定义

空间材料科学与加工又称微重力材料科学

物体自由下落时不会感受到自身的重力。 这一深邃的物理洞见构成了爱因斯坦广义相对论的思想基础。在向地面下落的物体内，以及在广大的远离星体的自由空间中，重力可以降低到接近于零的水平，即构成微重力环境。材料科学在微重力下的研究当然只在重力存在与否对所关注的过程或过程实现的外部条件具有明显影响的情形下才有意义，因此，微重力材料科学研究关注的材料一般不涉及刚体、弹性体甚至塑性体这样的内部分子关联较强的体系，而主要是流体，包括蒸汽、液体、固体材料的熔液以及部分软物质(生命物质与气泡和泡沫材料等)， 颗粒物质，以及这些材料形式之间的或它们同固体的组合。微重力材料科学的这一特点决定了它的研究内容和研究手段。 其研究内容包括材料自身的物性研究如浸润过程、烧结过程，物质输运过程（扩散、对流）等， 熔体的固化和结晶过程，溶液法晶体生长，等。涉及的物理概念多为质量输运过程，表现为凝聚，形核和生长，其物理驱动力为液体/熔体的表面能（张力）和界面能。 气体和液体/熔体间的界面能主要体现在泡沫结构(bubble)和泡沫材料（Foam）研究中。 2

研究目的

把对空间环境和空间存在的物质材料的利用作为目的之一。基于以上考虑，可以看到针对以下几种情形空间材料科学研究是必要的：

（1） 在重力的变化或存在与否对所关注的材料过程或过程实现的外部条件具有明显影响的情形下；

（2） 针对宇航业必需的材料（如防护，推进，润滑）和空间存在的物质；

（3） 寻求地面上没有的其它条件，比如极端高真空和强辐射时。

其中，第一种情形就是所谓的微重力材料科学(Microgravity Materials Science)研究。它是空间材料科学研究的主体部分，在一些文献中，微重力材料科学甚至和空间材料科学不刻意加以区分。 3

分类

从材料生成机理看，空间材料可分为晶体生长和金属、复合材料制备两类；按材料的性能用途分，它又可分为包括半导体、超导、磁性和光纤等在内的功能性材料，包括合金、金属、泡沫多孔和复合材料等在内的结构材料，以及陶瓷、玻璃材料等几类。 4

涉及方面

空间材料科学是最早开展的空间科学研究领域。经过三十年的不懈努力， 空间材料科学研究到目前为止几乎涉及了所有方面的重要材料研究， 包括：

(1) 形核与亚稳态；

(2) 微结构的预测与控制；

(3) 界面与相分离问题；

(4) 输运问题；

(5) 晶体生长与缺陷控制，等等。

如果以‘与材料有关的’空间研究内容论， 按欧空局的数据，则包括凝聚现象、应用指向的熔化过程、沸腾/汽化过程、毛细现象、化学斑图的形成、燃烧、复合物、晶体生长中的对流与偏析现象、扩散、流体的动力学与稳定性、电磁学、 电泳、铁流体、流体物理、流体临界现象、泡沫、亚稳相与玻璃、颗粒物质、 界面现象、近临界点研究、火焰、金属合金、微结构与形貌稳定性、粒子凝聚和物理化学，等等。可以说，空间材料科学研究的广度已经得到了充分的体现。