近日，校区材料科学与工程学院夏龙教授团队在纤维复合材料抗氧化防护涂层领域取得重要研究进展，提出了一种新的抗氧化防护机制—双馈自愈合机制，并在陶瓷材料类国际顶级期刊《先进陶瓷》（Journal of Advanced Ceramics，影响因子 18.6）发表题为“双馈自愈合机制重新定义纤维增强复合材料的抗氧化涂层”（Dual-Feedback Healing Mechanism Redefining Anti-Oxidation Coatings in Fiber Reinforced Composites）的研究性论文。哈尔滨工业大学（威海）博士研究生王元帅为本文的第一作者，杨亚楠博士和夏龙教授为本文的通讯作者。该项目得到了国家自然科学基金以及中央高校基础科研等资金的资助。

纤维增强陶瓷基复合材料由于其高韧性，高强度等特点一直是高超马赫飞行器透波天线罩材料的首要选择，高温下大气环境中氧气对材料的氧化作用一直是阻碍其发展的重要原因。热防护涂层为改善这一问题提供了一条重要途径。但纤维复合材料由于材料本征区别或纤维取向问题，随温变化过程中基体与纤维的受热膨胀速率不同，不可避免会产生内应力，并且产生的内应力恰好会导致涂层出现裂纹，甚至脱落的现象。本研究提出一种利用逆向思维来解决这一问题的构想，尝试以一种很小的“牺牲”来换取更高的“回报”。既然无法解决涂层裂纹，那便让其裂纹处发生氧化，而氧化产物恰巧能够同抗氧化涂层发生化学或物理反应降低材料的粘度，使因热不匹配的裂纹有目标性地自动弥合，并将其命名为“双馈自愈合机制”。

双馈自愈合机制有两个必要条件，一个条件是基体本身应具备较强的抗氧化特性，能够在涂层制备阶段下不被氧化；第二个条件是基体的初始氧化产物能够与涂层之间反应，才能在高温下定向弥合裂纹。研究发现BN_f/SiBN复合材料在1100℃附近开始缓慢氧化，氧化产物B₂O₃蒸汽在逸散过程中与Si-O-Al中的SiO₂能够产生SiO₂-B₂O₃玻璃态，降低抗氧化涂层粘度，使其能够自发流动弥补缺陷，封堵氧气的渗透通道，从而使涂层在高温下能够起到有效防护的作用。热分析结果显示，Si-O-Al@BN_f/SiBN材料体系的高温氧化失重率从11%降低至2.4%，双馈自愈合机制保障了材料在高温环境中的结构完整性和力学性能的保留。

SOAC@BN_f/SiBN复合材料的制备工艺及作用机理

原文链接：https://doi.org/10.26599/JAC.2024.9220966