中南大學研發出耐3000℃燒蝕的新材料

新華社長沙8月21日電（記者謝櫻）記者21日從中南大學獲悉，中南大學粉末冶金國家實驗室黃伯雲院士團隊通過大量實驗，開發了一種新型的耐3000℃燒蝕的陶瓷塗層及其複合材料，這一發現有可能為高超聲速飛行器的研製鋪平道路。

中南大學粉末冶金研究院熊翔教授說，高超聲速飛行意味著其飛行速度等於或大於5倍聲速，即至少每小時6120公里。在如此高的速度下，2小時內便可完成從北京到紐約的飛行旅程，但前提是飛行器的關鍵結構部件能夠承受住劇烈的空氣摩擦和高達2000-3000℃的熱氣流衝擊而不被破壞。中南大學新發現的超高溫陶瓷塗層及其複合材料可為上述部件提供較好的保護。

這種陶瓷是一種多元含硼單相碳化物，具有穩定的碳化物晶體結構，由Zr、Ti、C和B四種元素組成。研發團隊採用熔滲工藝將多元陶瓷相引入到多孔炭/炭複合材料中，進而獲得一種非常有潛力的新型Zr-Ti-C-B陶瓷塗層改性的炭/炭複合材料。

「由於這種超高溫陶瓷兼具了碳化物的高溫適應性和硼化物的抗氧化特性，使上述塗層和複合材料表現出優越的抗燒蝕性能和抗熱震性能，是高超聲速飛行器關鍵部件極具前途的候選材料。」熊翔說。

團隊研發的研究成果於6月15日在《自然·通訊》（Nature Communications）上發表，中南大學粉末冶金國家重點實驗室為本論文第一完成單位，熊翔教授為第一通訊作者，曾毅博士為第一作者。合作單位英國曼徹斯特大學對該材料進行了表徵和分析研究。

文章一經刊出即受到了國外學界、媒體的廣泛關注。刊出後的前3天，下載量就突破5000次，而同日刊出其餘文章下載量為300-900次。英國《每日郵報》、《經濟學人》，美國《雅虎》、《大眾機械》，俄羅斯《衛星通訊社》等世界數十家主流媒體和權威學術機構對此研究成果給予了廣泛關注和報道。《自然·通訊》期刊評閱人認為:「上述研究成果將會點燃學術界對四元體系材料在高超聲速領域應用的研究熱情和興趣，因為這代表著一種極有應用前景的材料體系。」

從2002年起，在國家863、973和國家自然科學基金的支持下，在長江學者熊翔教授帶領下，團隊從炭/炭複合材料的中高溫（＜1600℃）抗氧化塗層入手，試圖尋找一種具有優異的抗氧化性能和耐燒蝕性能的新型超高溫陶瓷塗層材料。在研究過程中，所篩選的材料體系從最初的碳化硅到後來的碳化鉭、碳化鈦、碳化鋯、硼化鋯、碳化鉿等數十種體系以及數百種成分含量的高溫材料，幾乎涉及了所有現存的超高溫陶瓷和高溫複合材料。直至現在，實現了3000℃超高溫環境下新型耐燒蝕陶瓷塗層開發的突破，歷時15年。

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