2016年国家技术发明一等奖

猫条山 2017-01-10

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2016年国家技术发明一等奖
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热障涂层是采用耐高温、低导热的陶瓷材料以涂层的方式与金属相复合、以降低高温环境下金属表面温度的一种热防护技术。在先进航空发动机中，热障涂层可以显著降低叶片合金的表面温度，大幅度延长叶片的工作寿命，提高发动机的推力和效率。自上世纪70年代以来，美英等西方国家都竞相发展热障涂层，并大量应用在叶片、燃烧室、隔热屏、喷嘴、火焰筒和尾喷管等航空发动机热端部件上。从开始研究到实际应用的几十年间，热障涂层的制备工艺不断得到改进，出现了很多热障涂层制备技术，如磁控溅射、高速火焰喷涂、化学气相沉积、等离子喷涂、电子束物理气相沉积等。其中，后两种工艺是热障涂层实际工程应用中最广泛采用的制备技术。目前，国际上有三种主流热障涂层材料结构体系，即继美国的双层结构、欧洲的梯度结构和中国的梯度粘结层结构。双层结构由陶瓷隔热层和金属粘结层组成，由于陶瓷层与金属层性能差异以及金属层氧化等原因，导致热障涂层易沿陶瓷/金属界面开裂和失效。陶瓷/金属界面结构设计一直是长寿命热障涂层研究的热点和难点。梯度粘结层结构针对双层结构存在明显界面的问题，在金属层和陶瓷层中间加入氧化粘结层，实现由金属层和陶瓷层之间成分连续变化、结构的梯度过渡，从而提升抗热震、氧化以及隔热等性能，延长热循环寿命。可以说在这个领域，中国已经赶上了国际最先进的步伐。

高温/超高温涂层材料技术与装备。在先进航空发动机中，热障涂层可以显著降低叶片合金的表面温度，大幅度延长叶片的工作寿命，提高发动机的推力和效率，因此热障涂层与叶片冷却设计技术、单晶高温合金材料技术并列，被称之为先进航空发动机叶片的三大关键科学技术之一。前文提到国际上有三种主流热障涂层材料结构体系，其中中国的梯度粘结层结构正是来自北航徐惠彬/宫声凯团队的贡献。从1996年起，徐惠彬/宫声凯团队开展了新型梯度粘结层热障涂层(GBTBC)的研究，研究成果对推动TBC在航空、舰船和地面燃气轮机叶片上的应用起到了重要作用，GBTBC在我国多个型号燃气涡轮发动机上获得了应用。近年来，该团队研制的铈酸镧(LC)热障涂层是1300℃级别热障涂层材料技术发展中的重要突破，并在国际上率先实现了在先进航空发动机关键热端部件上的试用，在新型热障涂层研究方面达到国际领先水平。上述研究成果在我国航空发动机主要生产单位全面推广应用，支撑生产的叶片占我国目前涂有热障涂层的航空发动机叶片总数的95%以上。该技术与装备获2016年国家技术发明一等奖。