空間材料科學系研究空間環(huán)境條件下材料加工、生產(chǎn)、工藝過程的物理規(guī)律，從而獲得性能全新的材料。從材料生成機理看，空間材料可分為晶體生長和金屬、復合材料制備兩類按材料的性能用途分，它又可分為包括半導體、超導、磁性和光纖等在內(nèi)的功能性材料，包括合金、金屬、泡沫多孔和復合材料等在內(nèi)的結(jié)構(gòu)材料，以及陶瓷、玻璃材料等幾類。 

    在航天器上利用空間微重力條件進行材料科學研究和實驗，已取得了很大進展。在空間失重環(huán)境中，對流、沉積、浮力、靜壓力等現(xiàn)象都消失了，另外一些物理現(xiàn)象卻顯現(xiàn)出來。例如，液體的表面張力使液體在不和其他物體接觸時，緊緊抱成一團，在空中懸?。灰后w和其他物體接觸時，液體在物體表面能無限制地自由延展。太空毛細現(xiàn)象加劇了液體的浸潤性，氣體泡沫能均勻地分布在液體中，不同密度的液體可均勻混合。通過大量的研究實驗，不僅清楚地認識了這些在微重力環(huán)境下產(chǎn)生的物理現(xiàn)象以及產(chǎn)生這些物理現(xiàn)象的機理，而且也進一步了解了地球重力環(huán)境限制材料加工的各種因素。利用這些在微重力環(huán)境下特殊的空間物理現(xiàn)象和過程，人類已試驗了空間焊接、鑄造、無容器懸浮冶煉等工藝，冶煉出高熔點金屬，制造出了具有特殊性能的各種合金、半導體晶體、復合材料和光學玻璃等新材料。

    40年來，已在各種航天器上進行了許多次空間材料實驗，從而對空間晶體生長和空間材料加工過程中的特殊現(xiàn)象及其規(guī)律有了較深入的了解，并取得許多新的成果。

    美國早在阿波羅號飛船上就開展過微重力條件下的材料科學實驗。在1973年發(fā)射升空的“天空實驗室”空間站上，航天員進行了28項微重力研究實驗；1975年在阿波羅號—聯(lián)盟號聯(lián)合飛行中又開展了13項微重力實驗。自1981年航天飛機飛行以來，美國航天員利用空間微重力環(huán)境開展了晶體生長、特殊材料的工藝研究和生產(chǎn)，特別是把空間微重力實驗室送人軌道進行材料加工，生產(chǎn)砷化鎵晶體等材料。蘇聯(lián)于1969年在聯(lián)盟號飛船上首次進行了金屬焊接和切割試驗，研究了微重力下的熔融金屬性狀，在禮炮號空間站上進行了微重力材料加工，拉出了重1.5千克的均勻單晶硅，制備了碲鎘汞半導體材料、陶瓷和光學材料，還生產(chǎn)出球狀伍德合金和鋁鎂、鉬鎵、鋁鎢、銅銦和銻銦等多種合金材料。在禮炮號空間站上共使用各類微重力實驗設備175種，帶回3500多千克的實驗樣品。在和平號空間站上專門有一個叫晶體號的工藝艙，航天員利用其上的專用設備制取了純度極高的半導體材料，生產(chǎn)了直徑為5厘米的砷化鎵晶體。總之，利用空間微重力條件，人類已在難混合金、復合材料、功能材料的制造實驗和空間加工工藝方面，取得了很大發(fā)展。

    中國利用自行研制、發(fā)射的返回式衛(wèi)星，多次搭載空間晶體爐，進行空間材料加工實驗，研究了砷化鎵單晶、碲鎘汞晶體的生長，超導材料的燒結(jié)，鋁基碳化硅復合材料的制備，鈀鎳磷、銻化銦、銻化鎵、鋁鈮合金的生長。

    中國利用返回式衛(wèi)星進行微重力條件下空間材料加工實驗，主要包括單晶生長、超導材料和合金凝固等多項。例如，在地面混合并與石英管浸潤的鎘銦樣品，經(jīng)空間熔化后分離成兩個成分分別為鎘和銦的球體，并且與石英管都不浸潤。通過空間進行鋁鋰、鋅鉛、鋁鉛、鋁鈮、鋁鋅鉍等難混合金和偏晶合金凝固實驗，發(fā)現(xiàn)空間的塊狀鋅鉛樣品中實現(xiàn)了彌散相分布。在空間粉末液相燒結(jié)中也能夠得到定向生長的晶體結(jié)構(gòu)。所有這些實驗成果表明，中國空間材料科學研究邁上了一個新的臺階。