近日，山东大学材料科学與(yǔ)工程学院韩桂芳教授课题組(zǔ)联合广东省科学院新材料研究所在仿生柚木结构化环境障涂层研究方面取(qǔ)得了重要突破。相关研究成果以“Regulating the composition, structure, and nanoscale dimensions of Yb2Si2O7environmental barrier coating to achieve a biomimetic teakwood-like functional structure by waste gas recycling”为题，發(fā)表于材料科学领域的国际顶级期刊Journal of Advanced Ceramics（中科院1区Top，IF：18.6）。该期刊是中科院分区中陶瓷领域唯一的1区期刊，也是国际陶瓷领域的Top 1期刊。材料学院博士研究生张军贵为该论文的第一作者(zhě)，韩桂芳教授为第一通讯作者(zhě)，广东省科学院新材料研究所正高级工程师张小锋为共同通讯作者(zhě)，山东大学为第一完成单位。
仿生柚木结构化环境障涂层制備(bèi)示意图
碳化硅陶瓷基复合材料（SiC-CMCs）因其低密度、卓越的高温机械性能和良好的热机械稳定性，被(bèi)认为是燃气轮机高温应用的理想材料。然而，SiC表面被(bèi)氧化的SiO2层在高温燃烧环境中易與(yǔ)水蒸气反应，生成挥發(fā)性Si(OH)4气体，导致材料使用寿命显著降低。为了解决这一问题，开發(fā)环境障涂层（EBC）以保护CMCs免受恶劣燃烧环境的快速衰退变得至关重要。Yb2Si2O7（YbDS）因其优异的高温性能而被(bèi)视为最有前途的EBC材料之一。然而，热喷涂中YbDS的分解挥發(fā)问题对其稳定性构成挑战。
柚木以其卓越的机械性能和环境稳定性而闻名，其独特的层状结构为EBC的开發(fā)提供了新方向。韩桂芳教授课题組(zǔ)首次提出了仿生柚木结构的概念，巧妙利用YbDS的分解挥發(fā)，并创新性地开發(fā)了气/液相交替沉積(jī)技术，实现了仿生结构的精确调控，为EBC的设计和制備(bèi)开辟了新的可能性。通过等离子喷涂-物理气相沉積(jī)（PS-PVD）过程中的气/液相交替沉積(jī)，回收并调节了YbDS在喷涂过程中挥發(fā)的SiO2的沉積(jī)與(yǔ)生长，在随后的热处理中实现了SiO2與(yǔ)分解相Yb2SiO5（YbMS）的原位反应，优化了YbDS涂层的纳米结构和組(zǔ)成，最终成功制備(bèi)出具有仿生柚木层状结构的多尺度纳米YbMS-YbDS复合EBC，实现了涂层结构的创新设计。该项研究不仅提升了材料的利用率，也为EBC的制備(bèi)带来了全新的视角，为类似挥發(fā)特性的喷涂粉末制備(bèi)涂层提供了新的设计策略和方法。此外，研究也为燃气轮机引擎等高温应用领域提供了创新的防护策略，预期将大幅提高涂层的机械性能和耐腐蚀性，实现在高温环境下的长期稳定保护，展现仿生结构在高温涂层应用中的广阔潜力。
该项研究工作得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金、广东省特支计划、广东省科技计划以及燃气轮机项目科学中心的支持。
除以上研究外，近年来，韩桂芳教授团队在环境障涂层的制備(bèi)、高温氧化腐蚀行为以及机理等研究方面均取(qǔ)得了一系列成果，相关论文發(fā)表在Corrosion Science、Surface and Coatings Technology、Ceramics International等国际期刊。
来源：山东大学
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