记者1月7日获悉，中国科学院长春应用化学研究所完成的“稀土高温热障涂层材料”项目拟被提名2020年度国家自然科学奖二等奖。据悉，该项目在理论和应用研究方面分别荣获2013年吉林省科学技术一等奖和2012年国防科技进步二等奖。

热障涂层（Thermal Barrier Coatings，TBCs）是高温下具有良好隔热性能的陶瓷涂层，在航空发动机、冲压发动机、大型燃机和固体火箭发动机等动力系统的热防护方面有重大应用，是我国国防工业亟待突破的卡脖子技术之一。国内外常用的TBCs材料8YSZ（8 wt% Y2O3稳定的ZrO2），其热导率较高、在1178℃以上发生相变和烧结，已无法满足高性能发动机的需求。

据悉，该项目持续18年，利用我国丰富的稀土资源，在863计划、国防科工局和国家自然科学基金等项目的支持下，以稀土资源利用国家重点实验室为科研平台，深入研究了TBCs新材料和新结构，合成了以稀土为主的新型高温涂层材料，设计了双陶瓷层等新颖的涂层结构，使涂层的使用温度提高到1350℃，为未来发展使用温度更高的涂层奠定了基础。

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该项目有关稀土高温TBCs的研究成果，得到国内外同行的广泛认可，成为国际同领域的研究热点之一。稀土高温TBCs解决了一系列国家重点装备的热防护难题，多次在国际航空航天博览会、南海亮剑、建军90周年、反法西斯战争胜利70周年和建国70周年等国家重大活动上展示，为国防建设做出了重要贡献。

8篇代表性论著他引共1659次，其中3篇的SCI被引频次在国际TBCs领域所有论文中（1950-迄今共21533篇）排名前1%，“热障涂层的结构设计和失效机理研究”获2013年吉林省科学技术一等奖；成果已在航天、海洋和反装甲等领域的一系列国家重点装备上广泛应用，“高温热障涂层材料及其应用”获2012年国防科技进步二等奖。项目的发现点如下：

（1）提出高温TBCs材料设计的新思想，即稀土复合氧化物材料，并通过选择性的离子取代对材料的晶体结构进行调控，对材料的热、力学性能进行裁剪。该思想对TBCs材料的设计有重要意义，得到国内外同行的广泛认可，研制了许多稀土TBCs材料，形成一个新的研究方向。论文发表在欧洲陶瓷会志新年首刊J Eur Ceram Soc 24[1] （2004） 1，SCI被引频次1138，在国际同领域中排名第4，在2017年Elsevier评选中国材料科学17篇高质量亮点论文中排名第2。

（2）合成了一系列高温TBCs材料即A2B2O7型（A=稀土，B=Zr/Ce），其中La2Zr2O7（LZ）、La2Ce2O7（LC）和La2（Zr0.7Ce0.3）2O7（LZ7C3）成为本领域的热门材料。LZ的熔点2300℃，在此温度以下没有相变；LC的热膨胀系数大（1210-6/K），使用温度1230℃，这是第一种使用温度超过8YSZ的材料，论文发表在Adv Mater 15[17] （2003） 1438（IF=21.950），SCI被引频次242，在国际同领域中排名第68；LZ7C3涂层具有很低的热导率（0.493 W/（m·K），8YSZ=1.2W/（m·K），1000℃）和优良的抗烧结性能（1400℃煅烧15 h无收缩）。

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（3）发现“双陶瓷层效应”，即在涂层总厚度不变的情况下，根据两种材料各自热、力学性能特点，组成双陶瓷层热障涂层（DCL-TBCs），其热循环寿命比两个单一涂层都长很多，论文J Eur Ceram Soc 26 （2006） 247的SCI被引频次159，在国际同领域中排名第163。在此基础上，设计了一系列DCL-TBCs，包括LZ/8YSZ、LZ7C3/8YSZ和LMA/8YSZ，使用温度和寿命比8YSZ显著提高，使用温度最高1350℃，寿命比8YSZ延长50%以上。论文J Alloy Compd 509（2011） 4273获2013年中国航空工业优秀科技论文一等奖，航空发动机叶片稀土高温TBCs已通过某重点型号发动机的整机试车考核。许多国内外同行开展DCL-TBCs研究，证实了“双陶瓷层效应”。

该项目发表TBCs相关论文200余篇，授权发明专利11件。“高温热障涂层材料及其应用”通过中科院组织的成果鉴定，认为“稀土高温热障涂层材料综合性能达到国际先进水平，其中稀土材料应用于…达到国际领先水平”。稀土高温TBCs所应用的国家重点装备多次参加国际航空航天博览会、南海亮剑、建军90周年、反法西斯战争胜利70周年和建国70周年等大型活动。