中新網(wǎng)北京7月4日電 (記者 孫自法)記者7月4日從承擔中國載人航天工程空間應用系統(tǒng)的中國科學院空間應用工程與技術中心(空間應用中心)獲悉，中國科學院院士、西北工業(yè)大學教授魏炳波團隊在中國空間站開展的高性能難熔合金研究，近期成功取得難熔合金熔體的關鍵熱物理性質等多項空間材料凝固制備科學新發(fā)現(xiàn)，將有力推動難熔合金從地面研究向外太空研究的拓展，為中國空間材料科學理論研究、新型高性能的難熔合金材料制備等奠定重要基礎。
高性能難熔合金是戰(zhàn)略性、特種稀有金屬材料，熔點通常超過2000攝氏度，具有“超高溫、高活性”等特征，在高溫下具有良好的熱學、力學服役性能，因此常被用于制造高溫、高速、高壓等關鍵部件。不過，在地面環(huán)境下的難熔合金研究長期受重力、容器等條件制約，難熔合金液態(tài)性質的精確測定與快速凝固合成制備存在困難，中國空間站無容器材料實驗柜提供的“無容器+長時微重力”環(huán)境，可為高性能難熔合金研究另辟蹊徑。
2021年4月，無容器材料實驗柜隨中國空間站天和核心艙發(fā)射升空。中國科學院空間應用中心應用發(fā)展中心主任張偉研究員表示，無容器材料實驗柜是天和核心艙內三大科學實驗柜之一，利用靜電場所提供的電場力，使材料樣品在真空環(huán)境中保持穩(wěn)定懸浮狀態(tài)，避免了與容器壁接觸的影響，加熱溫度可達3000攝氏度，可進行金屬、非金屬等無容器深過冷凝固和熱物理性研究。
隨后，魏炳波院士團隊制備的10余種數(shù)百個高性能難熔合金樣品，先后在中國空間站無容器材料實驗柜進行6批次在軌實驗，成功完成難熔合金微重力條件下的靜電懸浮、加熱熔化、降溫、過冷、凝固、熱物理性質測定等重要實驗，其中，4批次難熔合金已搭乘神舟飛船返回艙回到地面。
該團隊骨干成員、西北工業(yè)大學教授王海鵬說，中國空間站提供了出色而穩(wěn)定的微重力環(huán)境，通過對最早一批返回的鈮合金、鋯合金、鈦合金開展研究，團隊獲取了超高溫狀態(tài)下難熔合金的液態(tài)密度、熱膨脹系數(shù)、熱輻比等關鍵性質，發(fā)現(xiàn)一系列有重要科學價值的新成果，多個研究成果發(fā)表在材料領域重要期刊上。
這些成果主要包括：發(fā)現(xiàn)微重力液滴凝固的渦旋型特殊組織結構、闡明微重力凝固收縮的動力學規(guī)律、揭示微重力和無容器共同作用下共晶合金解耦生長的內在機理、實現(xiàn)太空環(huán)境凝固合金的微觀組織與宏觀形態(tài)的雙調控等。
王海鵬透露，目前，團隊正在計劃開展自然界中熔點溫度最高的金屬鎢及其合金的太空環(huán)境合成研究，這將成為空間難熔合金材料研究的新高地。
中國空間材料科學研究始于1986年的國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃)，但長期面臨空間實驗條件匱乏的難題。
魏炳波院士參加中國科學院第二十一次院士大會在會場留影。中新網(wǎng)記者 孫自法 攝作為中國載人航天工程空間材料科學領域首席科學家，魏炳波院士接受媒體采訪時指出，中國空間站的全面建成，為空間材料科學的發(fā)展開辟了更加廣闊的前景。
他認為，“未來我們一定會取得更多的國際領先成果，利用空間環(huán)境的特殊性，制備或合成出一些在地面上難以獲得的新材料，并轉化為新質生產力，更好地服務于科技強國建設?！?完)