引用本文：
Liu, B., Sun, J., Guo, L., Shi, H., Feng, G., Feldmann, L., ... & Li, H. (2025).?Materials design of silicon based ceramic coatings for high temperature oxidation protection.?
Materials Science and Engineering: R: Reports, 163, 100936.
https://doi.org/10.1016/j.mser.2025.100936
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)隊在材料科學(xué)與工程領(lǐng)域頂級期刊《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。
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新一代航空航天飛行器的快速發(fā)展對熱結(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，服役過程中涂層常因與基體熱膨脹系數(shù)不匹配而發(fā)生開裂現(xiàn)象，這削弱了涂層對基體的氧化防護(hù)效果，甚至導(dǎo)致涂層失效?；谄つw傷口自愈合自修復(fù)機(jī)制，本文綜述了解決涂層開裂問題的兩個重要手段——裂紋愈合（涂層自愈合成分設(shè)計）和裂紋抑制（涂層增韌結(jié)構(gòu)設(shè)計）。相關(guān)材料設(shè)計方法為新一代熱結(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）兩個角度開展涂層成分與結(jié)構(gòu)研究。在涂層自愈合成分設(shè)計方面，針對SiO2在寬溫域環(huán)境下對裂紋封填愈合作用不足問題，提出了對SiO2中低溫流動性增強(qiáng)和高溫穩(wěn)定性提升的雙重策略，前者通過選用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，以此實現(xiàn)硅基陶瓷涂層在寬溫域環(huán)境下對裂紋的有效愈合。在涂層自修復(fù)增韌結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，綜述了借助一維結(jié)構(gòu)“縫合”開裂、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。
本研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、國家科技重大專項、Sino-German DFG Project和RFG-funded Research Training Group等項目的資助和支持。
指導(dǎo)老師作者簡介
李賀軍
中國工程院院士、亞太材料科學(xué)院院士、西北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，國家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新研究群體（連續(xù)三期）負(fù)責(zé)人，超高溫結(jié)構(gòu)復(fù)合材料重點實驗室主任，中國復(fù)合材料學(xué)會副理事長，中國材料研究學(xué)會常務(wù)理事。長期從事碳/碳復(fù)合材料、抗氧化/燒蝕涂層、碳纖維增強(qiáng)紙基與金屬基復(fù)合材料等研究工作，是國內(nèi)C/C復(fù)合材料及其抗氧化涂層研究方向的主要學(xué)術(shù)帶頭人之一。獲國家自然科學(xué)二等獎1項、國家技術(shù)發(fā)明二等獎3項、國家教學(xué)成果一等獎1項、二等獎1項，省部級一等獎8項，二、三等獎7項。曾先后獲第二屆全國創(chuàng)新爭先獎、首屆全國“最美科技工作者”、全國模范教師、第十六屆中國炭素杰出成就獎、全國百篇優(yōu)秀博士論文指導(dǎo)教師等榮譽(yù)稱號。
付前剛
西北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院院長，教授，博士生導(dǎo)師，國家杰出青年基金獲得者，國家重點研發(fā)計劃首席科學(xué)家，首批基金委優(yōu)青，教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才。兼任中國復(fù)合材料理事，中國材料研究學(xué)會理事，中國材料研究學(xué)會青年工作委員會理事，中國硅酸鹽學(xué)會測試技術(shù)分會理事。主要從事抗氧化抗燒蝕涂層、抗氧化碳/碳復(fù)合材料以及復(fù)合材料納米強(qiáng)韌化等方面研究。發(fā)表SCI論文300余篇，授權(quán)發(fā)明專利50余項。以第一完成人獲教育部自然科學(xué)一等獎1項，以第二完成人獲國家自然科學(xué)二等獎1項、以第四完成人獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎1項，省部級一等獎2項，獲陜西省青年科技獎。
孫佳
西北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院副教授，博士生導(dǎo)師，入選陜西省科協(xié)青年托舉計劃、西工大翱翔新星，高性能長壽命陶瓷涂層陜西省科技創(chuàng)新團(tuán)隊核心成員。主要從事C/C復(fù)合材料高溫抗氧化/環(huán)境障涂層、聚合物轉(zhuǎn)化陶瓷基復(fù)合材料、超高溫?zé)嵴贤繉拥认嚓P(guān)領(lǐng)域的研究工作。發(fā)表SCI論文80余篇，授權(quán)專利20余項，獲陜西高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)研究優(yōu)秀成果一等獎1項。主持國家自然科學(xué)基金項目、軍口預(yù)研項目、陜西省重點研發(fā)國際合作項目、中德CSC-DAAD博士后等項目，參與國家自然科學(xué)基金委中德國際合作項目、國家重點研發(fā)計劃項目子專題等項目。
原文始發(fā)于微信公眾號（材料微生活）：材研“1-0” | 李賀軍院士團(tuán)隊在硅基陶瓷涂層抗高溫氧化設(shè)計與防護(hù)研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展
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