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上海硅酸鹽所在超高溫陶瓷涂層材料研究中取得系列進展
發布時間: 2021-12-21 15:26 | 【 【打印】【關閉】

  高超聲速飛行器的發展是航空航天科技向新的飛行極限進行探索的重要領域,將對空天一體化的實現產生巨大推動作用。飛行速度的提高和機動能力的提升促使傳統熱防護系統觀念發生改變。具有耐極高溫、抗氧化燒蝕、長壽命等綜合性能的高溫熱防護材料的研制,成為新型空天飛行器的關鍵技術之一。超高溫陶瓷(主要指一些過渡金屬的硼化物、碳化物和氮化物)具有大于3000oC的熔點、良好的導熱性能和適中的熱膨脹系數,將其以涂層形式制備于纖維增強復合材料表面,是滿足極高溫長壽命應用需求的主要技術途徑。然而,超高溫陶瓷涂層材料需要加入添加相形成多組元、多相復合結構,才能獲得良好的抗氧化燒蝕性能,這對組元設計和制備技術提出了較大的挑戰。 

  中國科學院上海硅酸鹽研究所鄭學斌研究員帶領的研究團隊根據超高溫陶瓷材料特殊的結構和物理化學特性,在涂層制備技術和組成優化設計兩方面取得系列進展?;诘蛪?/span>/真空等離子噴涂技術和超高溫陶瓷粉體結構控制技術,設計制備了ZrB2、ZrC、HfB2、HfC等多種純相與復合涂層,該類陶瓷涂層的致密度達到93-97%?;谡{控液相和固相氧化產物高溫穩定性的設計思路,對超高溫陶瓷涂層的化學組成進行調控,首次系統研究了硼化物和碳化物超高溫陶瓷涂層的抗氧化燒蝕行為的差異性,包括表面溫度變化趨勢、氧化產物特性和抗氧化燒蝕行為等。研究結果表明,所制備的涂層材料具有2000-2500oC超高溫環境有效熱防護的能力,為其實際應用提供了科學與技術基礎。 

  相關成果以“Effect of WB addition on long ablation behavior of ZrB2-MoSi2 coating”、Difference evaluation on ablation behaviors of ZrC-based and ZrB2-based UHTCs coatings、Effect of Yb2O3 addition on oxidation/ablation behaviors of ZrB2-MoSi2 composite coating under different environment”、“Effect of tungsten-containing additives (WB/ WSi2/ W) on ablation behavior of ZrB2-SiC coating”、“Long time ablation behaviors of designed ZrC-SiC-TiC ternary coatings for environments above 2000°C”等為題,在腐蝕領域權威期刊Corrosion Science發表192 (2021) 109814,180 (2021) 109181,175 (2020) 108882,168 (2020) 108560,170 (2020) 108645)。

  相關研究工作得到創新特區、快速扶持等國家項目的資助。論文第一作者分別為許雪廷和潘孝輝等研究生,共同通訊作者為牛亞然研究員和鄭學斌研究員。

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