湘大朱旺教授团队在高温热障涂层材料领域取得重要研究进展

湖南日报·新湖南客户端 2026-01-14 16:43:10

湖南日报·新湖南客户端1月14日讯（通讯员胡义伟）近日，湘潭大学材料科学与工程学院朱旺教授团队在高温热障涂层陶瓷材料研究方面取得重要进展，相关研究成果分别发表于材料科学领域国际权威期刊《材料学报》(Acta Mater.，中国科学院一区Top期刊，IF=9.3)和《材料科学与技术》（J. Mater. Sci. Technol.，中国科学院一区Top期刊，IF=14.3）。

为满足先进发动机需求，迫切需要开发具有优异综合性能的新型替代涂层陶瓷材料体系。A₆B₂O₁₇(A = Hf, Zr; B = Ta, Nb)超结构体系优异的高温性能已成为极具前景的热障涂层候选材料。但其工程化应用受到钙镁铝硅酸盐(CMAS)腐蚀行为和腐蚀机制不明确的严重制约。团队通过系统实验和理论计算，揭示了组分调控和腐蚀条件对A₆B₂O₁₇陶瓷CMAS腐蚀性能的影响规律，为A₆B₂O₁₇材料体系的应用提供了重要的理论指导，强化了其作为下一代热障涂层材料的应用潜力。相关研究成果以《揭示A₆B₂O₁₇ ( A = Hf, Zr; B = Ta, Nb)陶瓷中CMAS腐蚀性能的组分依赖性：实验和第一性原理研究》(Unraveling the composition-dependent CMAS corrosion resistance in A₆B₂O₁₇ (A = Hf, Zr; B = Ta, Nb) ceramics: An experimental and first-principles study)为题，发表于《材料学报》(Acta Materialia)。材料科学与工程学院2023级博士研究生刘赛为该论文第一作者，朱旺为唯一通讯作者，湘潭大学为论文唯一完成单位和通讯单位。

高熵陶瓷因其优异的热稳定性和低热导率，在航空发动机和燃气轮机热障涂层领域具有重要应用前景，但其高温断裂韧性不足的问题长期制约着工程应用。围绕这一关键科学问题，团队以多组元稀土钽酸盐高熵陶瓷为研究对象，系统开展了宽温区原位力学性能研究。研究发现，材料在约800^oC附近出现断裂韧性反常回升行为。多尺度表征结果表明，材料在中高温区间发生不可逆相变并诱导形成高密度位错网络，相变应变与位错对裂纹的钉扎和偏转效应协同作用，有效抑制了裂纹扩展，显著提升了材料的高温抗裂性能。该工作为高熵陶瓷高温增韧设计提供了新的理论依据。相关研究成果以《(5RE_0.2)Ta₃O₉高熵陶瓷的相变-位错协同增韧机制》(Synergistic toughening by phase transformation and dislocation activity in (5RE_0.2)Ta₃O₉ (RE = La, Gd, Nd, Dy, Sm, Eu, Ce) high-entropy ceramics)为题发表于《材料科学与技术》(Journal of Materials Science & Technology)。材料科学与工程学院2023级硕士研究生宁槟滨为论文第一作者，朱旺和胡晓鹏博士为共同通讯作者，湘潭大湘潭大为论文唯一完成单位和通讯单位。

航空发动机高温热防护涂层科研创新团队长期致力于高温热防护涂层高温性能表征、服役环境模拟与失效实时检测、破坏机理和可靠性评价研究，近年来取得了一系列高水平研究成果，授权国家发明专利30余项，发表高水平论文80余篇。

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来源：湖南日报·新湖南客户端

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