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目前空间材料加工可简单的分成三部分：功能性材料（包括，半导体、超导、磁性、记忆和红外敏感材料等），结构材料（包括，难混合金、金属、泡沫多孔和复合材料等），光学和陶瓷材料（包括，优质玻璃和陶瓷、光导纤维、高绝缘材料等）。 1、晶体和半导体材料：空间站可以生产出结构完整有序、断位缺陷少，掺杂均匀的半导休。实验表明，空间加工的单晶、多元晶体和半导体的性能普遍提高。通过区熔法生长的锑化铟晶体的断位缺陷数量比对照物减少90%。用气相生长的砸化锗和碲化锗比地面生长的这类晶体大6—8倍，且生长速度更快。在空间将镓、锑和硼杂质掺杂在熔融锗中，均匀度可提高4倍^砷化镓是一种优质半导体材料，它的单晶在地面上虽然也能控制生长，但大直径高质量的单晶生长仍然很困难，在空间加工砷化镓可以克服地面加工存在的组份过冷起伏、缺陷密度大等缺陷，生长出优良的单晶。 2、磁性材料：空间加工消除了磁性材料在地面加工过程中对流和杂质成核的影响，可以生产出性能优良的磁性材料。太空中加工的铋-锰共晶磁性材料，其固有矫顽力接近其理论值的97%。空间生产的磁性材料的矫顽力可以比地面提高60%。 3、超导材料：利用微重力环境可以加工出新型的超导材料。空间生产的铅-锌-锑合金具有更高的熔化温度和超导转变温度。锗金化合物在地面只有一般的导电性，而空间生产的同类材料却具有超导性。空间还试验了铅-银-氧化钡超导材料，也得出了满意的结果。利用微重力加工新型超导合金是空间加工的有希望的项目之一。 4、形状记忆合金：空间加工可以克服地面加工形状记忆合金难以克服的工艺问题。TH合金中钛镍比重相差一倍，地面很难得到均勻的样品，空间加工则可以生产出均匀优质的TH合金。 5、非晶态金属：用微重力条件下的充容器加工技术，可以便加工的样品处于过冷状态，过冷温度可低达样品固化温度的20%，在过冷状态下快速固化可以形成非晶态金属。在美国曾在空间制作了铅铝非晶态合金，其强度高、硬度大、韧性好、抗腐力强、性能优良。 6、金属和合金：空间加工不但能得到良好的单晶，而且可以生产出地面难混和偏晶的合金。美国在航天飞机上加工出了铝铅合金。在“空间实验室”中加工出了铥锗、铅锌、铝铜等合金。在加工偏晶合金铅锌中还发现地面研究制定的合金相图有问题。 7、复合材料：空间加工可以得到优质的微粒增强、短纤维増强的复合材料与共晶合金。日本使用A火箭上加工的碳化钛微粒增强的镍，硬度比地面提高2倍，强度提高3倍，耐热温度提高到1700°C。空间生产的氯化钠一氟化锂共晶生长出的第二相氟化锂，纤维长而连续，很少有裂纹。 8、光学材料：空间加工可以制造出无气泡、无条纹、各向同性、折射系数和色散指数均勻、光学性几乎接近理论值的玻璃。美国在航天飞机第七次飞行中，用声悬浮方法加工了玻璃样品。前苏联使用礼炮号加工了光导纤维细丝。在空间用高纯玻璃可以制造出极细、长度几乎不受限制的光导纤维，还可以生产出几百米长的玻璃管。 此外，在微重力环境下，物体的运动规律起了本质的变化，产生了一些特殊的物理现象。利这些物理现象可以产生许多新工艺。 1、皮壳工艺：空间微重力环境下材料的重熔和定向凝固可以提高材料的性能。但是重熔过程往往破材料零件的外形。为了解决这个矛盾提出了皮壳工艺。当一个外形复杂的零件，需要在失重条件下重熔和凝固时，为了保证零件的外形，可以事先在零件的表面上形成一个很薄的层厚度只要1?100微米。这样在重熔过程中，外壳不化而起到定型的作用。这个保护层可以是外加的涂层，也可以在材料表面经过表面处理直接形成。这种工艺特别适合于涡轮叶片、高矫顽力磁性元件和轴承等耐磨零件。采用定向凝固原位生长的共晶合金可以提高叶片使用温度50?100°C，若采用皮壳工艺重熔叶片还可以再提高使用温度。 2、附着铸造：在微重力条件下，液体可以在能润湿的固体表面上达到完全润湿。利用这一原理可以进行附着铸造。将熔化的材料送到特制模型上或铸模内，由于熔体的润湿可以均匀地展布在模型表面的任意处，在整个表面上形成薄层^用反复附着铸造的方法还可以形成任意层次，多种成份的多层结构。这种方法可以制造板材、滚珠轴承、复杂形状的铸件和精密元件。 3、成形工艺：由于空间加工是处于微重力环境下，因而许多在地面受到重力影响而不能成形的结构都可在空间成形。利用微重力下表面张力、内聚力等的作用，可以制造出椭圆度极小的各种材料的球，极长极细的丝和极薄的各种材料的膜。 4、无容器加工工艺：无容器加工技术可以避免材料在熔炼过程中受到熔炉材料的污染并可使材料过冷。空间站无容器加工，悬浮力只需地面上的万分之一，悬浮装置的主要作用是起控制和维持功能，如定位、输送、旋转、搅拌等。 5、电泳工艺：电泳技术是利用外加直流电场，使混合溶液中的各组分向电极方向或不同方向以不同速度运动，使不同组分分离的方法。地面上的电泳主要受自然对流、紊乱涡流、电渗和重力减速的影响，效率低、纯度不够。在微重力下这几个因素都可以消除。在航天飞机上的试验表明：空间电泳可以提高分离纯度4?5倍，提高分离速度400?700倍。目前，这一工艺已被公认为是空间加工中最有经济效益的项目之一。 |
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