低空飛行為了減重，竟然用上了航天同款？

如何像科幻電影中輕便飛行？如何像飛鳥般自由穿梭？

2025年10月，億航智能新一代長航程無人駕駛載人航空器VT35震撼發布，創新性能讓跨城市、跨海域、跨山區等中長途交通出行輕松實現，為城市內、城際間出行提供更加安全高效、綠色環保、經濟便利的解決方案。

輕便飛行，納米陶瓷出了大力氣

圖片來源：億航智能官網

VT35除復合翼設計與碳纖維機身外，更關鍵的是應用了新型納米陶瓷復合材料，直接實現23%的減重突破。

納米陶瓷是指晶粒尺寸達到納米級別的新型陶瓷材料。納米陶瓷不僅保持了陶瓷材料在力學、電學、熱學、光學和磁學等方面具備一些特殊性能，而且克服了陶瓷材料本身存在脆性裂紋、均勻性差，尤其室溫下很低的斷裂韌性和極差的抗沖擊性能等缺陷。

在航天領域，納米陶瓷正以其卓越性能，成為替代傳統金屬的關鍵材料。它不僅能為航天發動機噴嘴、防熱罩等核心高溫部件實現顯著“減負”，更能大幅提升其耐高溫極限與整體可靠性。此外，納米涂層技術構筑起航天器的“金鐘罩”。利用氧化鋯、氧化鋁等納米陶瓷涂層超強的耐磨、耐腐蝕與抗高溫特性，能在航天器表面形成一道堅固的保護膜，有效抵御太空碎片的撞擊與嚴峻空間環境的侵蝕，為飛行安全保駕護航。

想要成功獲得納米陶瓷材料？可沒那么容易

納米陶瓷的制備工藝主要包括納米粉體的制備、成型和燒結。而燒結過程是決定陶瓷材料顯微結構的關鍵，只有選擇一種合適的燒結工藝才能獲得預期的顯微結構以及優異的綜合性能。由于納米粉體的巨大活性表面能，在燒結過程中這些能量釋放使得晶界擴散非常快，晶粒迅速長大，而且納米材料的晶界移動是同時控制納米材料晶粒的生長和燒結材料致密化的驅動力。陶瓷粉體的納米燒結致密化過程中，粒子之間的晶向形成不是隨意的，而是在粒子表面通過相互平行的、結晶排列的小刻面之間的有序配合形成的。所以減小納米顆粒的團聚、粗化和長大以及增大燒結納米材料致密化程度是納米材料燒結的關鍵技術。

SPS燒結

SPS（SparkPlasmaSintering）即“放電等離子燒結”，出現于20世紀60年代，近年來被廣泛應用于材料制備中的一種先進燒結技術。SPS與熱壓燒結相似，不同之處在于加熱方式，它是利用通-斷直流脈沖電流直接通電燒結的加壓的燒結方法。直流脈沖電流初期的電火花放電產生局部高溫場、放電沖擊壓力、焦耳熱和電場擴散。能提供極快的加熱速度從而獲得高致密度的均勻燒結體。

SPS燒結充分利用了粉體內部的自發熱作用，產生大量的熱傳遞通道以及縮短熱擴散的距離，使粉體迅速升溫燒結致密度增加的同時并能有效抑制晶粒長大。SPS燒結工藝優勢非常明顯：加熱均勻，升溫速度快，燒結溫度低，燒結時間短，生產效率高，產品組織細小均勻，能保持原材料的自然狀態，得到高致密度的材料，還可燒結梯度材料以及復雜工件等。

微波燒結

微波燒結是20世紀80年代中后期國際上發展起來的一種新型的陶瓷燒結技術，它是利用在微波電磁場中材料的介電損耗致使陶瓷及其復合材料整體加熱至燒結溫度，并最終實現致密化的快速燒結的新技術。微波燒結由于無外加壓力，所以電磁場的頻率越高，升溫速度越快，對晶粒長大的抑制越明顯。

超高壓燒結

所謂超高壓燒結，即在1GPa以上壓力下進行的燒結。其特點是不僅能夠迅速達到高密度，而且使晶體結構甚至原子、電子狀態發生變化，從而材料具有在通常燒結下不能達到的性能。超高壓燒結時對材料產生極高的壓應力，抑制加熱時材料熱膨脹的趨勢，本質上是阻礙原子受熱激活的擴散，防止晶粒的長大；而且在超高壓力的作用下，燒結的驅動力提高，材料能夠達到較高的致密化程度，這對于制備納米陶瓷都是有利方面。

反應熱壓燒結

反應熱壓燒結是通過氣相或液相與基體相互反應制備陶瓷材料。該種燒結方法是一種使納米粉體聚集成納米陶瓷而保持完全致密，且沒有顯著粒徑增長的方法。由于反應熱壓燒結技術制備納米陶瓷時通過化學反應消除了基體與增強體（兩相）界面的不相容性，存在一個潔凈、結合好的界面，而且顆粒分布均勻。另外，該制備方法過程中附加一定的外壓力，阻止了晶粒迅速長大。反應燒結法具有成本低、燒結溫度低、工藝簡單，并可實現特殊結構設計并獲得材料特殊性能的優點。

SLS燒結

SLS法（選擇性激光燒結）采用紅外激光器作能源，使用的造型材料多為粉末材料。在納米陶瓷制備中，選擇性激光燒結技術利用激光能量瞬時產生極高的溫度梯度保證燒結過程中納米粉體的尺寸在固一-液一-固相變過程中變化極小，從而能有效控制陶瓷材料晶粒生長，并消除材料的某些內部缺陷。

兩步燒結

兩步燒結法是近幾年應用到材料領域的新型燒結技術，主要是快速升溫到燒結溫度以上抑制晶粒生長，在晶粒還沒來得及變大時就開始急速降溫到燒結溫度，然后恒溫繼續燒結提高材料的致密度。兩步燒結法主要是清華大學和UniversityofPennsylvania在研究，這種燒結方法很先進，但是從燒結溫度以上（100℃左右）急速冷卻到燒結溫度對爐子的要求很高，對這種燒結技術的應用造成了限制。

熱等靜壓燒結

熱等靜壓燒結是一種集高溫、高壓于一體的工藝生產技術，制備陶瓷時加熱溫度通常為超過2000℃，達2300℃。該燒結方法通過以密閉容器中的高壓惰性氣體或氮氣為傳壓介質，使得粉末的各個方受到相等的壓力。熱等靜壓燒結方法能克服壓力不均勻現象，減少了陶瓷材料顯微結構的結構梯度和結構缺陷，故加工的產品均勻致密、性能優異。同時，該技術還具有燒結時間相對較短、工序少和材料損耗小等特點。采用熱等靜壓燒結工藝能降低保溫時間，對于抑制晶粒生長作用顯著，可獲得性能優異的納米陶瓷材料。另外，對于一些特殊納米陶瓷材料還可采用低溫燒結、脈沖電流燒結和爆炸燒結等燒結技術。

納米陶瓷制備并不簡單，隨著研究人員的努力，正推動納米陶瓷材料制備技術向普通化、低成本化和交叉應用的方向發展。據市場研究機構預測，到2030年，全球納米陶瓷市場規模有望突破數百億美元，其中中國將成為這一市場中不可忽視的重要力量。這一迅猛增長的背后，離不開納米陶瓷在航空航天、醫療器械、電子設備和汽車輕量化等高端領域中的廣泛應用。從當前的市場規模與發展潛力來看，納米陶瓷的未來，必將更加璀璨。

參考來源：

[1]李翀等，納米陶瓷材料燒結技術的研究進展

[2]周錦，新型陶瓷材料的研究綜述

[3]航化網、億航智能官網、粉體網