2022-KJ-1-020超高温氧化表征装备及改性碳基热防护材料制备和应用

您所在的位置：首页 - 成果推介 - 科学技术奖

2022-KJ-1-020超高温氧化表征装备及改性碳基热防护材料制备和应用

日期：2023年01月15日来源：中国腐蚀与防护学会分享：

获奖项目编号：	2022-KJ-1-020
获奖项目名称：	超高温氧化表征装备及改性碳基热防护材料制备和应用
第一完成单位：	中国科学院金属研究所
项目联系人：	徐敬军
联系人电话：	13709831605
联系人邮箱：	jxu@imr.ac.cn
项目简介：
随着我国航天事业的快速发展，热防护材料在航天器中的使用及作用也日益凸显。本项目主要涉及超高温氧化性能表征及改性碳基复合材料超高温氧化行为等科学技术问题，面向航天苛刻的气动热环境，开展超高温氧化性能测试方法、防护涂层的结构设计及改性碳基复合材料制备等研究。本项目主要内容包含如下几点：（1）针对目前航天热防护材料地面模拟试验中存在的不足，如风洞测试面临的成本高、调试周期长以及氧乙炔焰、等离子火炬等其他测试手段氧分压控制难等问题，基于感应加热发明了超高温氧化测试装备。可以模拟极端热环境，最高温度达到2800℃，环境气氛、气体总压和氧分压、气体流速精确可调，可实现样品线度变化的原位测量（精度0.01mm），为先进飞行器热防护材料超高温抗氧化性能测试和机理研究提供了高精度、低成本、短周期的评价手段；（2）从超高温度下“碳-氧化抑制剂-氧气”系统的反应特性及其氧化产物的热稳定特性两方面入手，基于热力学和动力学分析，阐明了碳基材料中过渡金属碳（硼）化物陶瓷与氧的反应活性、平衡产物相、界面蒸气压等随温度的变化规律，建立了面向超高温氧化环境碳基复合材料氧化抑制剂材料选择方法，优选出适于2000~2500℃超高温环境的氧化抑制剂体系；（3）系统研究了改性碳基复合材料的超高温氧化行为，相同试验状态下改性碳基复合材料的烧蚀量仅为纯碳材料的1/2~1/3；提出了改性碳基复合材料超高温氧化的边界层扩散控制模型，建立了改性碳基抗氧化材料的设计方法，为国家重大工程热防护材料提供了选材依据；（4）针对碳基材料低热膨胀系数、高孔隙率等特点，设计并制备了ZrB2-SiC-La2O3多层涂层及ZrC/MoSi2微叠层涂层体系，具备优异的宽温域（1600-2100℃）抗氧化性能和抗热震性能，解决了涂层易开裂和剥落的问题，为碳基材料宽温域、长寿命、高可靠应用提供了新方案和新思路。项目成果发表SCI论文18篇，授权国家发明专利6项。