“高熵”概念最初由高熵合金發展而來，隨著高熵合金研究的深入，高熵的概念逐漸拓展到其他材料體系中。由于高熵效應的存在，高熵超高溫陶瓷具有較多新奇的性能，使其成為超高溫陶瓷領域的研究熱點和重要發展方向。8月15日，復合材料B：工程（Composites Part B: Engineering）期刊上發表了中科院上硅所科研團隊對耐極端高溫的高熵超高溫陶瓷基復合材料設計制備方面的最新進展。

論文地址：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.110177

先進高超音速飛行器的開發迫切需要能夠在高于2000℃的溫度下承受嚴酷燒蝕條件的新材料，用于高性能熱保護（TPS）。超高溫陶瓷（UHTC）如碳化鉿(HfC)、碳化鋯(ZrC)和碳化鉭(TaC)改性C/SiC復合材料由于其低密度、良好的抗氧化性和優異的抗燒蝕性，是最有前途的TPS材料。但它們在燒蝕過程中的氧化物會在超高溫下發生相變，SiC產生的SiO₂也會在超高溫下快速揮發，這會破壞氧化物保護層的穩定性和完整性，因此也限制了其極端應用。

燒蝕中心形成的(TiZrHfNbTa)O_x：微觀形貌（a、b）、晶體結構解析（c-e）及元素組成分析（f-i）

燒蝕表面片狀(Hf_0.5Zr_0.5O₂)’和 (TiNbTaO_7-y)’ 納米晶形成的“三明治”結構：微觀形貌（a、d）、晶體結構解析（b、e）及元素組成分析（c、f）

Cf/(Ti_0.2Zr_0.2Hf_0.2Nb_0.2Ta_0.2)C-SiC復合材料在高溫燒蝕和降溫過程中的物相轉變示意圖

中國工程院院士、中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員董紹明帶領的科研團隊，將高熵超高溫陶瓷與陶瓷基復合材料概念相結合，首次制備并報道了Cf/(Ti_0.2Zr_0.2Hf_0.2Nb_0.2Ta_0.2)C-SiC高熵超高溫陶瓷基復合材料。

該材料綜合性能優異，抗彎強度-322MPa，斷裂韌性-8.24MPa·m^1/2；在5MW/m²熱流密度（溫度-2430℃）條件經空氣等離子燒蝕考核300s，材料線燒蝕率僅為-2.89μm/s，表現出優異的抗燒蝕性能。

相比簡單體系的超高溫陶瓷基復合材料，該高熵復合材料具有全新的抗燒蝕機制：在高溫燒蝕中心，(Ti_0.2Zr_0.2Hf_0.2Nb_0.2Ta_0.2)C氧化形成 (TiZrHfNbTa)O_x高熵氧化物，并在降溫過程中部分轉變生成片狀(Hf_0.5Zr_0.5O₂)’及 (TiNbTaO_7-y)’納米晶；而在溫度較低的燒蝕過渡區，(Ti_0.2Zr_0.2Hf_0.2Nb_0.2Ta_0.2)C則直接氧化生成較小尺寸的片狀(Hf_0.5Zr_0.5O₂)’及納米晶/棒狀(TiNbTaO_7-y)’。分析表明：燒蝕表面形成的多相氧化物保護層結構穩定，且在寬溫域具有自愈合性，從而在燒蝕過程中對內部材料提供有效保護。該研究為耐極端高溫陶瓷基復合材料及熱結構的設計制備提供了全新的思路和解決方案。

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