【CSCM群星录·卓越论文篇】西北工业大学童明德：路虽远，行则将至；事虽难，做则必成

CSCM群星录·卓越论文篇

为了进一步推动复合材料领域的科技创新与人才培养，彰显复合材料行业杰出人物的卓越贡献与精神风貌，中国复合材料学会将正式启动【CSCM群星录】活动。

本次活动旨在汇聚复合材料领域的卓越科研成果，分享复材行业科技工作者的奋斗历程、创新成果与深刻洞见，激励更多从业者投身于复合材料的研发与应用，共同推动行业的高质量发展，为复合材料领域的未来注入新的活力与动力。

童明德

2023年度中国复合材料学会卓越论文工程入选者

路虽远，行则将至；

事虽难，做则必成。

个人简介

童明德，男，中共党员，西北工业大学材料学院博士，师从付前刚教授。主要从事新一代高超声速飞行器鼻锥、前缘及蒙皮等关键热端部件在超高温、高质流燃气冲刷极端环境下的防护研究，聚焦化学气相沉积技术制备超高温陶瓷涂层的可控制备及烧蚀行为。以第一作者（含学生一作或通讯作者）在《Composites Part B: Engineering》、《Corrosion Science》和《Journal of the European Ceramic Society》等国际权威期刊发表SCI论文20篇，其中SCI一区TOP期刊论文16篇；获国家发明专利授权6项。主持国家自然科学基金青年项目1项、中国博士后科学基金面上项目1项、国家级纵向项目子课题1项及超高温重点实验室开放课题1项。入选“2023年中国复合材料学会卓越论文工程——博士论文”；2023年获陕西省高等学校科学技术优秀研究成果奖特等奖（排名7/9）；2019年获陕西省青年科学家大会论文二等奖；博士期间多次获得西北工业大学一等学业奖学金与各类专项奖学金；2023年获“西北工业大学优秀毕业生”荣誉称号。担任《Composites Part B: Engineering》、《Thin-Walled Structures》和《Journal of the European Ceramic Society》等国际权威期刊的审稿人。

科研经历

2016年本科毕业于合肥工业大学后，进入西北工业大学攻读硕士、博士学位。在深入了解团队研究方向的基础上，结合个人兴趣，确立了以新一代高超声速飞行器关键热端部件（如鼻锥、前缘及蒙皮）在超高温、高质流燃气冲刷极端环境下的防护问题为核心的研究课题。针对碳/碳（C/C）复合材料在极端燃气冲刷环境下易氧化剥蚀失效的瓶颈问题，聚焦于通过化学气相沉积技术在C/C复合材料表面制备超高温陶瓷涂层，以显著提升其抗氧化烧蚀性能。

为解决超高温陶瓷固态前驱体输送困难的技术难题，创新性地开发了负压状态下的精确送粉装置，实现了超高温陶瓷前驱体的精确稳定输送。基于此，通过系统调控送粉速率、沉积温度和气体组分分压等关键工艺参数，实现了超高温陶瓷涂层微观结构与性能的精确调控。深入研究了涂层的微观结构演化机制及其在极端环境下的烧蚀行为，通过引入梯度界面设计，显著提升了涂层的抗烧蚀性能。借鉴复合材料界面相设计思路，创新性地构筑了同轴核壳纳米棒结构，有效增韧超高温陶瓷涂层，显著改善了其抗冲击-烧蚀性能。此外，通过多组元陶瓷改性技术，突破了超高温陶瓷热防护温域受限的短板，实现了1000~3000℃的宽温域高效防护。相关技术已成功应用于某型号高超声速飞行器的热防护系统研制，为高超声速飞行器的热防护系统提供了创新解决方案。

博士学位论文介绍

CVD-HfC涂层的改性及其烧蚀行为研究

碳/碳（C/C）复合材料以其轻质、耐高温、抗热震、耐摩擦及优异的高温力学性能，在航空航天飞行器热结构件领域展现出巨大的应用潜力。然而，其易氧化烧蚀的固有缺陷严重限制了其在高温极端环境中的应用。热防护涂层技术是提升C/C复合材料抗氧化烧蚀性能的有效手段。其中，碳化铪（HfC）因其高熔点（~3900℃）和优异的相稳定性，成为C/C复合材料最具潜力的热防护涂层材料之一。然而，单一HfC涂层存在界面结合力不足、烧蚀过程中机械剥蚀严重及脆性大等问题，导致其热防护性能难以满足高温极端环境下C/C复合材料热结构件的严苛要求。

针对HfC涂层界面结合力不足的问题，采用包埋固渗和气相渗硅技术在C/C复合材料表面制备了含有游离硅的SiC内涂层，随后通过化学气相沉积在其表面制备HfC外涂层，成功构建了SiC/Hf-Si-C梯度涂层。内外涂层界面处HfC与SiC相呈梯度弥散分布，界面结合方式由机械结合转变为化学扩散结合。通过引入原位气相反应，界面结合强度提升了约179 %。

针对HfC涂层在烧蚀过程中机械剥蚀严重的问题，在Si改性HfC涂层的基础上，进一步提出了Ta-Si改性策略，制备了Hf-Ta-Si-C多元素涂层。多组元协同氧化机制在烧蚀过程中促进了氧化产物的烧结，有效缓解了机械剥蚀问题。与Hf-Si-C涂层（线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.383±0.007 μm/s和0.186±0.005 mg/s）相比，Hf-Ta-Si-C涂层的抗烧蚀性能显著提升。通过研究Hf-Si-O和Hf-Ta-Si-O两种玻璃相在烧蚀过程中的演化规律，发现两者均发生偏聚-析晶反应，验证了Hf-Ta-O共析反应对致密氧化防护层形成的促进作用。

针对HfC涂层脆性大的问题，采用多步化学气相沉积技术构建了同轴核壳纳米棒增强超高温陶瓷涂层，并系统研究了PyC、PyC-SiC和BN三种界面相对涂层冲击-烧蚀行为的影响规律。研究发现，SiCnws@PyC/HfC涂层在烧蚀过程中会出现明显的“自解体”现象，导致涂层失效。引入PyC-SiC双层界面相后，涂层的抗冲击-烧蚀性能显著提升，氧化层破损处发生Hf-Si-O的自愈合现象，线烧蚀率和质量烧蚀率分别降至0.485±0.036 μm/s和-0.231±0.018 mg/s。引入BN界面后，涂层在烧蚀过程中生成致密氧化层，抗冲击-烧蚀性能进一步提升。分析表明，SiCnws@BN核壳结构在高温有氧环境下发生收缩团聚现象，有效提升了涂层的紧密性，降低了涂层的缺陷敏感性。

长期征稿

诚邀学会广大会员、复材领域科技工作者与青年才俊投稿！分享您的科研突破、行业洞见或奋斗故事。

投稿内容（包含但不限于）：个人照片、座右铭、个人简介、科研经历、代表性成果、成果简介等，总字数不超过2000字。

原标题：《【CSCM群星录·卓越论文篇】西北工业大学童明德：路虽远，行则将至；事虽难，做则必成》

阅读原文