中南大学复材顶刊：一种高达2400°C的新型隔热、抗烧蚀材料！

陶瓷基隔热材料因具有耐高温、高强和低导热率，在高温隔热领域被广泛关注并得到应用。其中最具有代表性的两类是陶瓷基隔热瓦和陶瓷气凝胶隔热材料。然而，陶瓷基隔热材料在极端环境下的热稳定性较差，在超高温环境下(2000℃以上)容易软化和内部孔隙结构坍塌，难以起到耐高温抗冲刷的作用。这严重限制了其在航天、航空等领域的应用。因此，要求材料具有优异隔热性能的同时还需赋予其耐超高温性是极具挑战性的。

近日，中南大学粉末冶金国家重点实验室的孙威教授和熊翔教授团队报道了一种基于高熔点碱性金属氧化物和磷酸盐溶液酸碱反应形成的(AlCrMg)x(PO4)y/MgO复合材料(AMPC)，在2400℃氧乙炔火焰下具有较好的抗烧蚀性能和隔热性能。首先合成了一种含Al和Cr的双元金属磷酸盐溶液，然后通过与碱金属氧化物MgO反应得到APMC，系统研究了APMC的热稳定性、热物性、力学性能、隔热性能和2400℃氧乙炔焰下的抗烧蚀及隔热性能，总结了烧蚀、隔热机制。

该工作以“ (AlCrMg)x(PO4)y/MgO composite: A new thermal protection and insulation material up to 2400 °C ”为题发表在复合材料领域顶级期刊《Composites Part B: Engineering》上。论文的第一作者为中南大学粉末冶金研究院博士生湛紫章，通讯作者为孙威教授，熊翔教授、张红波教授和文青波教授为共同作者。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.110198

图1 样品的宏观形貌、XRD图谱及SEM图像

图2 抗压强度、TG-DSC曲线、热物性能及大尺寸异形样品宏观图像

图3 烧蚀后样品宏观图像、XRD及烧蚀中心区轮廓图

图4 烧蚀后SEM图像

图5 烧蚀温度曲线图和烧蚀中心区CT图

综上所述，作者通过铝铬磷酸盐与氧化镁的可控组装，成功制备了高温下可陶瓷化且自发梯度多孔的APMC。材料表现出一系列优异的性能，包括优异的热稳定性(包括抗烧蚀性能)、低导热性、高机械强度、低密度、优异的隔热性能和大规模制备能力。值得注意的是，本文制备的磷酸基隔热材料可以抵抗近2400℃的超高温氧乙炔焰烧蚀。优异的热稳定性和结构稳定性可以归因于APMC特定的成分设计，不仅克服了低熔点磷酸盐相在中低温下熔融分解的问题，还可以促使材料的组分之间在高温下更容易形成耐高温陶瓷相。这使APMC与其他传统耐高温隔热材料相比在极端环境中的表现出更为优异的抗烧蚀性能和隔热性能。

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