上海硅酸盐所在超高温陶瓷涂层材料研究中取得系列进展

高超声速飞行器的发展是航空航天科技向新的飞行极限进行探索的重要领域，将对空天一体化的实现产生巨大推动作用。飞行速度的提高和机动能力的提升促使传统热防护系统观念发生改变。具有耐极高温、抗氧化烧蚀、长寿命等综合性能的高温热防护材料的研制，成为新型空天飞行器的关键技术之一。超高温陶瓷（主要指一些过渡金属的硼化物、碳化物和氮化物）具有大于3000摄氏度的熔点、良好的导热性能和适中的热膨胀系数，将其以涂层形式制备于纤维增强复合材料表面，是满足极高温长寿命应用需求的主要技术途径。然而，超高温陶瓷涂层材料需要加入添加相形成多组元、多相复合结构，才能获得良好的抗氧化烧蚀性能，这对组元设计和制备技术提出了较大的挑战。

近日，中国科学院上海硅酸盐研究所郑学斌研究员带领的研究团队根据超高温陶瓷材料特殊的结构和物理化学特性，在涂层制备技术和组成优化设计两方面取得系列进展。基于低压/真空等离子喷涂技术和超高温陶瓷粉体结构控制技术，设计制备了ZrB₂、ZrC、HfB₂、HfC等多种纯相与复合涂层，该类陶瓷涂层的致密度达到93-97%。基于调控液相和固相氧化产物高温稳定性的设计思路，对超高温陶瓷涂层的化学组成进行调控，首次系统研究了硼化物和碳化物超高温陶瓷涂层的抗氧化烧蚀行为的差异性，包括表面温度变化趋势、氧化产物特性和抗氧化烧蚀行为等。研究结果表明，所制备的涂层材料具有2000-2500摄氏度超高温环境有效热防护的能力，为其实际应用提供了科学与技术基础。

相关成果以“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”等为题，在腐蚀领域权威期刊Corrosion Science发表（192 (2021) 109814，180 (2021) 109181，175 (2020) 108882，168 (2020) 108560，170 (2020) 108645）。

相关研究工作得到创新特区、快速扶持等国家项目的资助。

论文第一作者分别为许雪廷和潘孝辉等研究生，共同通讯作者为牛亚然研究员和郑学斌研究员。