摘要：印度B.R.博士贾朗达尔安贝德卡国家技术学院和印度理工学院的科研人员综述报道了航空航天材料与抗烧蚀涂层研究进展。相关论文以“Progress in aerospace materials and ablation resistant Coatings: A f
长三角G60激光联盟导读
印度B.R.博士贾朗达尔安贝德卡国家技术学院和印度理工学院的科研人员综述报道了航空航天材料与抗烧蚀涂层研究进展。相关论文以“Progress in aerospace materials and ablation resistant Coatings: A focused review”为题发表在《Optics & Laser Technology》上。
重点：
1.全面概述了正在重塑航空航天工业的航空航天材料的最新进展。
2.探讨了人们日益关注的激光和其他定向能量攻击对飞机造成的日益严重的威胁。
3.重点评述了抗激光烧蚀涂层在应对激光攻击方面的最新进展。
4.文章还阐述了涂层在高能激光辐照下的激光烧蚀机理。
为追求更好的性能、经济性、安全性和环保性，研究航空航天材料的进步及其在不同载荷条件和环境下的性能变得尤为重要。当代研究的关键亮点包括各种材料的突破性进展，如碳纤维增强聚合物（CFRP）相对于重量的高强度、铝基和钛基合金更好的耐腐蚀性、镍基超合金和陶瓷基复合材料（CMC）良好的热稳定性。文章说明了飞机材料在发展过程中取得的重大进步，但目前，抗激光烧蚀性能是航空航天工业面临的一个巨大问题，因为激光攻击的威胁日益严重。这篇综述广泛概述了抗激光烧蚀涂层及其烧蚀机理的最新进展。文章整合了跨学科研究工作的见解，旨在提高材料在激光烧蚀下的耐久性和性能的研究人员、工程师和从业人员提供了宝贵的资源。文献表明，与基于Zr和Si的涂层相比，基于Zr和Si的复合涂层具有更高的耐激光烧蚀性，因为它们协同结合了高导热性、优异的硬度和更好的抗热震性。在复合涂层中引入TiO2可促进活性氧的形成，促进氧化反应，帮助修复涂层内的缺陷，从而提高涂层的自修复能力。此外，双层涂层的背表面温度最低，即由于反射率增加，基材对激光能量的吸收最小，因此对基材造成的损害最小。多层氧化锆基系统（ZBS）涂层加上钼作为键合层，具有非常好的抗激光烧蚀性能。然而，多层涂层（如高反射外层和具有最佳厚度的耐热内层）在提高抗激光烧蚀性能方面还有待研究。
关键词：
航空航天材料；定向能武器；激光攻击；激光烧蚀；抗热损伤涂层
图1.不同飞机使用的材料。
图2.不同能量（30 fs，N=10）下铝合金烧蚀点的SEM图。
图3.不同激光脉冲数（30 fs，0.63 Jcm-2）下铝合金烧蚀部位的SEM图。
图4.空气介导烧蚀后铝靶上诱导凹坑的表面形貌。(a)整体视图；(b)中心烧蚀区域；(c)外围烧蚀区域。
图5.烧蚀后YSZ涂层的SEM图-(a)1秒和(b)10秒。
图6.10秒钟ZBS涂层的SEM图和EDS分析-(a)区域1，(b)区域2，(c)区域3。
图7.碳化硅涂层C/C复合材料ZrC涂层的相组成和形貌。
图8.反应合成的ZrC复合涂层的SEM图。
图9.不同放大倍数下原位ZrC复合涂层在10 秒（a、b）和20秒（c、d）烧蚀后的表面 SEM图（样品中心区域）。
图10.提出的激光烧蚀机制。
图11.美国海军激光武器增量方法。
图12.美国海军的MLD系统（海上激光武器系统）。
图13.洛克希德·马丁公司为美国国防部高能激光扩展计划(HELSI)设计的50万瓦级激光武器概念效果图。该激光武器将被战术配置并支持军事平台。图片来自：洛克希德·马丁公司。
图14.机载激光武器系统。图片来自：洛克希德·马丁公司。
在过去的一个世纪里，航空工业取得了显著的进步，这些进步的很大一部分可以归因于结构和发动机材料的不断改进和创新。现代航空航天工程的基础是由基于Al、Mg、Ti和Ni的高性能合金以及复合材料组成的。毫无疑问，这些材料在比强度、耐腐蚀、耐磨损等方面具有较好的性能，但仍不能满足耐激光烧蚀的性能。随着激光和其他定向能武器的大规模发展，保护飞机材料免受激光损伤是一个值得关注的问题。为了保护基材不受激光损伤，人们正在开发抗激光烧蚀涂层。
在过去的一个世纪中，航空业取得了长足的进步，其中很大一部分要归功于结构材料和发动机材料的不断改进和创新。现代航空航天工程的基础是基于Al、Mg、Ti 和Ni的高性能合金以及复合材料。毋庸置疑，这些材料在比强度、耐腐蚀性和耐磨损性等方面具有更好的性能，但仍无法满足抗激光烧蚀的性能要求。随着激光和其他定向能武器的大规模发展，保护飞机材料免受激光损伤成为人们关注的问题。目前正在开发抗激光烧蚀涂层，保护基体材料免受激光损伤。根据公开文献，得出了以下结论：
i.以Zr和Si为基材的涂层已被证明在保护基材免受激光损伤方面相当有效。与基于Zr和 Si的涂层相比，基于Zr和Si的复合涂层具有更好的反射率和热稳定性，因而具有更好的抗激光烧蚀性能。
ii.在复合涂层中引入TiO2可提高复合涂层的自愈能力。因此，ZrO2/TiO2 涂层具有自愈合性能，而ZrO2/SiO2则具有更大的保护作用。二氧化钛具有良好的热稳定性，即使在恶劣的环境中也能保持其结构完整性和性能。
iii.发现双层涂层的背面温度最低，即由于反射率增加，激光能量穿透基材的程度最小，因此对基材造成的损害最小。
iv.多层ZBS涂层和键合层具有很好的抗激光烧蚀性。热应力分布较小且连续，产生的裂纹较少，因此具有很好的抗热损伤性。
然而，在过去研究抗激光损伤涂层的烧蚀行为时，Ti/TiO2的使用似乎非常少。在以往的文献中，还没有充分论及如何控制基材表面的纹理来提高涂层在飞机材料上的附着力，从而实现抗激光烧蚀应用。可尝试采用多层涂层，如具有最佳厚度的高反射外层和抗热损伤内层，同时提高反射率和抗热损伤性，从而更有效地减轻激光烧蚀。
总之，抗激光烧蚀涂层的开发和航空航天工程的进步标志着在确保飞机及其机组人员和乘客的安全和安保方面向前迈出了一大步。航空航天业可以通过不断致力于研究和应用，大大提高抵御激光攻击的能力，并增强航空系统的整体完整性。
论文链接：
相关链接：
From the development of shipborne laser weapon of U.S. navy to analyze the military requirements and countermeasures of navy
Journal of Physics: Conference Series, Volume 2478, Directed Energy and Hypersonic Technology
Citation Hetian Zhang et al 2023 J. Phys.: Conf. Ser. 2478 082008
DOI 10.1088/1742-6596/2478/8/082008
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长三角G60激光联盟陈长军转载
来源：江苏激光联盟