在先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，熱障涂層技術(shù)被列為與高溫結(jié)構(gòu)材料、高效氣冷并重的先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的3大關(guān)鍵技術(shù)。它利用耐高溫和低導(dǎo)熱的陶瓷材料與金屬?gòu)?fù)合，可有效降低高溫環(huán)境下金屬的表面溫度，從而大幅度延長(zhǎng)金屬部件的工作壽命。

熱障涂層使用的陶瓷材料需要具有熱膨脹系數(shù)與基體材料相匹配以及抗高溫腐蝕、低熱導(dǎo)率、相穩(wěn)定等特點(diǎn)。目前，常用的熱障涂層陶瓷材料主要有Al₂O₃、SiO₂、ZrO₂，其中ZrO₂具有高熔點(diǎn)和低熱導(dǎo)率，且熱膨脹系數(shù)接近金屬材料，被廣泛用作熱障涂層的陶瓷材料。

但是在高溫下ZrO₂具有同素異晶轉(zhuǎn)變，相變使體積變化從而易使涂層開裂或剝落。為了抑制ZrO₂在高溫下的同素異晶轉(zhuǎn)變，通常采用MgO、Y₂O₃等穩(wěn)定劑實(shí)現(xiàn)ZrO2的部分穩(wěn)定。不過近年來(lái)，稀土氧化物材料A₂B₂O₇（A=La、Nd、Sm、Gd、Dy、Er、Yb等稀土元素，B=Zr、Ce等）也開始獲得關(guān)注——有數(shù)據(jù)表明，稀土氧化物材料在700℃~1200℃之間的導(dǎo)熱系數(shù)為1.1~1.7 W·m^-1·K^-1，高溫下的物相和化學(xué)組分更穩(wěn)定，當(dāng)作為填料時(shí)，不僅能有效提升熱障涂層的耐溫性能、比強(qiáng)度，而且熱導(dǎo)率顯著下降。

因此為了發(fā)掘這種大有前景的材料的更多潛力，許多科研機(jī)構(gòu)開始對(duì)其進(jìn)行了深入研究，上海交通大學(xué)正是其中之一。在9月18-20日于西安舉辦的“2019年全國(guó)氧化鋯陶瓷制備與精細(xì)加工技術(shù)交流會(huì)”上，來(lái)自上海交通大學(xué)的郭芳威博士將發(fā)表題為《新型層級(jí)結(jié)構(gòu)高溫/超高溫陶瓷涂層粉體制備及其高溫應(yīng)用》的報(bào)告。而報(bào)告的主角，正是由上交大的研發(fā)團(tuán)隊(duì)開發(fā)的新型熱障涂層及其重要組成部分——靜電微噴稀土氧化物微球。

據(jù)介紹，這種稀土氧化物微球具有納米/微米仿生多孔結(jié)構(gòu)，不僅成分和微結(jié)構(gòu)可調(diào)控，還具有稀土元素優(yōu)點(diǎn)，徹底顛覆了核殼結(jié)構(gòu)思路，突破了密度-功能線性相關(guān)的物理規(guī)律，具有極高的附加價(jià)值，目前已運(yùn)用在CZ-F6箭體防熱耐振涂層（航天八院合作）及核島高壓水管道綠色絕熱保溫涂層（中廣核合作）中，并取得非常出色的效果。

須知，在我國(guó)熱噴涂涂層有著巨大發(fā)展空間，但目前為止，噴涂粉末這一塊的市場(chǎng)對(duì)進(jìn)口的依賴極大，多達(dá)25億/年而且還在持續(xù)增加。作為具備稀土資源優(yōu)勢(shì)的國(guó)家，在該領(lǐng)域我們無(wú)疑是具備發(fā)展優(yōu)勢(shì)的。如果您想對(duì)此做進(jìn)一步的了解，就請(qǐng)千萬(wàn)不要錯(cuò)過這次氧化鋯會(huì)議了，畢竟機(jī)不可失，時(shí)不待人！

關(guān)于報(bào)告人

郭芳威博士

郭芳威博士，副教授，畢業(yè)于曼徹斯特大學(xué)，從事飛行器表面熱防護(hù)涂層和超高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料研究。主持國(guó)防和軍工項(xiàng)目10余項(xiàng)，總經(jīng)費(fèi)近1000萬(wàn)元；參與國(guó)家自然科學(xué)基金和軍工項(xiàng)目4項(xiàng)，總經(jīng)費(fèi)近1500萬(wàn)元。近五年在陶瓷領(lǐng)域國(guó)際知名期刊發(fā)表文章36篇（21篇SCI一區(qū)論文），包括Acta materialia, Scripta Materialia, Carbon, 美國(guó)陶瓷等，影響因子大于4.0的文章10篇，2次入選陶瓷領(lǐng)域權(quán)威期刊美國(guó)陶瓷協(xié)會(huì)會(huì)刊封面文章。以第一發(fā)明人獲得授權(quán)中國(guó)/國(guó)際PCT專利10余項(xiàng)，主持編寫我國(guó)航天防熱涂層材料標(biāo)準(zhǔn)2份，相關(guān)研究成果經(jīng)已在我國(guó)航空、航天和核能行業(yè)廣泛應(yīng)用，靜電微噴陶瓷粉體技術(shù)被“中國(guó)核能行業(yè)協(xié)會(huì)”鑒定為：國(guó)際/國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。入選2018年晨星學(xué)者計(jì)劃，入選2018年度舟山市人才計(jì)劃，2018年中國(guó)高等學(xué)校十大科技進(jìn)展提名。

粉體圈 作者：小榆