近日，西北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院李賀軍院士碳/碳復(fù)合材料團(tuán)隊(duì)在材料科學(xué)與工程領(lǐng)域頂級(jí)期刊《Materials Science and Engineering R: Reports》（IF=31.6）上發(fā)表題為“Materials design of silicon based ceramic coatings for high temperature oxidation protection（硅基陶瓷涂層抗高溫氧化設(shè)計(jì)與防護(hù)）”的綜述文章。西北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院博士研究生劉冰為論文第一作者，孫佳副教授、Ralf Riedel教授和付前剛教授為論文共同通訊作者。

新一代航空航天飛行器的快速發(fā)展對(duì)熱結(jié)構(gòu)材料在高溫氧化環(huán)境中的抗氧化性能提出了嚴(yán)苛要求。硅基陶瓷涂層技術(shù)是提升碳/碳（C/C）復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料（CMCs）等熱結(jié)構(gòu)材料抗氧化性能的有效方法。然而，服役過(guò)程中涂層常因與基體熱膨脹系數(shù)不匹配而發(fā)生開(kāi)裂現(xiàn)象，這削弱了涂層對(duì)基體的氧化防護(hù)效果，甚至導(dǎo)致涂層失效。基于皮膚傷口自愈合自修復(fù)機(jī)制，本文綜述了解決涂層開(kāi)裂問(wèn)題的兩個(gè)重要手段——裂紋愈合（涂層自愈合成分設(shè)計(jì)）和裂紋抑制（涂層增韌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）。相關(guān)材料設(shè)計(jì)方法為新一代熱結(jié)構(gòu)材料用先進(jìn)硅基陶瓷涂層研發(fā)提供了理論支撐。

本文從“裂紋愈合”（仿皮膚愈合，側(cè)重小裂紋）和“裂紋抑制”（仿傷口修復(fù)，側(cè)重大裂紋）兩個(gè)角度開(kāi)展涂層成分與結(jié)構(gòu)研究。在涂層自愈合成分設(shè)計(jì)方面，針對(duì)SiO2在寬溫域環(huán)境下對(duì)裂紋封填愈合作用不足問(wèn)題，提出了對(duì)SiO2中低溫流動(dòng)性增強(qiáng)和高溫穩(wěn)定性提升的雙重策略，前者通過(guò)選用B、Al、Ti、堿金屬和堿土金屬元素?fù)诫s，而后者選用難熔金屬和稀土元素添加，以此實(shí)現(xiàn)硅基陶瓷涂層在寬溫域環(huán)境下對(duì)裂紋的有效愈合。在涂層自修復(fù)增韌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，綜述了借助一維結(jié)構(gòu)“縫合”開(kāi)裂、梯度結(jié)構(gòu)緩釋應(yīng)力、多相鑲嵌結(jié)構(gòu)阻礙裂紋擴(kuò)展、層狀仿生結(jié)構(gòu)規(guī)避貫穿性裂紋等一系列涂層韌性提升方法，為高強(qiáng)韌硅基陶瓷涂層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。最后，本文總結(jié)并展望了硅基陶瓷涂層的潛在發(fā)展方向。

本研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家科技重大專項(xiàng)、Sino-German DFGProject和RFG-funded Research Training Group等項(xiàng)目的資助和支持。