2024年4月24日，第九个“中国航天日”主场活动在湖北省武汉市举办，其航天日的主题为“极目楚天，共襄星汉”。国家航空航天事业的发展离不开成千上万的研究员，机构企业和举国之力的支持。作为这璀璨星空的一份子，我们一起来了解下与航空航天领域相关的石英知识。
石英材料具有独特的物理和化学性质，耐高温、耐腐蚀、透波性能好、高硬度和高耐磨性以及加工性能良好等优点，这些优点使得石英材料成为航空航天领域的关键材料，在航空航天领域有着具有广泛的应用。从结构部件到电子元件，从隔热材料到光学部件，都有石英材料的身影。
首先，石英具有高硬度、耐磨和化学性能稳定的特性。其摩氏硬度为7，仅次于少数矿物如金刚石和莫氏矿，使得石英在航空航天领域的制作过程中能够承受各种严酷的环境。同时，石英的化学组成是SiO2，具有很高的化学稳定性，能够抵御酸碱的侵蚀和腐蚀。这些性质使得石英材料非常适合作为关键部件和防护结构使用。
石英纤维是石英材料在航空航天中的一个重要应用形式。它被广泛应用于导弹、飞机、卫星雷达罩，卫星、军舰天线，电磁窗（干扰、反干扰设备），隐身技术的结构材料（飞行器、军舰、潜艇）等。石英纤维的高性能使其成为高性能机载天线罩常用的增强纤维，如美国的F-15和F-22都采用石英纤维或含有石英纤维的复合材料。此外，石英玻璃纤维材料在航天航空领域主要用于被动式热防护的隔热结构和半主动式热防护的烧蚀结构中，如航天飞机就大量使用了含有石英纤维的陶瓷隔热瓦和柔性隔热毡。
石英制品如石英棉和石英毡还被用作半导体行业和汽车玻璃钢化炉领域的高温隔热材料。这些应用充分展示了石英材料在高温环境下的优异性能。
此外，石英仪器也在航空航天领域发挥着重要作用。例如，石英仪器被用于制作全系列真空观察窗、气体检测用密封气室、封装版光学镜头、硬管内窥镜外管、耐高温高压管壳等，这些仪器在航空航天器的运行和检测中起到了关键的作用。
下面是石英材料在航空航天领域应用的一些具体的例子：
-
天线罩和雷达罩：石英纤维常被用于制作导弹、飞机、卫星的天线罩和雷达罩。这些罩体需要承受高速飞行时产生的气动热、电磁干扰以及可能的机械冲击。石英纤维的高强度、高模量以及优良的耐温性能，使得它成为这些关键部件的理想材料。
-
隔热材料：石英玻璃纤维在航天航空领域主要用于被动式热防护的隔热结构和半主动式热防护的烧蚀结构。例如，航天飞机就大量使用了含有石英纤维的陶瓷隔热瓦和柔性隔热毡，这些材料可以有效地防止高温对航天器内部结构的破坏。
-
光学窗口和透镜：石英由于其优良的光学性能，常被用于制作光学窗口和透镜。在航空航天领域，这些部件用于观测、导航和通信等系统，需要承受极端环境并保持良好的光学性能。
-
传感器和仪表：石英材料也可用于制作传感器和仪表的关键部件，如石英振荡器，它以其高稳定性和可靠性，被广泛应用于航空航天领域的电子系统中。
-
高温结构材料：石英基复合材料以其优良的耐高温性能，被用于制造航空航天器中的高温结构部件，如发动机的燃烧室、尾喷管等。
石英材料在航空航天领域的应用虽然广泛，但也存在一些缺点，这些缺点主要涉及到材料的特性以及加工制造过程。
首先，石英材料虽然具有高硬度、耐磨和化学性能稳定的特性，但它的韧性较差，这意味着在受到冲击或压力时，石英材料容易断裂或碎裂。这种脆性限制了石英材料在某些需要承受较大机械应力的航空航天部件中的应用。
其次，石英材料的加工制造过程相对复杂。由于石英的高硬度和脆性，使得加工过程中需要采用特殊的设备和工艺，增加了生产成本和制造难度。此外，石英纤维的制造过程也具有高壁垒，要求丝的纯度高达SiO2>99.99%，这也增加了材料的制造难度和成本。
另外，石英材料在某些特殊环境下可能表现出不稳定性。例如，虽然石英纤维在高温环境下具有良好的稳定性，但在某些极端条件下，其性能可能会受到影响。此外，石英材料对酸和碱等常见化学品的腐蚀性较高，这也限制了其在某些特定环境下的应用。
综上所述，石英材料在航空航天领域的应用虽然具有诸多优点，但也存在一些缺点，包括韧性差、加工制造过程复杂以及在某些特殊环境下的不稳定性等。但因其自身有着独特的物理和化学性质，石英材料在航空航天领域具有不可替代的地位。
