近日，西北工業大學材料學院李賀軍院士碳/碳復合材料團隊在材料科學與工程領域頂級期刊《Materials Science and Engineering R: Reports》（IF=31.6）上發表題為“Materials design of silicon based ceramic coatings for high temperature oxidation protection（硅基陶瓷涂層抗高溫氧化設計與防護）”的綜述文章。西北工業大學材料學院博士研究生劉冰為論文第一作者，孫佳副教授、Ralf Riedel教授和付前剛教授為論文共同通訊作者。

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新一代航空航天飛行器的快速發展對熱結構材料在高溫氧化環境中的抗氧化性能提出了嚴苛要求。硅基陶瓷涂層技術是提升碳/碳（C/C）復合材料和陶瓷基復合材料（CMCs）等熱結構材料抗氧化性能的有效方法。然而，服役過程中涂層常因與基體熱膨脹系數不匹配而發生開裂現象，這削弱了涂層對基體的氧化防護效果，甚至導致涂層失效。基于皮膚傷口自愈合自修復機制，本文綜述了解決涂層開裂問題的兩個重要手段——裂紋愈合（涂層自愈合成分設計）和裂紋抑制（涂層增韌結構設計）。相關材料設計方法為新一代熱結構材料用先進硅基陶瓷涂層研發提供了理論支撐。

本文從“裂紋愈合”（仿皮膚愈合，側重小裂紋）和“裂紋抑制”（仿傷口修復，側重大裂紋）兩個角度開展涂層成分與結構研究。在涂層自愈合成分設計方面，針對SiO₂在寬溫域環境下對裂紋封填愈合作用不足問題，提出了對SiO₂中低溫流動性增強和高溫穩定性提升的雙重策略，前者通過選用B、Al、Ti、堿金屬和堿土金屬元素摻雜，而后者選用難熔金屬和稀土元素添加，以此實現硅基陶瓷涂層在寬溫域環境下對裂紋的有效愈合。在涂層自修復增韌結構設計方面，綜述了借助一維結構“縫合”開裂、梯度結構緩釋應力、多相鑲嵌結構阻礙裂紋擴展、層狀仿生結構規避貫穿性裂紋等一系列涂層韌性提升方法，為高強韌硅基陶瓷涂層結構設計提供參考。最后，本文總結并展望了硅基陶瓷涂層的潛在發展方向。

本研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、國家科技重大專項、Sino-German DFG Project和RFG-funded Research Training Group等項目的資助和支持。