俄亥俄州立大学的工程师们正在开发一种技术，在喷气发动机涡轮叶片上涂上二氧化锆——通常被称为氧化锆(人造钻石)——以对抗高温腐蚀。氧化锆以化学方式将沙子和其他腐蚀性颗粒在叶片上堆积成一层新的保护外层。实际上，发动机叶片的表面不断地自我更新。

最终，这项技术可以使制造商在发动机叶片中使用新型耐热材料，这样发动机就能运行得更热，效率更高。

俄亥俄州立大学(Ohio State)材料科学与工程教授尼廷·帕德图(Nitin Padture)说，他在开始这个项目时就想到了军用飞机。他当时是康涅狄格大学的教授。

他说:“在沙漠中，起飞和降落时，沙子会被吸入发动机，然后就会发生沙尘暴。”“但即使是商用飞机和动力涡轮也会遇到小颗粒的沙子或其他颗粒，这些颗粒会损坏涡轮叶片。”

喷气发动机在数千华氏度的温度下工作，最先进的发动机叶片上都涂有一层薄薄的耐温隔热陶瓷，以保护金属叶片。这种涂层被称为热障涂层，它被设计得像手风琴一样，可以随着金属膨胀和收缩。不幸的是，当沙子碰到热的发动机叶片时，它会融化并变成玻璃。

“熔融玻璃是最肮脏的物质之一。它可以溶解任何东西，”帕德图说。

热玻璃腐蚀陶瓷涂层。但真正的损伤发生在发动机冷却之后，玻璃会凝固成一层坚硬的釉，覆盖在陶瓷表面。当发动机再次加热，金属叶片膨胀时，陶瓷涂层无法膨胀，因为釉已经将其锁定在了适当的位置。陶瓷脱落，缩短了发动机叶片的寿命。

在最近一期的《材料学报》上，帕德图和他的同事描述了这种新涂层如何迫使玻璃吸收化学物质，从而将其转化为无害的——甚至是有益的——陶瓷。

帕德图说，关键在于涂层中含有隐藏在氧化锆晶体中的铝和钛原子。玻璃在消耗氧化锆的同时，也消耗了铝和钛。一旦玻璃积累了足够多的这些元素，它就会从熔融物质变成稳定的晶体，并且停止侵蚀陶瓷。

“玻璃实际上变成了旧玻璃上的一层新的陶瓷涂层。然后，当新的玻璃进来时，同样的事情又会发生。就好像它在不断更新涡轮机表面的涂层。”帕德图说。

帕德图以前的大学已经为他设计的将铝和钛嵌入氧化锆的技术申请了专利。他正在与康涅狄格州的一家纳米技术公司Inframat Corp.合作，进一步开发这项技术。

帕德图强调，这项技术还处于起步阶段。他还没有将这种涂层应用到复杂的形状上，而且成本也是一个障碍:这个过程消耗能源。

但如果成本最终降低，技术成熟，回报可能是更热的发动机，更有效地燃烧燃料，产生更少的污染。制造商将能够使用更复杂的陶瓷来提高发动机的耐热性。帕德图说，最终，这项技术将超越飞机和发电机涡轮，扩展到汽车领域。

他在《物质学报》上论文的合著者包括俄亥俄州立大学的博士生Aysegul Aygun，她正在为她的论文做这项工作;前博士后研究员亚历山大·瓦西里耶夫，现任职于俄罗斯科学院;以及Inframat Corp.的科学家马新庆。

该研究由海军研究办公室和海军航空系统司令部资助。

欲了解更多信息，请致电614.247.8114或Padture.1@osu.edu联系Nitin Padture。

作者:Pam Frost Gorder, 614.292.9475, Gorder.1@osu.edu