記者1月7日獲悉，中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所完成的“稀土高溫?zé)嵴贤繉硬牧?rdquo;項(xiàng)目擬被提名2020年度國家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。據(jù)悉，該項(xiàng)目在理論和應(yīng)用研究方面分別榮獲2013年吉林省科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)和2012年國防科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

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(fā)動(dòng)機(jī)、沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、大型燃機(jī)和固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等動(dòng)力系統(tǒng)的熱防護(hù)方面有重大應(yīng)用，是我國國防工業(yè)亟待突破的卡脖子技術(shù)之一。國內(nèi)外常用的TBCs材料8YSZ（8 wt% Y2O3穩(wěn)定的ZrO2），其熱導(dǎo)率較高、在1178℃以上發(fā)生相變和燒結(jié)，已無法滿足高性能發(fā)動(dòng)機(jī)的需求。

據(jù)悉，該項(xiàng)目持續(xù)18年，利用我國豐富的稀土資源，在863計(jì)劃、國防科工局和國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持下，以稀土資源利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為科研平臺，深入研究了TBCs新材料和新結(jié)構(gòu)，合成了以稀土為主的新型高溫涂層材料，設(shè)計(jì)了雙陶瓷層等新穎的涂層結(jié)構(gòu)，使涂層的使用溫度提高到1350℃，為未來發(fā)展使用溫度更高的涂層奠定了基礎(chǔ)。

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該項(xiàng)目有關(guān)稀土高溫TBCs的研究成果，得到國內(nèi)外同行的廣泛認(rèn)可，成為國際同領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。稀土高溫TBCs解決了一系列國家重點(diǎn)裝備的熱防護(hù)難題，多次在國際航空航天博覽會(huì)、南海亮劍、建軍90周年、反法西斯戰(zhàn)爭勝利70周年和建國70周年等國家重大活動(dòng)上展示，為國防建設(shè)做出了重要貢獻(xiàn)。

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(lǐng)域所有論文中（1950-迄今共21533篇）排名前1%，“熱障涂層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和失效機(jī)理研究”獲2013年吉林省科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)；成果已在航天、海洋和反裝甲等領(lǐng)域的一系列國家重點(diǎn)裝備上廣泛應(yīng)用，“高溫?zé)嵴贤繉硬牧霞捌鋺?yīng)用”獲2012年國防科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。項(xiàng)目的發(fā)現(xiàn)點(diǎn)如下：

（1）提出高溫TBCs材料設(shè)計(jì)的新思想，即稀土復(fù)合氧化物材料，并通過選擇性的離子取代對材料的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控，對材料的熱、力學(xué)性能進(jìn)行裁剪。該思想對TBCs材料的設(shè)計(jì)有重要意義，得到國內(nèi)外同行的廣泛認(rèn)可，研制了許多稀土TBCs材料，形成一個(gè)新的研究方向。論文發(fā)表在歐洲陶瓷會(huì)志新年首刊J Eur Ceram Soc 24[1] （2004） 1，SCI被引頻次1138，在國際同領(lǐng)域中排名第4，在2017年Elsevier評選中國材料科學(xué)17篇高質(zhì)量亮點(diǎn)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(lǐng)域的熱門材料。LZ的熔點(diǎn)2300℃，在此溫度以下沒有相變；LC的熱膨脹系數(shù)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(fā)表在Adv Mater 15[17] （2003） 1438（IF=21.950），SCI被引頻次242，在國際同領(lǐng)域中排名第68；LZ7C3涂層具有很低的熱導(dǎo)率（0.493 W/（m·K），8YSZ=1.2W/（m·K），1000℃）和優(yōu)良的抗燒結(jié)性能（1400℃煅燒15 h無收縮）。

戰(zhàn)斗機(jī)

（3）發(fā)現(xiàn)“雙陶瓷層效應(yīng)”，即在涂層總厚度不變的情況下，根據(jù)兩種材料各自熱、力學(xué)性能特點(diǎn)，組成雙陶瓷層熱障涂層（DCL-TBCs），其熱循環(huán)壽命比兩個(gè)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(lǐng)域中排名第163。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)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(yè)優(yōu)秀科技論文一等獎(jiǎng)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片稀土高溫TBCs已通過某重點(diǎn)型號發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)試車考核。許多國內(nèi)外同行開展DCL-TBCs研究，證實(shí)了“雙陶瓷層效應(yīng)”。

該項(xiàng)目發(fā)表TBCs相關(guān)論文200余篇，授權(quán)發(fā)明專利11件。“高溫?zé)嵴贤繉硬牧霞捌鋺?yīng)用”通過中科院組織的成果鑒定，認(rèn)為“稀土高溫?zé)嵴贤繉硬牧暇C合性能達(dá)到國際先進(jìn)水平，其中稀土材料應(yīng)用于…達(dá)到國際領(lǐng)先水平”。稀土高溫TBCs所應(yīng)用的國家重點(diǎn)裝備多次參加國際航空航天博覽會(huì)、南海亮劍、建軍90周年、反法西斯戰(zhàn)爭勝利70周年和建國70周年等大型活動(dòng)。