褚衍辉：开启多孔陶瓷变身之路，成就航空航天材料新天地

中国粉体网讯

个人简介

褚衍辉，1987年8月出生，山东枣庄人，华南理工大学材料科学与工程学院研究员、博士生导师。国家优秀青年基金获得者、中科协青年人才托举工程项目入选者；兼任中国硅酸盐学会特种陶瓷分会青年工作委员副主任委员、中国硅酸盐学会测试技术分会理事。

研究方向

（1）高熵陶瓷及粉体材料

（2）新型超高温防护涂层及纳米材料

（3）材料基因工程

成绩不菲，多个“首次”

褚衍辉，本科就读于济南大学物理专业，硕博就读于西北工业大学材料学专业，2014年1月-2015年9月，受国家留学基金委资助赴美国哈佛大学博士联合培养学习；2016年9月-2019年9月，就职于华南理工大学，任副研究员（破格）、硕导；2019年9月至今，任研究员（破格）。

超高温陶瓷材料属于战略性高技术材料，是国家重大战略亟需发展的材料，广泛用于航空航天发动机、空天飞行器热防护、航空刹车、核能以及高速切削刀具等极端环境下服役的部件中。然而，随着航空航天、国防军工等国家重大战略对超高温陶瓷材料性能要求的不断提高，传统超高温陶瓷材料已经无法满足使用需求。因此，发展可应用于未来极端条件下的新型超高温陶瓷材料不仅是目前国内外学术界研究的热点问题，而且也是满足我国航空航天、国防军工等国家重大战略需求。

褚衍辉在李贺军院士和董绍明院士的细心悉心指导下，一直从事国防武器装备极端环境下服役的新材料研发工作。同时也做出了不菲的成绩，实现多个“首次”：

（1）在国际上率先开展了高熵超高温陶瓷材料系统而深入的研究，首次建立了高熵超高温陶瓷材料全面系统的形成能力理论判据。首次采用熔盐法、硼热还原法、硼/碳热还原法、碳热还原法以及聚合物先驱体转化法等方法合成出系列高纯、超细/纳米级、成分均匀的高熵超高温陶瓷粉体，揭示了相关的合成机理，为实现成分和结构可控的高熵超高温陶瓷粉体合成提供了理论指导。

（2）揭示纳米材料的新型生长机理，实现了系列新型SiC纳米材料的可控生长。在国际上首次提出一种原位CVD可控合成新方法合成SiC纳米材料，实现了系列新型SiC纳米材料的可控生长；首次发现了纳米材料的高温Plateau-Rayleigh以及螺位错等新型生长机理，并建立了相应的生长模型，丰富和发展了纳米材料的生长机理，为实现新型纳米材料的可控生长提供了理论指导。

（3）采用超高压烧结技术在国际上首次合成了高熵碳化物纳米晶陶瓷。

不惧高温，革命性陶瓷材料的诞生

除以上成就，其最令人瞩目的成就就是——新型高熵多孔硼化物材料，在50% 气孔率之下实现了337MPa的压缩强度、以及0.76Wm-1K-1的热导率。它兼具优异的力学强度和隔热性能，有望用于新一代高超声速飞行器热端隔热部件。

据了解，褚衍辉团队长期以来聚焦于高熵超高温陶瓷材料的研发。倘若这款多孔陶瓷能被用于高超声速飞行器热端隔热部件，便能有效避免高超声速飞行器表面高温环境对于内部零部件所造成的不良影响，大幅提高新一代飞行器的服役可靠性。

实际上，褚衍辉课题组刚开始此次研究时，其安排的研究生学生甚至打起退堂鼓，原因在于多孔陶瓷是一个很早的研究课题，在20 世纪 70 年代便已有系统性的文献报道，针对多孔陶瓷结构力学强度和隔热性能的优化，相关的报道、文献数不胜数。如何做出自己的特色并实现性能突破？是褚衍辉一直在思考的问题。

在偶然一次实验中他们发现，当采用超快速烧结设备制备致密的高熵硼化物陶瓷时，虽然能够获得一个完整的块体。但是，上述材料明显不具备致密陶瓷该有的重量和光泽，因此显然是一个多孔材料。于是便让负责的学生测试了该材料的力学性能，结果惊喜发现它有几十MPa的压缩强度，明显高于目前多孔陶瓷的压缩强度。

基于前期在高熵陶瓷基础理论方面的研究基础，褚衍辉在假设能在原子尺度上进一步高熵化，以及在纳米尺度上实现强晶界结合，并在微米尺度上进一步降低孔隙结构尺寸，是否能让多孔陶瓷兼具高强高隔热特性？

经过团队的努力，借助自主研发的超快合成设备，成功实现最初的设想。

参考来源：

【青托工程】青托人才成长故事——褚衍辉

DeepTech深科技：华南理工团队研发多孔陶瓷材料，2000℃下力学强度达到690MPa，可用于太空探索装备等

华南理工大学材料科学与工程学院官网

（中国粉体网编辑整理/空青）

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