湖北日报全媒记者 张歆 通讯员 程毓
形似“花瓶”的坩埚，经历近千度的温差也不脆裂，用于熔炼制造航天器部件的高温合金溶液；多层陶瓷涂层制作的“盔甲衣”，能在2000℃高温下安全“服役”几百个小时，帮助航天器抵御进入大气层时的高温烧蚀……武汉科技大学近年来研发的“硬科技”，承受着超高温环境的极端考验，为航空航天保驾护航。
武科大党委书记倪红卫表示：“武科大在高温材料领域的研发正在‘悄悄升级’，从钢铁冶炼用的耐火材料延伸至航空航天用的功能材料，成果覆盖‘箭、星、网、端’全链条，已成为全国重要的研发力量。”近日，湖北日报全媒记者探访武科大，探寻高温材料从保障基础工业的“钢铁粮仓”迈向支撑尖端科技的“航天铠甲”的升级密码。
耐高温 抗腐蚀 轻量化
高温材料“升级” 为航空航天护航
高温材料与航空航天有着天然联系，共同面对一个核心挑战——极端高温。航空航天生产线上用于铸件的坩埚、型芯、型壳，终端产品如特种涂层、防护罩等，都离不开高温材料的应用。
当钢铁行业用于熔炼铁水的坩埚，和航空航天领域相遇，难度升级了。武科大“航发功能耐火材料团队”研发出航空发动机单晶叶片等高温合金零部件熔炼用高温陶瓷坩埚，在真空感应熔炼下不仅需要极其稳定的抗合金元素反应，同时需要优异的抗热震稳定性与抗渗透性。
该团队负责人李远兵介绍，在航空航天零部件熔炼工艺中，高温金属熔体盛放于坩埚内，温度在1600℃以上，熔炼完毕后，随着熔体全数倒出，坩埚的温度下降至约600℃，温差达千摄氏度左右。一旦坩埚经受不住温差发生脆裂，价值不菲的金属熔体顷刻间报废。
与此同时，航空航天用合金对纯净度要求极高，但金属元素在高温时易发生反应，这就对坩埚本身的稳定性提出了要求。因此，坩埚还必须耐腐蚀。
熔炼完毕，进入铸件阶段。武科大“冶炼新技术耐火材料团队”研发出新型高温材料，制作航天结构件铸造用的陶瓷型芯、型壳。把高温熔体放入其中，就能塑造成不同形状的部件。
该团队负责人王周福介绍，普通的高温陶瓷型芯，采用硅基材料即可，铸成后加酸碱溶解，实现脱芯。航空航天的用材要求轻量化，钛是一种质轻且耐高温的金属，是航空用合金的理想材料，但是钛极为活泼，意味着航天用型芯要稳定，且不宜使用酸碱溶解脱芯。
怎么办？该团队采用新体系与新配方，在原料中引入与钛合金反应呈惰性的稀土氧化物，并创新研发“原位凝固成型”工艺，最终成功实现“型芯水溃散”，即铸件成型冷却后，内部的型芯遇水可快速溶解，既保证了钛合金的纯净度，又实现了复杂构件的精密铸造，相关产品已大量投入使用。
航天器进出大气层时和空气摩擦，表面温度超过2000℃，武科大“先进材料研究团队”研发的多层陶瓷涂层，如同给飞行器穿上“隔热甲”，能在烈焰中安全“服役”数百小时；航天器需要和地面保持联络，既要和特定波段的电磁波通信，又要避免其他电磁波的干扰，武科大“高温电磁材料团队”研发的高温吸波材料正合此意……该校一系列航空航天用高温材料的研发和升级，已成为中国航空航天产业链上不可或缺的“隐形铠甲”。
强创新 沉一线 善转化
跑赢“科研”这场马拉松
高温材料“升级改版”的背后，是夜以继日的科研攻关。
武科大“高温电磁材料团队”经过十余年研发，研制出高温吸波材料，又接到极限要求——飞行器在进出大气层时，高温吸波材料表面的氧化增重不能超过万分之一。
“相当于一个人跑完马拉松，汗水不能多过一滴。”团队教授陈平安解释。产品交付时间紧迫，他们不断调整材料配方，奋战数周都看不到希望。团队负责人李享成想到用“包覆法”，但薄膜的厚度直接影响材料吸波的效能。团队只能“两条腿走路”，一边调配方，一边试包覆。
最终，包覆法对降低氧化增重起到了明显效果。陈平安感慨，90%以上的实验都是失败的，科研工作常与苦恼和焦虑相伴。“李教授常宽慰我们，科研是场马拉松，不能前面跑得快，后面没劲跑。我们也常常拿自己的科研经历安慰学生，做好科研要有‘强心脏’。”
即便有多年的科研经验，面对新问题，也免不了到一线摸爬，该校“冶炼新技术耐火材料团队”的马妍老师对此深有体会。实验室里做出来的型芯性能过关，在工厂生产线上却屡屡失败，她只得沉入一线找原因。
原来，他们研发的型芯材料中引入微量的稀土氧化物，必须均匀地分布在型芯材料中，这对制备工艺提出了很高的要求，而工厂的生产工艺与实验室的条件千差万别。她就此总结：科研不能只靠经验，还要看生产一线的数据。
比攻克科研难题更苦恼的是，即便产品生产出来，也难以到企业转化。李远兵在高温材料行业耕耘三十多年，在熔炼金属的真空感应炉研发上，积累了大量经验。但这一基础的冶炼消耗品在航空航天领域中，对性能要求更为苛刻，长期依赖进口。李远兵带着成品去拜访企业，常吃“闭门羹”。因为担心给生产带来风险，企业不愿意尝试。
直到2019年，相关产品国外禁止出口，国产替代才迎来机遇。李远兵把多年的技术积累悉数倒出，为了打消企业顾虑，他以真金白银入股，和企业共担风险。这款国产坩埚成功“上岗”，不仅守住了产业链的生命线，还将耗材使用成本降低了三分之一。
厚积薄发 借势而上
为航空航天贡献“武科大力量”
高温材料，是大国重器的“底盘”。据行业测算，2024年到2028年间，全球航空航天和燃气轮机高温合金需求年均复合增速为20%；最新相关产业发展报告显示，2025年国内高温合金市场规模预计突破300亿元，其中适用于1100℃以上长期服役的高端变形高温合金需求增速高达40%。
“商业航天井喷、航空发动机换代、AI算力拉动燃气轮机发电需求、深空探测向更远处进发等，给高温材料的科技研发和产业应用创造了‘新风口’。”武科大科学技术发展院院长夏绪辉解读，高温材料正迎来“黄金期”。
风口正劲、借势而上，武科大以先进耐火材料全国重点实验室为“旗舰”，50多个省部级科研平台为“编队”，集成理论研究、科研攻关和学科布局优势，主动对接国家航空航天专项，深化与航天科技、航天科工等龙头企业的合作，将学校在高温材料的“热底蕴”，源源不断转化为服务国家战略的“强支撑”。
航空轴承，是飞机和火箭的“关节”，“十五五”规划明确要求自主可控。但轴承钢在高温热处理过程中，表面极易氧化脱碳，直接削弱轴承的耐磨性和寿命。武科大“低碳冶金耐火材料团队”与大冶特钢和湖北兴龙联手，研发出玻璃纤维复合涂层，像一道“闸口”，挡住合金元素往外跑，拖住了碳的流失，提升了国产航空轴承钢的性能。
航空航天部件，要身轻如燕，还得天衣无缝，3D打印技术为满足这些需求提供了革命性的解决方案。武科大“增材制造团队”在精密制造工艺与过程控制关键技术上取得突破，其成果在空间磁悬浮容器、超音速发动机、大型运载火箭贮箱等航天飞行器上成功应用。
4月11日，在武科大召开的耐火材料可持续发展与智能融合国际会议上，由武科大牵头的全球首个数智耐火材料工程中心成立、全球首个耐火材料垂直领域大模型发布，将致力于服务全球高温工业智能化升级与绿色低碳发展。
武科大校长吕勇表示：“学校在航空航天领域的研究不断扩大和深入，在高温熔炼、陶瓷涂层隔热、精密铸造、电磁防护、增材制造等方向已形成系统性成果，多项技术达到国际先进、国内领先水平。我们将持续深耕、久久为功，为航空航天事业贡献更多‘武科大力量’。”
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