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2022年山东省自然科学奖申报项目情况公示

2022-03-31 14:16:59 作者:青岛新闻网 来源:新闻资讯网

项目名称:硼化锆基超高温陶瓷材料强韧化与抗烧蚀机理研究

提名奖种及等级:山东省自然科学奖(二等奖)

提名者及提名意见:

硼化锆基超高温陶瓷是高超声速飞行器防热材料的首选,研发新型强韧化、抗烧蚀硼化锆陶瓷是目前国内外研究的热点。本项目基于超高温服役环境对超高温陶瓷材料强韧化及抗氧化烧蚀性能的需求,yugiohitalia.com,将仿生思想应用于超高温陶瓷材料微观结构设计,开展了仿生层状硼化锆超高温陶瓷材料的制备研究,突破了超高温陶瓷材料本征脆性这一瓶颈问题;揭示了该材料在超高温服役环境下氧化烧蚀性能的退化规律及抑制方法,建立了超高温陶瓷材料复合强韧化与抗烧蚀的协同提高机制,从而为超高温陶瓷材料在极端环境和复杂载荷条件下的服役奠定了理论基础。

5篇代表性论文被SCI他引257次,单篇最高SCI他引108次,被欧洲科学院院士、英国伯明翰大学Jon Binner教授,美国陶瓷学会主编、密苏里科技大学William G. Fahrenholtz教授,中国工程院院士、西北工业大学李贺军教授,中国科学院院士、北京理工大学方岱宁教授等人在包括Progress in Materials Science、International Materials Reviews、Composites Part B Acta Materialia等专业刊物上正面引用、评价和跟踪,受到国内外同行的高度评价。授权发明专利11项,相关成果在山东工业陶瓷研究设计院有限公司进行了实施,材料表现出良好的高温抗氧化烧蚀性能。该项目研究系统深入,研究成果具有重要的科学意义和创新性。

我单位认真审阅了该项目推荐书及其附件材料,确认真实有效,相关栏目符合填写要求。

按照要求,我单位及完成人所在单位均进行了公示,确认完成人、完成单位排序无异议。特提名该项目申报山东省自然科学奖二等奖。

项目简介:

高性能飞行器正朝着速度更快、航时更长、稳定性更高的方向发展,对热防护材料的服役可靠性和耐温性等提出了越来越高的要求。以硼化锆超高温陶瓷为代表的热防护材料是航空、航天领域的关键战略材料,但硼化锆陶瓷存在烧结温度高、韧化机制匮乏、抗烧蚀性差等问题。因此,阐明硼化锆陶瓷致密化机制并实现低温烧结,揭示超高温陶瓷的强韧化与抗烧蚀机理,是目前航空航天热防护领域亟待解决的重要科学问题。

针对硼化锆基超高温陶瓷强韧化与抗烧蚀协同提高这一关键科学问题,本项目从材料结构与性能的关系出发,将仿生思想应用于超高温陶瓷材料微观结构设计,系统研究了微纳米增强体、层状结构及界面反应等的作用机理,取得的主要科学发现如下:

(1)发现了硼化锆陶瓷的低温致密化规律,进一步丰富了超高温陶瓷的晶粒生长与致密化理论,揭示了微纳米增强体对硼化锆基超高温陶瓷微观结构和断裂行为的作用机理,阐明了高温服役环境下微纳米增强体的能耗规律。

(2)提出了高韧性仿生层状结构硼化锆基陶瓷设计理论,明确了流延叠层参数对层状陶瓷结构与性能的作用规律,建立了基于仿生层状结构的硼化锆基超高温陶瓷的裂纹扩展与能量消耗机制,从而突破了超高温陶瓷材料本征脆性这一瓶颈问题。

(3)阐明了基于SiC晶须界面层的层状硼化锆陶瓷抗烧蚀机制,发现了SiC界面层热物理和热化学效应对烧蚀行为的作用规律,实现了超高温陶瓷材料强韧化与抗烧蚀性能的匹配与协同提高,突破了传统层状陶瓷材料热力环境下容易剥落、抗热冲击和抗烧蚀性能差的难题。

相关成果发表在Corrosion Science、Journal of the European Ceramic Society、Scripta Materialia等国际期刊上,受到国际同行的关注和认可。其中5篇代表性论文被SCI他引257次,单篇最高SCI他引108次,被欧洲科学院院士、英国伯明翰大学Jon Binner教授,美国陶瓷学会主编、密苏里科技大学William G. Fahrenholtz教授,中国工程院院士、西北工业大学李贺军教授,中国科学院院士、北京理工大学方岱宁教授等人在包括Progress in Materials Science、International Materials Reviews、Composites Part B 、Acta Materialia等专业刊物上正面引用、评价和跟踪。授权发明专利11项,相关成果在山东工业陶瓷研究设计院有限公司进行了实施,材料表现出良好的高温抗氧化烧蚀性能。本研究的开展,培养硕士研究生12人,博士研究生3人,diaryofafashionista.com,入选教育部长江学者奖励计划青年学者1人。项目成果对揭示超高温陶瓷强韧化与抗烧蚀机制具有重要意义,为提高超高温陶瓷材料在极端环境和复杂载荷条件下的可靠性和安全性提供了理论依据和技术支持。