Journal of Advanced Ceramics

2026年第15卷第2期

导读

为降低发射成本、提升发射效率，大推力与高可重复使用能力已成为液体火箭发动机发展的主要方向。大推力发动机成为提升运载能力、拓展人类航天活动边界、支撑深空探测与星际航行任务的关键基础。热障涂层是液体火箭发动机推力室及喷管的核心热防护技术。根据公开信息，SpaceX猎鹰运载火箭、星舰、龙飞船的推力室、助推器发动机大量采用热障涂层。然而，大推力与高可重复使用需求使得热障涂层面临更严苛的超高温(≥1600℃)与热冲击服役环境。

目前广泛使用的YSZ涂层在≤1400℃条件下具有良好的隔热性能与服役寿命。然而，在≥1600℃的超高温环境中，热冲击服役寿命不足一个循环周期。航空发动机、重型燃气轮机热障涂层的候选材料如LZO、GZO和GTO，与YSZ组成的双陶瓷涂层的热冲击寿命均不足15个循环周期。

本论文围绕航天发动机超高温长寿命服役需求，研发了四元掺杂氧化锆(RSZ)新材料，实现光-热-力性能协同优化(高反射率、低热导率、高热膨胀系数、高断裂韧性)。RSZ与YSZ构成的双陶瓷热障涂层，在1600℃典型工况下服役寿命达到18个循环周期。通过结构优化，1800℃典型工况下服役寿命突破15个循环周期，满足了多种极端条件下发动机应用需求。

文章亮点

(1) 研制了四元掺杂氧化锆(RSZ)材料并于YSZ构成双陶瓷热障涂层；

(2) 建立了适用于火箭发动机热障涂层的“兼容因子”寿命判据；

(3) 证实了RSZ/YSZ涂层在超高温下具有最优抗热冲击性能。

作者及研究团队简介

研究团队：西安交通大学材料学院热喷涂研究团队，主持承担国家重点研发计划、国家科技重大专项等项目百余项，牵头制定热障涂层服役与寿命评价国家标准1项。获国家自然二等奖1项、省部级一等奖2项。团队具备齐全的热喷涂层制备及和试验考核设备，包括真空等离子物理沉积(PS-PVD)、真空等离子喷涂(LPPS)、超音速火焰喷涂(HVOF)、大气等离子喷涂(APS)、大气冷喷涂、真空冷喷涂、热喷涂层专用真空热处理炉、梯度火焰冲刷试验机、高低温热震循环试验机、超高温热冲击试验台。

杨冠军（通讯作者），西安交通大学教授/博导，《先进陶瓷（英文）》期刊编委，研究方向：高温防护涂层。

陈林（第一作者），西安交通大学副教授/博导。研究方向：防护涂层结构设计与制造。

Cite this article:

Chen L, Guo Y-X, Li C, et al. Exceptional thermal shock resistance of RSZ/YSZ coatings for rocket engines at 1800 °C. Journal of Advanced Ceramics, 2026, 15(2): 9221228. https://doi.org/10.26599/JAC.2025.9221228