中国粉体网讯 北京时间11月24日凌晨4时30分21秒，嫦娥五号月球探测器在海南文昌航天发射场成功发射。嫦娥五号是探月工程三期的主任务，将实现我国首次月面采样返回，完成探月工程三步走目标之“回”的关键一步，推动月球探测科学技术的重大跨越。
（图片来源：新华社）
在此次嫦娥五号任务中，中科院上海分院5家研究所纷纷拿出了各自的亮眼技术，全程助力嫦娥五号的探月之旅走好每一步。其中上海硅酸盐研究所承担了压电陶瓷等多个关键材料的研制。
大家都知道，航空航天领域对材料性能的要求十分苛刻，先进陶瓷因具有高温强度、良好的断裂韧性、高硬度、高介电强度、出色耐热冲击性和摩擦学性能，应用于航空航天是一个很好的选择，能确保优异的机械可靠性、耐热性和耐磨性等，一直以来得到极大的关注。
首先我们来了解一下陶瓷在我国航空航天领域的几个应用案例。
应用案例
1、玉兔号超声电机用压电陶瓷
在“玉兔”胸前红旗的正下方，首次升空的“红外眼”——红外成像光谱仪，引人注目。它“眨眨眼”就能对月球表面进行成像与成分分析。谁来控制它“眨眼”？是一个高性能超声电机。
这是我国首次将该技术用于航天工程。超声电机身材小，却本领十足。它重量只有46克，约是同等传统电机重量的1/10，且驱动简单，响应时间只需几个毫秒，低转速能使相机盖子的开合动作变得缓慢。压电陶瓷是超声电机的“心脏”，它保证了超声电机电力强劲，并能经受月球大的温差。而此次嫦娥五号正是应用了这种压电陶瓷。
2、嫦娥三号光学望远镜用碳化硅陶瓷
在嫦娥三号月基光学望远镜中，主镜、次镜和指向镜，均由上海硅酸盐所研制。它们选用了高致密碳化硅特种陶瓷材料。该陶瓷材料质量轻、热导率高，面型稳定性好，可在零下20摄氏度至40摄氏度的温度下稳定工作，即使因热胀冷缩引起的变形也微乎其微，这为望远镜的成像质量提供了保证。
3、红外成像光谱仪用二氧化碲声光晶体
在嫦娥五号以及之前的嫦娥三号探测器玉兔”的“红眼睛”——红外成像光谱仪，便是采用了上海硅酸盐所通过独家生长“秘笈”研制的2块大尺寸优质二氧化碲声光晶体，使光谱仪的光谱范围和质量控制都优于国外同类产品。
4、天宫二号用纳米陶瓷铝合金
由上海交通大学研制的纳米陶瓷铝合金将陶瓷和铝结合起来，兼具了两者的优点，强度和刚度甚至超过了“太空金属”钛合金。据了解，该材料已经用于天宫一号、天宫二号、量子卫星、气象卫星等关键部件翱翔于太空。
5、神舟五号用陶瓷基板
2003年10月，我国第一艘载人飞船神州五号成功发射。天马新材的氧化铝陶瓷基板，成功应用在发射器的芯片上，与我国第一位航天员杨利伟共同飞入太空。
陶瓷在航空航天领域的主要应用
1、航空发动机
所有的发动机都是基于卡诺循环的原理，也就是说燃气温度越高效率越高。这就需要提高航空发动机的推重比和降低燃料消耗, 而提高发动机的涡轮前温度是关键。因此高温结构陶瓷及其陶瓷基复合材料的研究成为高推重比航空发动机的关键技术之一。
2、陶瓷轴承
陶瓷轴承是在航空航天产业中使用较为广泛的一种产品，具有耐高温、耐寒、耐磨、耐腐蚀、抗磁电绝缘、高转速等特性。陶瓷轴承针对航空航天工业中恶劣环境下的调整、重载、低温、无润滑工况而开发，是新材料、新工艺、新结构的完美结合。
3、红外伪装隐身材料
陶瓷红外伪装隐身技术是通过采用红外功能陶瓷材料来降低或改变目标的红外辐射特征以实现目标的红外低可探测性的技术。这种材料具有改变红外辐射特性的能力，在大气窗口波段内具有低红外发射率，在红外视场下，将目标红外特性同周围环境背景融合，实现与红外地形匹配，最大限度地减少目标红外特征信号。
此外，在发动机中采用陶瓷部件的话，发热量降低，抑制了红外辐射的发射，也能起到红外隐身功能。
4、天线罩透波材料
航天透波材料（天线罩）是为了保护航天飞行器在恶劣环境气候条件下，通讯、遥测、引爆、制导等相关系统能正常工作的一种多功能材料。多孔氮化硅陶瓷材料具有较低的介电常数和介电损耗，密度低，隔热性能良好，强度适合，使用寿命也很长，同时在单位厚度上对雷达波的吸收率相对于其它陶瓷材料低等特性 ,使其在航天透波材料方面具有优良的应用潜力。
5、卫星用电池
要想尽可能的延长卫星电池的使用寿命，必须使用陶瓷隔膜材料。陶瓷隔膜是采用稀土等复合材料经真空细密混合成型，然后高温烧结而成，能耐强酸、强碱，在铬酸槽液中不溶解。
6、飞机刹车盘及火箭发动机防氧化陶瓷涂层
碳/碳复合材料由于其独特的性能，已广泛应用于航空航天领域，如火箭发动机喷管及其喉衬、飞机刹车盘等。但它有个致命缺陷，在温度高于400℃的有氧环境中会发生氧化反应，导致材料的性能急剧下降。因此，碳/碳复合材料在高温有氧环境下的应用必须进行有氧化防护措施。而凭借出色的物理和化学稳定性，抗氧化陶瓷涂层应运而生。
7、陶瓷基板
在火箭突破大气层时，会出现一个很大的外部摩擦力，从而影响内部的各种传感器，温度、压力等传感器最受影响。从外部传来的不仅有很大的力，还会产生大量的热。在压力传感器中，其精度是非常重要的，如果内部电路板因外力受损，那这个压力传感器也就意味着废掉了。而氧化锆陶瓷基板凭着其很高的耐磨性与抗压性，根本不会出现损坏。
8、航天器外壳陶瓷涂层
HfB2、ZrB2、ZrC等用于超高温陶瓷涂层。随着超高声速飞行器的发展，对其表面抗烧蚀和抗大气冲刷的要求也越来越高，HfB2、ZrB2、ZrC等超高温陶瓷作为高温涂层材料对提升飞行器表面的抗烧蚀和抗冲刷能力有着不可替代的作用。
9、红外系统护窗
这种陶瓷由氧化钇和氧化镁构成，由俄罗斯远东联邦大学的青年学者及俄罗斯科学院远东分院化学研究所、乌克兰国家科学院单晶研究所、中国科学院上海硅酸盐研究所的专家们共同发明。据称，该材料可用来制造航空航天设备的红外系统护窗，可透过70%以上的6000纳米以下红外区光线。
10、直升机装甲
考虑到武装直升机在设计中重点强调战场生存能力，在座椅和直升机的关键部位采用了陶瓷复合轻质装甲材料，涉及到的特种陶瓷主要是氧化铝陶瓷和碳化硼陶瓷。
前苏联“米-28”在机身以及座舱外都大胆的使用特种陶瓷作为防护材料，配备两层装甲板，具有一定厚度的钛合金板处在两层装甲板的内部，而外部则使用了大量的特种陶瓷。
参考来源：
[1] 十余种独家“秘制”让嫦娥不惧“冰火”.中国科学报
[2] 嫦娥三号最新消息：中科院研发十多种材料 制"外衣"助"玉兔"信步广寒.文汇报
[3] 盘它！嫦娥五号上的“中科院出品”.中国科学报
[4]张立同.国外航空用陶瓷发展趋势.西北工业大学
[5]林智群等.碳化硅陶瓷纤维的性能及其在航空航天领域的应用
[6]姚灿.陶瓷涂层在航空发动机上的应用研究
[7]胡彦.陶瓷在航空领域中的应用
[8]甘永学.纤维增强陶瓷基复合材料的研究及其在航空航天领域的应用
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