中國(guó)網(wǎng)/中國(guó)發(fā)展門戶網(wǎng)訊 2020年7月23日, “天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器成功發(fā)射，并于2021年5月15日成功在火星著陸。5月22日，“祝融號(hào)”火星車已安全駛離著陸平臺(tái)，到達(dá)火星表面，開(kāi)始巡視探測(cè)。 為應(yīng)對(duì)火星表面苛刻環(huán)境考驗(yàn)和滿足探測(cè)需求，此次火星車關(guān)鍵結(jié)構(gòu)中許多部件由中科院金屬所研制的新型復(fù)合材料制成。

據(jù)了解，由于火星表面服役工況極其嚴(yán)苛、復(fù)雜，火星車對(duì)材料提出了極高的要求。首先，輕量化指標(biāo)極高，重量以克為單位計(jì)算；其次，材料必須耐磨，要滿足長(zhǎng)距離地面行駛要求；材料還要高強(qiáng)且各向同性，滿足載重需求；同時(shí)必須具備高塑性，避免因劇烈碰撞、刺穿等突發(fā)狀況導(dǎo)致失效。由于這些要求，傳統(tǒng)的金屬材料難以滿足，必須研制高性能的新型復(fù)合材料。

中科院金屬所在2015年接到該任務(wù)開(kāi)展研發(fā)。研究員馬宗義表示，由于這是我國(guó)首個(gè)火星車研制任務(wù)，加之國(guó)外技術(shù)封鎖，此次火星車所使用的新型材料選擇幾乎毫無(wú)經(jīng)驗(yàn)。在時(shí)間緊、任務(wù)重的情況下，研究人員以“啃硬骨頭”的作風(fēng)，僅用三個(gè)月時(shí)間就實(shí)現(xiàn)了材料成分設(shè)計(jì)、大尺寸坯錠制備與可控塑性變形加工的技術(shù)突破，開(kāi)發(fā)出高強(qiáng)韌性的新型鋁基碳化硅復(fù)合材料。其中，如何通過(guò)調(diào)控碳化硅的添加量和優(yōu)化基體合金的成分來(lái)平衡復(fù)合材料的強(qiáng)度、耐磨性和塑韌性，是滿足工程需求的關(guān)鍵。研究人員經(jīng)過(guò)了不斷改進(jìn)與研發(fā)，最終制備的材料的耐磨性是鋁合金的幾十倍，但加工成零件的重量比鋁合金還輕。這一結(jié)果給了火星車設(shè)計(jì)、制造人員以極大信心。憑借這樣的性能，新型材料順利通過(guò)在環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)階段的嚴(yán)苛考核，相關(guān)技術(shù)方案取得高度認(rèn)可，最終得以應(yīng)用在火星車的結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)和儀器等幾十種零部件“筋骨結(jié)構(gòu)”中，使火星車成為我國(guó)使用鋁基復(fù)合材料占比最大的航天器。

新型材料研制成功的背后，是我國(guó)金屬基復(fù)合材料國(guó)產(chǎn)化的不懈探索。據(jù)悉，我國(guó)金屬基復(fù)合材料研發(fā)起步較晚，面臨組織性能難控、制備與加工困難等世界性難題，長(zhǎng)期處于技術(shù)進(jìn)展緩慢、需求牽引不足兩者相互制約的困境。中科院金屬所馬宗義研究團(tuán)隊(duì)是國(guó)內(nèi)最早開(kāi)展金屬基復(fù)合材料研究的團(tuán)隊(duì)之一。近年來(lái)，團(tuán)隊(duì)先后突破了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，制備出大尺寸坯錠，提高了材料塑性成形能力。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期積累，金屬基復(fù)合材料成果已獲得國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)30余項(xiàng)，成功實(shí)現(xiàn)批量化應(yīng)用。目前中科院金屬所已發(fā)展成為國(guó)內(nèi)金屬基復(fù)合材料領(lǐng)域重要的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化基地，年產(chǎn)量近百噸。

此次新型材料在火星車上的應(yīng)用，是我國(guó)材料研發(fā)領(lǐng)域的一件大事。中科院金屬所研究人員介紹，未來(lái)，我國(guó)在深空探測(cè)、大飛機(jī)、通用航空、核電自主化、軌道交通等領(lǐng)域?qū)饘倩鶑?fù)合材料還存在大量需求，中科院金屬所還將開(kāi)展研究，力圖攻克復(fù)合材料的高強(qiáng)韌性設(shè)計(jì)、組織性能模擬、界面精細(xì)結(jié)構(gòu)調(diào)控等國(guó)際上面臨的共性難題。