【儀表網 研發快訊】近日，材料科學與工程學院韓桂芳教授課題組聯合廣東省科學院新材料研究所在仿生柚木結構化環境障涂層研究方面取得了重要突破。相關研究成果以“Regulating the composition, structure, and nanoscale dimensions of Yb2Si2O7environmental barrier coating to achieve a biomimetic teakwood-like functional structure by waste gas recycling”為題，發表于材料科學領域的國際頂級期刊Journal of Advanced Ceramics(中科院1區Top，IF：18.6)。該期刊是中科院分區中陶瓷領域唯一的1區期刊，也是國際陶瓷領域的Top 1期刊。材料學院博士研究生張軍貴為該論文的第一作者，韓桂芳教授為第一通訊作者，廣東省科學院新材料研究所正高級工程師張小鋒為共同通訊作者，山東大學為第一完成單位。
 

仿生柚木結構化環境障涂層制備示意圖
 

　　碳化硅陶瓷基復合材料(SiC-CMCs)因其低密度、卓越的高溫機械性能和良好的熱機械穩定性，被認為是燃氣輪機高溫應用的理想材料。然而，SiC表面被氧化的SiO2層在高溫燃燒環境中易與水蒸氣反應，生成揮發性Si(OH)4氣體，導致材料使用壽命顯著降低。為了解決這一問題，開發環境障涂層(EBC)以保護CMCs免受惡劣燃燒環境的快速衰退變得至關重要。Yb2Si2O7(YbDS)因其優異的高溫性能而被視為最有前途的EBC材料之一。然而，熱噴涂中YbDS的分解揮發問題對其穩定性構成挑戰。
 

　　柚木以其卓越的機械性能和環境穩定性而聞名，其獨特的層狀結構為EBC的開發提供了新方向。韓桂芳教授課題組首次提出了仿生柚木結構的概念，巧妙利用YbDS的分解揮發，并創新性地開發了氣/液相交替沉積技術，實現了仿生結構的精確調控，為EBC的設計和制備開辟了新的可能性。通過等離子噴涂-物理氣相沉積(PS-PVD)過程中的氣/液相交替沉積，回收并調節了YbDS在噴涂過程中揮發的SiO2的沉積與生長，在隨后的熱處理中實現了SiO2與分解相Yb2SiO5(YbMS)的原位反應，優化了YbDS涂層的納米結構和組成，最終成功制備出具有仿生柚木層狀結構的多尺度納米YbMS-YbDS復合EBC，實現了涂層結構的創新設計。該項研究不僅提升了材料的利用率，也為EBC的制備帶來了全新的視角，為類似揮發特性的噴涂粉末制備涂層提供了新的設計策略和方法。此外，研究也為燃氣輪機引擎等高溫應用領域提供了創新的防護策略，預期將大幅提高涂層的機械性能和耐腐蝕性，實現在高溫環境下的長期穩定保護，展現仿生結構在高溫涂層應用中的廣闊潛力。
 

　　該項研究工作得到了國家自然科學基金、廣東省自然科學基金、廣東省特支計劃、廣東省科技計劃以及燃氣輪機項目科學中心的支持。
 

　　除以上研究外，近年來，韓桂芳教授團隊在環境障涂層的制備、高溫氧化腐蝕行為以及機理等研究方面均取得了一系列成果，相關論文發表在Corrosion Science、Surface and Coatings Technology、Ceramics International等國際期刊。