、感溫范圍寬的優(yōu)點(diǎn) 。與硅、鍺等半導(dǎo)體溫度傳感器相比 ,則具有靈敏度高、成本低、性價(jià)比高的優(yōu)勢。 （ 2）壓敏陶瓷 這種陶瓷的電阻值隨電壓呈現(xiàn)非線性的變化，在低壓下，電阻值高，因此流過的電流很小，但當(dāng)電壓高于某一定值后，電阻值迅速下降，流過的電流迅速增大。 把這種陶瓷做成的電阻并聯(lián)在電路中，可以用來吸收供電系統(tǒng)中經(jīng)常可能發(fā)生的過電壓、過電流脈沖，以保護(hù)電器設(shè)備免遭破壞。 隨著半導(dǎo)體集成電弧了計(jì)算機(jī)的大規(guī)模應(yīng)用，對電源系統(tǒng)的要求越來越高，因?yàn)榘雽?dǎo)體器件往往對過電壓的承受能力極為脆弱，壓敏陶瓷為解決這方面的問題提供了有力的手段。 最重要的壓敏陶瓷微 ZnO中摻雜 Bi2O3等雜質(zhì)而成。 ZnO壓敏陶瓷已成為家用電器、工業(yè)電子設(shè)備、通訊、汽車以及電力設(shè)備的過電壓保護(hù)、穩(wěn)壓和浪涌電壓吸收的重要元件。用于高壓輸電防雷系統(tǒng)時(shí)其瞬間的電流流通能力可達(dá) 100000A，從而使高壓輸電系統(tǒng)的防雷擊能力和可靠性大大提高。 （ 3）氣敏陶瓷 在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，各種燃料如煤、石油、天然氣等燃燒后，會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)量的有害氣體，如 CO、 SO NO2等，使環(huán)境污染，特別是在某些工業(yè)部門可能產(chǎn)生易燃、易爆、有毒的氣體，如果泄漏到大氣中，不但產(chǎn)生污染，還可能引起嚴(yán)重的后果，因此必須對各種有害氣體進(jìn)行檢測和監(jiān)控。 傳統(tǒng)的檢測方法如化學(xué)分析、色譜分析等，需要各種復(fù)雜的儀器設(shè)備，分析周期也很長，并且難以在現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)快速監(jiān)控。 氣敏傳感器能夠檢測氣體的種類及主要檢測場所 主要?dú)饷舭雽?dǎo)體陶瓷材料及其應(yīng)用范圍 氣敏陶瓷是某些半導(dǎo)體陶瓷在吸附了某種氣體后其電阻值會(huì)發(fā)生敏銳變化的一類材料，利用這一特點(diǎn)做成氣敏元件可直接、簡便、靈敏的檢測各種氣體。 舉例 ——SnO2可燃性氣體傳感器 SnO2傳感器遇 H CO、 碳?xì)浠衔锏冗€原性可燃?xì)怏w ， 材料表面層電阻率減小 ， 遇 O2等氧化性可燃?xì)怏w時(shí) ， 材料表面層電阻率增大 。 在檢測前 ， 材料表面已經(jīng)吸著氧 ， 所以對可燃性氣體更敏感 。 最佳工作溫度一般多在 200～ 500℃ 范圍內(nèi) 。 （ a） HQ系列； （ b） QN系列； （ c） MQ系列 下圖為火災(zāi)煙霧報(bào)警器的電路圖 ， ＃ 109為燒結(jié)型 SnO2氣敏器件 ， 它對煙霧也很敏感 ， 因此用它做成的火災(zāi)煙霧報(bào)警器可用于在火災(zāi)釀成之前或之初進(jìn)行報(bào)警 。 電路有雙重報(bào)警裝置 ， 當(dāng)煙霧或可燃性氣體達(dá)到預(yù)定報(bào)警濃度時(shí) ， 氣敏器件的電阻減小到使 V3觸發(fā)導(dǎo)通 ， 蜂鳴器鳴響報(bào)警；另外 ， 在火災(zāi)發(fā)生初期 ，因環(huán)境溫度異常升高 ， 將使 PTC熱傳感器動(dòng)作 ， 使蜂鳴器鳴響報(bào)警 。 舉例 ——SnO2火災(zāi)煙霧報(bào)警器 火災(zāi)煙霧報(bào)警器電路 防止酒后駕車控制器原理電路如下圖所示。 圖中 QMJ1為 ZnO材料制成的酒敏元件。若司機(jī)沒喝酒， 在駕駛室內(nèi)合上開關(guān) S，此時(shí)氣敏器件的阻值很高， Ua為高電平， U1為低電平， U3為高電平， 繼電器 K2線圈失電，其常閉觸點(diǎn) K22閉合，發(fā)光二極管 VD1通，發(fā)綠光， 能點(diǎn)火啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。 舉例 ——ZnO防止酒后駕車控制器 防止酒后駕車控制器原理 （ 4）濕敏陶瓷 濕敏陶瓷大部分是多孔陶瓷，利用其微孔中吸附水分后，其電阻發(fā)生顯著變化的特點(diǎn)，做成濕敏元件作為檢測濕度的傳感器。 濕度的檢測與監(jiān)控對于工廠特別是精密車間、倉庫特別是糧食倉庫，乃至居住環(huán)境對人體健康都很重要。 比較成熟的濕敏陶瓷材料有 MgCr2O4TiC系、 ZnCr2O4LiZnVO4系、 ZrO2MgO系、 Ca10(PO4)6(OH)2系等陶瓷。 某濕敏陶瓷感濕特性曲線 MgCr2O4TiO2 （ a） 結(jié)構(gòu)； （ b） 特性 SM1型濕敏傳感器的特性參數(shù) MgCr2O4陶瓷濕度傳感器雖有抗污力強(qiáng) 、 壽命長等優(yōu)點(diǎn) ， 但因阻值過高 ，難以實(shí)現(xiàn)高精度檢測 。 ZnOZnCr2O４濕度傳感器的阻值遠(yuǎn)小于 MgCr2O4傳感器 。 ZnOZnCr2O4陶瓷濕度傳感器的構(gòu)造如右圖所示 。 在片狀多孔陶瓷的兩表面燒結(jié)多孔金屬電極模 ， 焊接鉑銠引線 ， 封裝于帶篩網(wǎng)孔的方形塑料外殼內(nèi) 。 這種傳感器不需用加熱器 ， 只需 。 它已廣泛應(yīng)用于輕紡 、 食品加工 、 倉庫管理 、 環(huán)境保護(hù) 、 家用電器等許多領(lǐng)域 。 ZnOZnCr2O4陶瓷濕度傳感器 ZnOZnCr2O4陶瓷濕度傳感器結(jié)構(gòu) 部分國產(chǎn)濕敏元件和濕敏傳感器的特性參數(shù) 太陽能路燈 太陽能信號(hào)燈 太陽能供電系統(tǒng)的特點(diǎn) 1)不必拉設(shè)電線，不必挖開馬路，安裝 使用方便； 2)一次性投資，可保證二十年不間斷供電（蓄電池一般為 5年需更換）； 3)免維護(hù)，無任何污染。 謝謝大家！