特邀佳賓：劉松茂
哥倫比亞航天飛機的爆炸，震驚了世人，同時也引起了人們對航天材料的關注。為此，本刊特邀航天科工集團第二研究院研究員劉松茂給大家講講航天材料的特殊性。
材料的種類有很多，不同的材料有不同的用途，如何既經濟又適用地選用材料是一門艱深的學問，這一點往往因人們的忽視或無知，帶來許多災難性的后果，如火箭爆炸、飛機墜毀、火車出軌、樓房倒塌……物毀人忘，損失無法估計。
什么是材料？
辭海中給材料下的定義是這樣的：經過人類勞動取得的勞動對象稱為原料，把經過工業加工的原料如鋼材水泥等稱作材料。而材料專家們則這么說：材料是人類進化與文明的重要里程碑。在當今世界新技術革命浪潮中，材料、能源和信息被譽為文明的三大支柱。
航天材料有什么特點？
在眾多材料中，航天材料的種類非常多。由于火箭、導彈和衛星的種類很多，它們各自的需求不同，因此所用的材料也是五花八門的，液體、固體、氣體、黑色金屬、有色金屬、各種非金屬、超塑材料、復合材料，多達數千種。但這么多的材料，選擇起來的要求卻非常苛刻。有些要求能抗高溫、抗高壓，如發動機推進劑藥柱燃燒時會產生3000℃以上的高溫，6Mpa的高壓，瞬時產生2500℃的溫差熱沖擊，這就要求發動機的材料具有耐高溫、高壓的性能。有的火箭使用液氫液氧作推進劑，這樣火箭儲存罐的材料就需要能夠承受超低溫，還要抗腐蝕、抗燒蝕。而象潛地導彈的選材則必須能夠承受巨大的水下載荷，同時還要具有隱身性能好，抗干擾性強，可耐受惡劣環境等特點。
此外，對某些材料的細節要求也非常嚴格。如結構材料的微觀結構、晶粒度、夾雜；功能材料的功能參數靈敏度；精密合金材料的導磁率、矯頑力、剩磁；電絕緣介質的電阻率、擊穿強度、損耗、介電常數；微波復合材料的透潑性和吸收性；密封灌注材料的密封性；粘合劑的粘合強度等都有極細致的要求。
為什么要重視對航天材料的選用？
航天材料的選用需要非常慎重。一發火箭、導彈、衛星往往上億元，如果選材不當造成發射失敗，損失無法估量。1986年1月美國航天飛機挑戰者號在進行第10次飛行時，右側固體發動機后部連接處密封材料失效，液體外漏，導致升空73秒后爆炸。7名機組成員全部遇難。
美國某公司的一名技工曾把一枚廢舊的鉚釘裝在航天飛機上，被發現后，這家公司被罰款一億美元，而這名技工則被判了20年徒刑。
我國1991年12月28日發射的東方紅2號甲通訊衛星就是因為一個小小的繼電器中殘留有金屬屑而導致失效。
可見航天材料的選取是非常重要的。航天技術是復雜的系統工程，它應用現代科技眾多領域的最新成就，是科學技術與國家基礎工業緊密結合的產物。如果沒有基礎材料的慎重選取為基礎，其它的一切努力都可能毀于一旦。前不久，哥倫比亞號航天飛機的慘劇再次提醒我們重視這一問題。
如何測試航天材料的性能？
為了確保航天材料的性能能夠符合要求，我國航天部門曾專門下文件要求加強材料復驗工作，為此還專門制訂了金屬材料和非金屬材料兩項復驗標準，對生產廠家出廠合格的材料還要進行復驗。除了常規的測試項目外，對有特殊要求的材料，還要研制特殊的設備進行測試。下面僅簡述一下各種材料的測試方法：
結構用材料，其化學性能，如材料成份等在化學或光譜試驗室用液相色譜法或紅外光譜法進行測定；力學性能如沖擊韌性、斷裂韌性等在力學試驗室用萬能材料試驗機測定；物理性能如斷口形貌、微觀組織等在金相試驗室用顯微鏡等設備測定；用于航天器件控制的功能材料分別由各有關試驗室測定，如軟磁、硬磁、硅鋼、電阻、雙金屬、膨脹等類材料在電磁試驗室用電橋法、方圈法、沖擊法、介質測量儀、LCR儀等方法測定；橡膠、密封、灌注、粘合、石油等有機材料用有機材料試驗室相應設備測定；用于微波頻段的材料如雷達天線罩等則要在微波試驗室用網絡分析儀在相應頻段測試。以上試驗大都有國家標準，特殊的有航天行業標準。但針對航天特殊環境和條件要求的材料，如超高溫、超低溫、高壓、腐蝕等嚴酷條件，甚至模擬火箭發射火焰對材料的影響等條件下的測試，則需要研制一系列龐大的設備。反復多次地測試材料的承受能力，性能變化等情況，才能掌握材料的全面情況，確保航天事業的萬無一失。
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