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科研与成果

陶瓷涂层热物理性能测试评价新技术及应用

发布时间:2020-06-12  浏览次数:421

       陶瓷涂层(如热障涂层、防腐涂层、耐磨涂层等)具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀等优异特性,广泛地应用于石油化工、航天航空、机械电子等领域。但由于陶瓷涂层难以从基体上有效分离作为单质材料进行测试的,其物理性能的评价除硬度和摩擦磨损性能之外几乎没有测试方法和检测技术,无法为涂层材料的优选、构件的耐久性和使用寿命评价等提供技术支撑。世界各国都在寻求方法去解决准确评价陶瓷涂层热物理性能和残余应力这一国际性难题。

       针对这种重要需求和关键问题,性能表征与评价技术。绿色建筑材料国家重点实验室(以下简称“实验室”)绿色建材的检测方法与评价团队近年来提出相对法评价技术和计算模型,完成了基于相对法理论的涂层测试技术、检测设备、标准化推广应用的系列研究,实现了“从0到1”的基础研究方面的重大突破。其理论核心是建立涂层材料、基体材料和复合材料性能三者之关系,从而可以用基体和复合体的测试数据算出涂层材料的性能。实验操作上建立了简单的三步法:1)测出无涂层样品的性能;2)测出有涂层样品的性能;3)计算出涂层的性能,解决了系列涂层性能的评价与测试难题并制定了系列国际标准。

       代表性的创新成果包括: 1)为解决服役构件的陶瓷涂层残余应力无法测试的国际难题,建立了残余应力计算和评价方法,研制了世界上首台涂层残余应力测试仪,获得美国授权专利US 10,222,343,被制订为国际标准ISO PRF 23458,与德国林赛斯公司签署战略合作协议,共同将涂层残余应力测试仪向全世界推广应用。 2)提出了高温脉冲激励相对法测试涂层从常温到1500℃范围内的弹性模量,被制订为国际标准ISO 20343。发明了二次相对法解决极端环境变形精密测量难题,首次测出陶瓷涂层超高温(1500-2100℃)环境下弹性模量,被制订为国际标准ISO 21713。3)先后建立了陶瓷涂层的密度、膨胀系数和导热系数在基体、复合体和涂层三者之间的解析关系,创立了“三步法”测试技术,其中热膨胀系数测试方法被制订为国际标准ISO 21714和ISO PRF 23458。 4)提出十字交叉法测试涂层界面拉伸和剪切强度,开发了相应的实验装置,实现了陶瓷涂层与基体界面结合强度的准确测量,被制订为国际标准ISO 23114。

       该系列新技术属国内外首创,形成了在陶瓷涂层性能表征与评价方面的国际领跑技术。项目获授权发明专利6项,其中美国专利1项,制订国际标准5项,国家标准3项,发明了针对陶瓷涂层物理性能和残余应力评价的8项新技术和新设备。成果填补了国内外陶瓷涂层热物理性能无技术、无设备、无标准的空白,提高了我国自主创新能力,推动了涂层测试评价学科发展与技术进步。

       成果产生的经济效益明显,社会效益巨大,解决了陶瓷涂层热物理性能评价技术的国际性难题,并将创新技术转化为国际标准向全世界推广应用,极大地提升了我国在陶瓷涂层性能测试领域的话语权。