記者1月7日獲悉，中國科學院長春應用化學研究所完成的“稀土高溫熱障涂層材料”項目擬被提名2020年度國家自然科學獎二等獎。據悉，該項目在理論和應用研究方面分別榮獲2013年吉林省科學技術一等獎和2012年國防科技進步二等獎。

熱障涂層（Thermal Barrier Coatings，TBCs）是高溫下具有良好隔熱性能的陶瓷涂層，在航空發動機、沖壓發動機、大型燃機和固體火箭發動機等動力系統的熱防護方面有重大應用，是我國國防工業亟待突破的卡脖子技術之一。國內外常用的TBCs材料8YSZ（8 wt% Y2O3穩定的ZrO2），其熱導率較高、在1178℃以上發生相變和燒結，已無法滿足高性能發動機的需求。

據悉，該項目持續18年，利用我國豐富的稀土資源，在863計劃、國防科工局和國家自然科學基金等項目的支持下，以稀土資源利用國家重點實驗室為科研平臺，深入研究了TBCs新材料和新結構，合成了以稀土為主的新型高溫涂層材料，設計了雙陶瓷層等新穎的涂層結構，使涂層的使用溫度提高到1350℃，為未來發展使用溫度更高的涂層奠定了基礎。

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該項目有關稀土高溫TBCs的研究成果，得到國內外同行的廣泛認可，成為國際同領域的研究熱點之一。稀土高溫TBCs解決了一系列國家重點裝備的熱防護難題，多次在國際航空航天博覽會、南海亮劍、建軍90周年、反法西斯戰爭勝利70周年和建國70周年等國家重大活動上展示，為國防建設做出了重要貢獻。

8篇代表性論著他引共1659次，其中3篇的SCI被引頻次在國際TBCs領域所有論文中（1950-迄今共21533篇）排名前1%，“熱障涂層的結構設計和失效機理研究”獲2013年吉林省科學技術一等獎；成果已在航天、海洋和反裝甲等領域的一系列國家重點裝備上廣泛應用，“高溫熱障涂層材料及其應用”獲2012年國防科技進步二等獎。項目的發現點如下：

（1）提出高溫TBCs材料設計的新思想，即稀土復合氧化物材料，并通過選擇性的離子取代對材料的晶體結構進行調控，對材料的熱、力學性能進行裁剪。該思想對TBCs材料的設計有重要意義，得到國內外同行的廣泛認可，研制了許多稀土TBCs材料，形成一個新的研究方向。論文發表在歐洲陶瓷會志新年首刊J Eur Ceram Soc 24[1] （2004） 1，SCI被引頻次1138，在國際同領域中排名第4，在2017年Elsevier評選中國材料科學17篇高質量亮點論文中排名第2。

（2）合成了一系列高溫TBCs材料即A2B2O7型（A=稀土，B=Zr/Ce），其中La2Zr2O7（LZ）、La2Ce2O7（LC）和La2（Zr0.7Ce0.3）2O7（LZ7C3）成為本領域的熱門材料。LZ的熔點2300℃，在此溫度以下沒有相變；LC的熱膨脹系數大（1210-6/K），使用溫度1230℃，這是第一種使用溫度超過8YSZ的材料，論文發表在Adv Mater 15[17] （2003） 1438（IF=21.950），SCI被引頻次242，在國際同領域中排名第68；LZ7C3涂層具有很低的熱導率（0.493 W/（m·K），8YSZ=1.2W/（m·K），1000℃）和優良的抗燒結性能（1400℃煅燒15 h無收縮）。

戰斗機

（3）發現“雙陶瓷層效應”，即在涂層總厚度不變的情況下，根據兩種材料各自熱、力學性能特點，組成雙陶瓷層熱障涂層（DCL-TBCs），其熱循環壽命比兩個單一涂層都長很多，論文J Eur Ceram Soc 26 （2006） 247的SCI被引頻次159，在國際同領域中排名第163。在此基礎上，設計了一系列DCL-TBCs，包括LZ/8YSZ、LZ7C3/8YSZ和LMA/8YSZ，使用溫度和壽命比8YSZ顯著提高，使用溫度最高1350℃，壽命比8YSZ延長50%以上。論文J Alloy Compd 509（2011） 4273獲2013年中國航空工業優秀科技論文一等獎，航空發動機葉片稀土高溫TBCs已通過某重點型號發動機的整機試車考核。許多國內外同行開展DCL-TBCs研究，證實了“雙陶瓷層效應”。

該項目發表TBCs相關論文200余篇，授權發明專利11件。“高溫熱障涂層材料及其應用”通過中科院組織的成果鑒定，認為“稀土高溫熱障涂層材料綜合性能達到國際先進水平，其中稀土材料應用于…達到國際領先水平”。稀土高溫TBCs所應用的國家重點裝備多次參加國際航空航天博覽會、南海亮劍、建軍90周年、反法西斯戰爭勝利70周年和建國70周年等大型活動。