3月26日，国家科学技术部公布了2019年度国家科学技术奖予以受理提名项目，北京航空航天大学、内蒙古工业大学联合完成的“超高温热障涂层的实现机制与方法研究”项目入围，并被提名为国家自然科学奖二等奖。

先进航空发动机性能的提高强烈依赖于热端部件使用温度的提高，热端部件用单晶高温合金、高效气冷结构与热障涂层是提高先进航空发动机热端部件使用温度的关键。第一代热障涂层（服役温度≤1250℃）在国际先进军机和民机高压涡轮叶片上成功应用，使得发动机性能和可靠性得到大幅度提升。新一代航空发动机要求发展服役温度≥1300℃的超高温热障涂层，其所需要的1200℃金属防护涂层材料和1300℃以上温度服役的陶瓷隔热层材料及其核心基础研究成果均未见公开报道。

该项目面向国家重大战略需求，围绕超高温热障涂层的实现机制与方法开展研究，重要科学成果如下：（1）揭示了金属防护涂层1200℃抗氧化防护机理，发明了抗超高温氧化金属涂层。（2）揭示了超高温陶瓷隔热层1300℃以上的导热机理，发展了新型超高温陶瓷层。（3）揭示了外来附着物CMAS（CaO-MgO-Al2O3-SiO2）导致热障涂层剥落损伤失效机制，设计了抗CMAS超高温热障涂层。

热障涂层是高性能航空发动机核心热端部件的关键科学技术。第一代热障涂层在航空发动机上的应用，大幅度提升了发动机性能和可靠性。新一代航空发动机迫切要求发展1300℃以上超高温热障涂层，然而，其关键核心技术在国际上严格保密。

该项目揭示了金属防护涂层1200℃抗氧化防护机理，提出了微量活性元素掺杂降低离子扩散速率的涂层设计思路，发现了同族活性元素离子共偏聚的协同效应，发展了金属涂层抗高温氧化防护理论；揭示了超高温陶瓷隔热层1300℃以上的导热机理；揭示了外来附着物导致的热障涂层损伤失效机制，设计了抗CMAS超高温热障涂层。研制的金属防护涂层1200℃循环氧化寿命达到目前国际公开报道的最好水平，研制的新型超高温陶瓷层比第一代热障涂层工作温度提高200℃以上，高温热导率降低50%以上。

该项目在新型热障涂层方面的基础研究成果十分突出，得到了国内外同行高度认可，论文引用率居本领域前列，研制的超高温热障涂层被认为是最有前景的先进热障涂层材料之一。关键核心基础研究成果已被发动机设计单位和热障涂层研制单位采用，指导了新型热障涂层的研发和应用，在国际上率先实现了1300℃级别超高温热障涂层在先进航空发动机热端部件的试用；大幅度改善了CMAS沉积导致的航空发动机叶片热障涂层失效和叶片热裂问题；已被我国航空发动机设计单位选用为在研新一代航空发动机高压涡轮单晶叶片热障涂层。

该项目针对我国重大战略计划的新一代航空发动机需求的核心关键技术之一的叶片热障涂层开展应用基础性研究，目标是发展1300℃以上超高温热障涂层材料技术，其关键核心技术及应用在国际上是严格保密的。

该项目揭示了超高温热障涂层用金属防护涂层的抗氧化防护机理，研发了涂层制备技术；发现并揭示了La、Yb等4f电子结构稳定的稀土元素改性的陶瓷材料具有抑制高温热辐射和抗外来附着物的作用及其机制。该项目成果指导下研发的新型热障涂层比第一代热障涂层服役温度提高200℃以上、热导率降低50%以上，实现了1300℃服役的超高温热障涂层的领先试用，被我国航空发动机设计部门选用于在研最先进航空发动机高压涡轮单晶叶片。

该项目成果指导研发的新型热障涂层不仅满足了我国新一代航空发动机研制的重大需求，其部分基础研究成果公开发表的论文也得到了国内外同行的高度认可，被认为是最有前景的先进热障涂层材料。

热障涂层与单晶高温合金、高效气冷结构并重为先进航空发动机涡轮叶片的三大关键科学技术。第一代热障涂层（服役温度≤1250℃）在国际先进军机和民机高压涡轮叶片上成功应用，使得发动机性能和可靠性得到大幅度提升。随着航空发动机涡轮前温度的大幅度提升，迫切需要开展1300℃以上超高温热障涂层的实现机制与方法研究，指导新型超高温热障涂层的研发与应用，然而，此方面核心基础研究成果在国际上严格保密。

该项目在新型热障涂层方面的基础研究成果十分突出。揭示的1200℃氧化机制发展了金属涂层的防护机理，提出的抑制离子扩散速率的涂层设计思路为发展单晶高温合金用超高温金属防护涂层奠定了坚实的基础；基于揭示的1300℃以上陶瓷材料导热机理所研发的超高温高隔热陶瓷材料是最有前景的先进热障涂层材料，采用此陶瓷材料设计的热障涂层具有良好的抗外来附着物特性。

该项目研究的部分基础研究成果得到了国内外同行的高度认可，其论文引用率居本领域前列，研究成果指导研发的新型热障涂层已被我国先进航空发动机设计采用。

该项目发表SCI论文85篇，国内期刊论文20篇，其中腐蚀与防护领域顶级期刊Corrosion Science 16篇、涂层领域著名期刊Surf Coat Technol 25篇。8篇代表性论文被SCI他引278次，涵盖了美国宇航局、德国宇航局、法国宇航局、德国Juelich研究中心等高温涂层领域著名研究机构，引文作者来自22个国家230余个研究机构。在国际会议上作大会特邀报告和分会邀请报告20余次。提出的新型超高温热障涂层被认为是“最有前景的先进热障涂层材料之一”。（涂界）