中國粉體網訊 清華大學教授、世界陶瓷科學院院士潘偉教授，長期致力于高溫結構陶瓷材料及陶瓷納米材料的研究，在超高溫陶瓷熱障涂層材料的篩選、設計與性能調控等基礎理論研究方面取得了系列創新性成果，建立了陶瓷材料結構性氧空位這一低熱導率材料篩選的重要準則，篩選研制了一系列具有極低熱導率的陶瓷材料，并得到了應用，在高溫燃氣輪機熱障涂層材料方面取得了優異成績，得到了國內外材料熱傳導領域的關注與認可。
10月30日，在由中國粉體網主辦的“2020第三屆新型陶瓷技術與產業高峰論壇”上，潘偉教授做了《低導熱陶瓷材料及熱障涂層應用》的精彩報告。報告后，潘教授在現場接受了中國粉體網記者的專訪，并就熱障涂層技術問題及我國先進陶瓷產業發展存在的問題談了他的看法。
高性能熱障涂層的技術難點是什么？
從潘教授的報告中，我們獲悉，高熔點、低熱導率、高溫下結構與組分穩定、耐腐蝕的熱障涂層對于重型燃氣輪機非常重要。潘教授長期致力于研究重型燃氣輪機熱障涂層材料和涂層技術，他告訴中國粉體網記者，在這一領域的基礎研究方面，我們國家在國際上是領先的，主要側重于對材料的基本結構和性能的研究，但是與實際應用還有一定的距離。
目前，熱障涂層材料用的比較成熟的粉體原料是7%~8%的釔穩定氧化鋯（YSZ）。國外研制的YSZ粉末工藝相對成熟、涂層性能比較可靠，在航空發動機和工作溫度相對較低的燃氣輪機上得到了普遍應用。據潘教授講，國外高性能熱障涂層熱噴涂粉末不斷朝著高純化、組織結構精細調控、性能評測多元化的方向發展，并且形成了批量化的生產能力，部分通用性粉體可以向我國輸出。
然而，國外的高性能氧化鋯涂層粉體特別是適用于大氣等離子噴涂的造粒材料制備技術屬于商業機密。潘教授告訴記者，我國重型燃氣輪機熱障涂層技術的發展，目前還處于一個跟蹤追趕國外先進水平的階段。涂層技術的難點在于能否得到一個高結合力常數、長壽命的涂層，在這方面，我們國家與世界先進國家還是有一定的差距。我們的涂層存在著與基體的結合強度不夠，而且使用壽命不夠長的問題。
我國先進陶瓷產業的發展存在哪些亟待解決的問題？
潘教授認為，我們國家的先進陶瓷材料從粉體的制備到高性能陶瓷的精密制造，與發達國家相比還是有很大的差距。潘教授舉例說，國內陶瓷粉體的穩定性與國外相比，不是很好。日本企業生產的氧化鋁粉體，會按照不同的等級細分得非常嚴格，有很多系列的品牌，而且質量都很穩定。國內的生產廠家很多，但大多都是低端產品，粉體質量不夠穩定，對產品品質的細分沒那么嚴格，此外就是粉體的分散性不是很好，高溫燒結性也有待進一步改進。
另外一方面，我們國家面向精密機械、半導體行業的陶瓷產品現在還比較少，精密機械和半導體設備里面會用到大量的陶瓷零部件，但是我們國家過去在半導體設備制造方面比較落后，在半導體行業中的高技術陶瓷產品的制造也比較落后，特別是精密加工陶瓷零部件，有些領域我們還處于空白。
如何提升國產特種陶瓷粉體的性能？
潘教授與國外做陶瓷粉體的企業有很多的聯系，據他的觀察，日本很多的陶瓷粉體生產廠家，他們不僅是把粉體做出來，而且在陶瓷粉體的燒結以及陶瓷產品方面的研究往往也做得很好；他們會告訴客戶，他們的粉體在什么條件下進行燒結，可以達到什么性能。
然而在中國大部分生產粉體的企業，僅僅是生產粉體，而至于這個粉體是否好用，他們很少關心，只是關注粉體有多純、有多細。在潘教授看來，僅僅是純度高和粒徑小，并不代表陶瓷粉體的性能一定好。一個好的粉體，它的分散性、成型性能等很多性能都很重要。中國企業在做粉體的同時也應該研究一下他的粉體能不能做出好的陶瓷制品出來，這是需要努力的一個方向。
潘教授告訴記者，在熱障涂層噴涂過程中的工藝細節上，我們與國外還有比較大的差距。我們可以噴出來、能噴上去，但是后邊一些詳細的技術參數，與國外相比還是不夠的。在國外，同樣的設備、同樣的粉體，但是對于工藝參數、后面的研究非常多、非常細，因此他們噴出來的粉體質量比我們好，薄膜涂層比我們國內的要好很多。
潘教授講，國外企業的技術積累的時間很久，他們能持續幾十年研究一個技術，把每一個細節都做得很好，且不急于把一件產品推向市場。潘教授舉例說，他與日本三菱重工自2003年開始合作研究一個新型熱障涂層材料，雖然在2004年時做出來的材料基本性能就已經比較好了，但是他們卻等到2010年以后才將它用到最新的燃氣輪機上面。
通常，一種原料做出來以后，需要經過十年以上的持續研發和內部改造的工作才能經受市場的考驗。但是，我們國內做出來一種材料之后，會馬上宣傳自己做得很好，然而一到應用階段就出現問題了。潘教授說，日本企業在技術上的考核要花很多的時間；我們國家的企業在試驗、考核的程度、能力方面還不夠，大家都習慣于做加速試驗，實際上，加速試驗跟真正的工況試驗還是有區別的，國外是持續5年、10年在做實際工況的試驗。
（中國粉體網記者采訪/黑金、編輯整理/平安）
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