陶瓷基隔熱材料因具有耐高溫、高強和低導(dǎo)熱率，在高溫隔熱領(lǐng)域被廣泛關(guān)注并得到應(yīng)用。其中最具有代表性的兩類是陶瓷基隔熱瓦和陶瓷氣凝膠隔熱材料。然而，陶瓷基隔熱材料在極端環(huán)境下的熱穩(wěn)定性較差，在超高溫環(huán)境下(2000℃以上)容易軟化和內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)坍塌，難以起到耐高溫抗沖刷的作用。這嚴重限制了其在航天、航空等領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，要求材料具有優(yōu)異隔熱性能的同時還需賦予其耐超高溫性是極具挑戰(zhàn)性的。

近日，中南大學(xué)粉末冶金國家重點實驗室的孫威教授和熊翔教授團隊報道了一種基于高熔點堿性金屬氧化物和磷酸鹽溶液酸堿反應(yīng)形成的(AlCrMg)x(PO4)y/MgO復(fù)合材料(AMPC)，在2400℃氧乙炔火焰下具有較好的抗燒蝕性能和隔熱性能。首先合成了一種含Al和Cr的雙元金屬磷酸鹽溶液，然后通過與堿金屬氧化物MgO反應(yīng)得到APMC，系統(tǒng)研究了APMC的熱穩(wěn)定性、熱物性、力學(xué)性能、隔熱性能和2400℃氧乙炔焰下的抗燒蝕及隔熱性能，總結(jié)了燒蝕、隔熱機制。

該工作以“ (AlCrMg)x(PO4)y/MgO composite: A new thermal protection and insulation material up to 2400 °C ”為題發(fā)表在復(fù)合材料領(lǐng)域頂級期刊《Composites Part B: Engineering》上。論文的第一作者為中南大學(xué)粉末冶金研究院博士生湛紫章，通訊作者為孫威教授，熊翔教授、張紅波教授和文青波教授為共同作者。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.110198

圖1 樣品的宏觀形貌、XRD圖譜及SEM圖像

圖2 抗壓強度、TG-DSC曲線、熱物性能及大尺寸異形樣品宏觀圖像

圖3 燒蝕后樣品宏觀圖像、XRD及燒蝕中心區(qū)輪廓圖

圖4 燒蝕后SEM圖像

圖5 燒蝕溫度曲線圖和燒蝕中心區(qū)CT圖

綜上所述，作者通過鋁鉻磷酸鹽與氧化鎂的可控組裝，成功制備了高溫下可陶瓷化且自發(fā)梯度多孔的APMC。材料表現(xiàn)出一系列優(yōu)異的性能，包括優(yōu)異的熱穩(wěn)定性(包括抗燒蝕性能)、低導(dǎo)熱性、高機械強度、低密度、優(yōu)異的隔熱性能和大規(guī)模制備能力。值得注意的是，本文制備的磷酸基隔熱材料可以抵抗近2400℃的超高溫氧乙炔焰燒蝕。優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性可以歸因于APMC特定的成分設(shè)計，不僅克服了低熔點磷酸鹽相在中低溫下熔融分解的問題，還可以促使材料的組分之間在高溫下更容易形成耐高溫陶瓷相。這使APMC與其他傳統(tǒng)耐高溫隔熱材料相比在極端環(huán)境中的表現(xiàn)出更為優(yōu)異的抗燒蝕性能和隔熱性能。