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中南大学熊翔教授团队在《自然·通讯》上发表最新研究成果

来源:粉末冶金研究院 点击次数:次 发布时间:2017年06月15日 作者:马超

本网讯  近日,国际学术期刊《Nature Communications》(《自然·通讯》)正式发表了我校粉末冶金研究院熊翔教授团队关于超高温陶瓷基复合材料研究的最新成果。我校粉末冶金国家重点实验室为本论文第一完成单位,熊翔教授为第一通讯作者,曾毅博士为第一作者,英国曼彻斯特大学Ping.Xiao教授为共同通讯作者。这是该团队在美国碳学会顶级杂志《Carbon》发表系列研究成果后的又一重要成果,也是我校材料学科首次以第一单位和第一通讯作者在Nature/Science系列顶级期刊上取得突破。

熊翔教授是我校长江学者、万人计划领军人才,长期从事超高温陶瓷基复合材料的制备及烧蚀行为的研究,承担了国家973、国际科技合作等多个国家级科研项目,其带领团队在超高温陶瓷基复合材料的应用方面亦取得了重要进展,锆基超高温陶瓷基复合材料耐热结构部件经过了2500℃长时间风洞烧蚀考核,获得了材料使用单位满意的评价。在国际交流方面,熊翔教授团队一直跟世界著名高校保持着紧密的交流和合作。这次研究成果得益于跟英国曼彻斯特大学Ping.Xiao教授课题组和Philip Withers教授课题组之间长期良好的合作基础。团队成员曾毅博士是我校第二批获“国家博士后派出计划”资助前往英国曼彻斯特大学从事博士后研究工作,后以“特聘副教授”引入我校工作至今。本论文共同通讯作者Ping.Xiao教授是英国涂层及表面热处理委员会委员,英国材料、采矿、矿物研究会资深会员,在国际陶瓷材料和热障涂层领域具有重要的学术影响力。本论文主要作者之一,Philip Withers教授是英国皇家科学院和工程院两院院士(Fellow of the Royal Society,Fellow of the Royal Academy of Engineering),获英国女王奖(Queen's Anniversary Prize),在国际复合材料学术界及工业界做出了卓越的贡献。

超高温陶瓷基复合材料是以Zr、Ta、Hf等过渡金属的碳化物或硼化物等陶瓷相为基体、碳纤维为增强相的一类复合材料。超高温陶瓷基复合材料有效解决了传统炭/炭复合材料不耐氧化、超高温陶瓷抗热震性差等问题,具有良好的耐烧蚀、抗热震、高比强、高比模等特性,是高超声速飞行器热结构部件最有前途的候选材料之一,可广泛应用于航天航空、兵器等国防军工领域。现有二元系超高温陶瓷的抗氧化和抗烧蚀潜能已被充分挖掘,而当前新型超高温陶瓷的研究进展缓慢。该团队采用固溶和原子扩散方法,在ZrCx(x<1)陶瓷基础上构建了一种面心立方结构(FCC)的Zr-Ti-C-B四元含硼碳化物超高温陶瓷相。该物相具有稳定的碳化物晶体结构,Ti原子以置换方式占据部分Zr原子位置,B原子则填充了非化学计量比碳化物中的C原子空位。采用熔渗和包埋工艺将多元陶瓷相引入到多孔炭/炭材料中,进而获得一种非常有潜力的新型碳纤维增强Zr-Ti-C-B超高温陶瓷基复合材料。由于多元含硼碳化物超高温陶瓷兼具了碳化物的高温适应性和硼化物的抗氧化特性,使上述新型复合材料表现出优越的抗烧蚀性能和抗热震性能。此外,采用上述方法,可将过渡族VI/V金属元素合成一系列类似的超高温陶瓷材料,大大扩展了超高温陶瓷材料序列,为超高温陶瓷材料研究方向打开了新的一扇门,有力地促进了超高温热防护复合材料的发展。该研究得到了国家973计划、国家自然科学基金项目、国家博士后派出计划等项目重点支持。

DOI: 10.1038/ncomms15836 |www.nature.com/naturecommunications


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