近日，材料科学与工程学院青年教师杜文博博士在国际权威期刊《Corrosion Science》上发表了冷冻浇注法Al改性Ti3SiC2微观组织与高温性能演变规律的最新研究成果。《Corrosion Science》是中科院一区Top期刊，旨在报道材料腐蚀与防护相关基础和应用研究的最新成果，在国际腐蚀与氧化领域享有高度学术声誉。威尼斯官网为论文第一单位，杜文博为第一作者和通讯作者，南京航空航天大学姚正军教授为共同通讯作者。研究工作得到国家自然科学基金的资助。
（有序层状多孔Ti3SiC2微观形貌结构）
多孔Ti3SiC2（MAX相）因热稳定性和可加工性能出色，被广泛应用于高温过滤、导热、电磁屏蔽和防辐射领域。然而，Ti3SiC2高温易氧化，特别是多孔结构的比表面积大、更易氧化，成为限制其高温应用的关键因素之一。引入Al原子在高温下形成的致密氧化膜，可抑制氧原子的向内扩散氧化和主相原子的向外扩散，成为提高Ti3SiC2相高温抗氧化性能的有效途径之一。
（高温氧化性能表征）
（高温热稳定性表征）
（Al掺杂高温抗氧化机理）
（高温电磁屏蔽性能图）
团队利用原位反应和冷冻浇注法，通过成分的精准设计，实现了Al改性高纯有序层状多孔Ti3SiC2的低成本制备，发现Al取代Si原子可有效提高该多孔Ti3SiC2的抗高温氧化极限温度。因Al掺杂同时改善了孔隙特征、骨架结构及保护性防氧化层的成分结构，提升高温抗氧化性能，且氧化速率仅为基准材料的四分之一。借助实验和第一性原理计算，证实过高的Al掺杂会降低Si原子层的断裂能，高温下原子的振动幅度增大超过原子之间的相互作用，使体系趋于不稳定状态，降低多孔Ti3SiC2相的高温热稳定性。
此研究使多孔Ti3SiC2的持久服役温度提升至700 ℃，在空天领域高温电磁屏蔽的应用潜力巨大，且对MAX相的高温抗氧化设计具有重要的理论价值。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.corsci.2023.111804
（撰稿：顾京宇 审核：李永涛 张苒 黄敏）
