西工大顶刊：高温烧蚀——多相陶瓷向高熵陶瓷原位改变的新途径！

  超高温陶瓷硼化物凭仗高熔点、高硬度、高模量以及优异的化学慵懒常被用做碳/碳复合材料（C/C）的抗烧蚀涂层以进步C/C复合材料在高温含氧环境中的抗烧蚀功能。但是，单组元的超高温陶瓷硼化物在烧蚀的进程中会构成一层疏松多孔的氧化层，氧化层遭到高温高速气流的冲刷以及在执役温度频频交变的情况下会产生开裂，不利于涂层的长时安稳执役。怎么改进氧化层的高温安稳性是进步抗烧蚀涂层功能、延伸执役寿数的重要的条件。到目前为止，很多的研讨标明，高熵陶瓷氧化物比较单组元的氧化物具有愈加优异的力学功能、热力学安稳性以及热物理功能。若经过成分的规划使超高温陶瓷涂层可以在超高温烧蚀的进程中原位构成高熵陶瓷氧化物层，将有用改进单组元氧化物层力学功能缺乏、易相变以及高温执役安稳性差的问题，成为一种潜在的进步涂层抗烧蚀功能的有用途径。

  近来，西北工业大学孙佳副教授团队经过成分调控规划出一种由(Hf0.5Zr0.5)B2-SmB6-ErB4-YB6组成的多元复相硼化物（HZRB），使用超音速等离子喷涂技能在C/C复合材料外表制备HZRB陶瓷涂层。经过研讨HZRB涂层的高温烧蚀进程发现，使用硼化物高温烧蚀进程中的自发氧化反响，HZRB涂层存在高温烧蚀执役进程中高熵氧化物(Hf0.2Zr0.2Sm0.2Er0.2Y0.2)O2-δ的原位组成现象，并经过第一性原理核算提醒出高熵氧化物的构成机理。经过比照HZRB涂层与(Hf0.5Zr0.5)B2（HZB）涂层的抗烧蚀功能，发现HZRB涂层具有更优异的抗烧蚀功能，首要归因于原位构成的高熵氧化物层比较HZB涂层烧蚀后构成的(Hf0.5Zr0.5)O2氧化层具有愈加优异的相安稳性，这项作业为抗烧蚀涂层的成分规划供给了全新的思路，为高熵陶瓷的热执役原位组成供给了新途径。相关作业以“In-situ phase evolution of multi-component boride to high-entropy ceramic upon ultra-high temperature ablation”为题宣布在陶瓷材料学科顶刊Journal of the European Ceramic Society上。

  图1 硼化物涂层喷涂后的描摹与物相表征：(a) HZB涂层的外表微观描摹；(b) HZB涂层的截面微观描摹；(c) HZB涂层的外表XRD图谱；(d) HZRB涂层的外表微观描摹；(e) HZRB涂层的截面微观描摹；(f) HZRB涂层的外表XRD图谱

  图2 硼化物涂层在烧蚀进程中的外表温度曲线 硼化物涂层烧蚀前后的外表微观描摹相片：(a, b, c) HZB涂层；(d, e, f) HZRB涂层

  图6 硼化物涂层烧蚀后的物相表征：(a) HZB涂层外表XRD图谱；(b) HZRB涂层外表XRD图谱；(c) HZRB涂层外表XRD精修图谱；(d) HZRB涂层的高分辩TEM相片；(e) HZRB涂层的EDS元素面分布图；(f) 图6e中黄色框所示区域的EDS图谱；(g) HZRB涂层的选区电子衍射

  图7 固溶能核算结果：(a) 不同原子在ZrO2晶格中固溶的理论模型；(b) 不同原子在HfO2晶格中固溶的理论模型；(c) 各原子在不同晶格中的固溶能；

  图9 多元萤石氧化物构成才能的第一性原理核算：(a) 不同单组元氧化物之间的混合焓；(b) (Hf0.2Zr0.2Sm0.2Er0.2Y0.2)O2-δ高熵陶瓷构成进程中或许会呈现的4种多元萤石氧化物的混合吉布斯自由能随温度的改变曲线b中赤色虚线 K的混合吉布斯自由能以及混合熵；(d) (Hf0.2Zr0.2Sm0.2Er0.2Y0.2)O2-δ构成反响的反响吉布斯自由能