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目前，在中国空间站内，部署了科学实验柜等具有国际领先水平的空间科学研究与应用设施，能够在轨支持空间生命科学与生物技术、空间材料科学、微重力基础物理、微重力流体物理等诸多领域的研究与应用，中国空间站正在成为我国当前覆盖学科领域最全、在轨支持能力最强，且兼备有人参与和上下行运输等独特优势的“国家太空实验室”，各类空间科学与应用研究有序展开。
近日，由西北工业大学科研团队主导的超高温合金材料研究取得新进展，研究团队通过中国空间站提供的微重力环境获得了材料的关键物理特性，实现了难熔合金微观组织结构与宏观形态的双调控。
据介绍，研究团队选取的实验材料为铌合金，从2021年9月开始，样品分三批，随天舟三号、天舟四号、天舟五号货运飞船进入中国空间站开展空间材料科学实验。在航天员的协助下，研究团队成功完成了材料在微重力条件下的加热、熔化、降温、过冷、凝固以及热物理性质测定等重要实验。
铌是一种难熔金属，其熔点高达2400多摄氏度。铌合金材料具有塑性好，加工和焊接性能优良等特点，可用作航天和航空工业的热防护和结构材料，因而被认为是下一代火箭和航空发动机的重要备选材料。
不过，在地面环境下，要对其两千多摄氏度的熔体开展物理特性的研究十分困难，连实验容器都很难找到。而中国空间站的无容器材料实验柜刚好能够提供无容器和微重力环境的绝佳实验条件，也为研究人员获取其物理特性提供了可能。
锆合金在轨凝固实验取得科学新发现
除了对超高温合金材料开展研究外，研究团队还在中国空间站所提供的微重力环境下，对锆合金材料开展了在轨凝固实验，同样取得了重要发现。
锆合金具有耐腐蚀性和生物相容性，通常在核技术及医学植入领域有着广泛的应用。此前，锆合金的36个实验样品，通过天舟三号货运飞船送入中国空间站，借助微重力环境，研究团队得到了不同于地面的材料内部温度场和流场分布，并观察到特殊的表面组织结构。
据介绍，锆合金固体状态和液体状态间存在密度差，通常凝固后会出现收缩与缩孔，这也是该专业领域普遍受到关注的研究方向。此次在微重力环境下得到的表面涡旋组织结构，是此前在地面条件下从未发现过的现象，将对进一步了解材料特性，拓展材料应用提供新的可能。
科研团队利用中国空间站，共对6种合金材料开展了上百次实验，未来还将计划对其他材料，尤其是瞄准国家重大需求的新型功能晶体、特种材料等开展相关空间研究。
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