新型可耐3000℃燒蝕陶瓷涂層及復(fù)合材料誕生

　　中國(guó)科技網(wǎng)-科技日?qǐng)?bào)長(zhǎng)沙8月21日電(記者俞慧友 通訊員曹希雅 王建湘)“護(hù)航”高超聲速飛行器關(guān)鍵部件，有了可靠新材料。21日，記者從中南大學(xué)粉末冶金研究院獲悉，該校粉末冶金國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中國(guó)工程院院士黃伯云團(tuán)隊(duì)，開(kāi)發(fā)出了一種新型可耐3000℃燒蝕的陶瓷涂層及復(fù)合材料，具有優(yōu)越的抗燒蝕性和抗熱震性，被學(xué)界評(píng)為極具應(yīng)用前景的材料體系，引發(fā)國(guó)際廣泛關(guān)注。該成果，發(fā)表于6月15日的《自然·通訊》上。

　　高超聲速飛行器，其飛行速度等于或大于5倍聲速，意味著每小時(shí)最低可飛行6120公里。“以此速度，約2小時(shí)便可從北京飛到倫敦。”團(tuán)隊(duì)熊翔教授說(shuō)。不過(guò)，如此高速飛行，需確保飛行器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件，如飛機(jī)鼻錐、翼前緣等，可承受劇烈的空氣摩擦，及高達(dá)2000-3000℃的熱氣流沖擊而不被破壞。“我們新合成的超高溫陶瓷涂層及其復(fù)合材料，能為這些部件提供較好保護(hù)。”

　　熊翔稱，該新型陶瓷涂層改性炭/炭復(fù)合材料，由鋯、鈦、碳、硼元素組成的四元含硼單相碳化物構(gòu)成，具穩(wěn)定的碳化物晶體結(jié)構(gòu)。其主要通過(guò)熔滲工藝，將多元陶瓷相引入多孔炭/炭復(fù)合材料中獲得。該超高溫陶瓷兼具了碳化物的高溫適應(yīng)性，和硼化物的抗氧化特性，使這種涂層和復(fù)合材料表現(xiàn)出了優(yōu)越的抗燒蝕性和抗熱震性。除經(jīng)受住3000℃超高溫考驗(yàn)，該陶瓷氧化物所具備的低氧擴(kuò)散速率、高溫自愈合能力、陶瓷涂層致密和梯度結(jié)構(gòu)，也使該陶瓷表現(xiàn)出了相對(duì)其他陶瓷體系更低的材料燒蝕損失率。

　　據(jù)悉，這也是世界上首次合成這種四元含硼碳化物單相超高溫陶瓷材料，并制成涂層，與炭-炭材料完美“融合”。而現(xiàn)行新材料領(lǐng)域，主流為二元化合物體系混合材料的研究。因此，它的研制成功，將大大促進(jìn)四元體系材料在高超聲速領(lǐng)域中的應(yīng)用研究。

　　中南大學(xué)副校長(zhǎng)周科朝介紹，耐燒蝕陶瓷涂層及其改性炭/炭復(fù)合材料的研制歷史，至今已經(jīng)歷15年。在國(guó)家863、973和國(guó)家自然科學(xué)基金的支持下，中南大學(xué)熊翔團(tuán)隊(duì)，從炭/炭復(fù)合材料中高溫(<1600℃)抗氧化涂層入手，試圖尋找具優(yōu)異抗氧化性能和耐燒蝕性能的新型超高溫陶瓷涂層材料。截至目前，篩選出了碳化硅、碳化鉭、碳化鈦、碳化鋯、硼化鋯、碳化鉿等數(shù)十種體系，及上百種成份含量的高溫材料，幾乎囊括現(xiàn)存超高溫陶瓷和高溫復(fù)合材料。此次，團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用“材料基因工程”技術(shù)，快速遴選出合適的陶瓷超高溫材料，加快了研發(fā)周期，最終實(shí)現(xiàn)了3000℃超高溫環(huán)境下新型耐燒蝕陶瓷涂層開(kāi)發(fā)的突破。

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