中國(guó)粉體網(wǎng)訊  近日，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所鄭學(xué)斌研究員帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)超高溫陶瓷材料特殊的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)特性，在涂層制備技術(shù)和組成優(yōu)化設(shè)計(jì)兩方面取得系列進(jìn)展。

超高溫陶瓷研究背景

超高溫陶瓷是指在高溫環(huán)境下（2000℃）以及反應(yīng)氣氛中（例如在原子氧環(huán)境中）能夠保持物理與化學(xué)穩(wěn)定性的一種特殊材料，是具有優(yōu)良的高溫力學(xué)性能、高溫抗氧化性和抗熱震性的陶瓷基復(fù)合材料。

超高溫陶瓷主要是由高熔點(diǎn)硼化物與碳化物組成，主要包括硼化鉿（HfB₂）、硼化鋯（ZrB₂）、碳化鉿（HfC）、碳化鋯（ZrC）、碳化鉭（TaC）等。硼化物、碳化物超高溫陶瓷的熔點(diǎn)均超過(guò)3000℃，具有優(yōu)良的熱化學(xué)穩(wěn)定性和優(yōu)異的物理性能，包括高彈性模量、高硬度、低飽和蒸汽壓、適中的熱膨脹率和良好抗熱震性能等，并且能在高溫下保持很高的強(qiáng)度。

超高溫硼化物主要有硼化鉿（HfB₂）、硼化鋯（ZrB₂）、硼化鉭（TaB₂）和硼化鈦（TiB₂）等，目前對(duì)硼化鋯（ZrB₂）和硼化鉿（HfB₂）的研究最為集中。硼化物超高溫陶瓷由較強(qiáng)的共價(jià)鍵構(gòu)成，具有高熔點(diǎn)、高硬度、高強(qiáng)度、低蒸發(fā)率、高熱導(dǎo)率與電導(dǎo)率等特點(diǎn)，但共價(jià)鍵較強(qiáng)的特性導(dǎo)致了其具有難以燒結(jié)和致密化的缺點(diǎn)。

碳化物超高溫陶瓷具有高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、高硬度及良好的化學(xué)穩(wěn)定性，是應(yīng)用廣泛的超高溫陶瓷材料，目前常用的碳化物超高溫陶瓷主要包括碳化硅（SiC）、碳化鋯（ZrC）、碳化鉭（TaC）和碳化鉿（HfC）。

圖片來(lái)源：Pixabay

超高溫陶瓷能夠適應(yīng)超高音速長(zhǎng)時(shí)飛行、大氣層再入、跨大氣層飛行與火箭推進(jìn)系統(tǒng)等極端環(huán)境，可以應(yīng)用于飛行器鼻錐、機(jī)翼前緣、發(fā)動(dòng)機(jī)熱端等各種關(guān)鍵部件。作為應(yīng)用在航空航天飛行器上的重要材料，超高溫陶瓷材料得到各國(guó)的高度關(guān)注。

超高溫陶瓷涂層材料研究進(jìn)展

據(jù)了解，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所的研究人員是基于低壓/真空等離子噴涂技術(shù)和超高溫陶瓷粉體結(jié)構(gòu)控制技術(shù)，設(shè)計(jì)制備了ZrB₂、ZrC、HfB₂、HfC等多種純相與復(fù)合涂層，該類陶瓷涂層的致密度達(dá)到93-97%。基于調(diào)控液相和固相氧化產(chǎn)物高溫穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)思路，對(duì)超高溫陶瓷涂層的化學(xué)組成進(jìn)行調(diào)控，首次系統(tǒng)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(shì)、氧化產(chǎn)物特性和抗氧化燒蝕行為等。研究結(jié)果表明，所制備的涂層材料具有2000-2500℃超高溫環(huán)境有效熱防護(hù)的能力，為其實(shí)際應(yīng)用提供了科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)。

硼化鋯和碳化鋯基復(fù)合涂層的氧化產(chǎn)物顯微結(jié)構(gòu)圖

參考來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所、中國(guó)粉體網(wǎng)、硅酸鹽通報(bào)、化工新型材料等。

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）

注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)請(qǐng)告知?jiǎng)h除！