高熵陶瓷凭借高构型熵带来的四大核心效应——晶格畸变、扩散迟缓、高熵稳定与“鸡尾酒”效应,在热障涂层、核废料固化、固态电解质等领域展现出巨大潜力。陶瓷性能高度依赖原料粉体的品质与合成工艺,因此,开发低成本、可规模化的粉体制备技术,是推动高熵陶瓷从实验室走向工业应用的关键一环。
在众多合成方法中,熔盐法因反应温度低、周期短、产物均匀等优势备受关注。传统熔盐法通常需要加入大量盐介质(盐料质量比3:1~10:1)以维持液相反应环境,导致盐挥发率高达约95%,不仅造成原料浪费、成本攀升,还会严重腐蚀高温设备,单批次产量也十分有限。能否在保留熔盐法优势的同时,大幅降低盐耗与挥发、实现可放大的生产?近期,武汉科技大学团队在《Journal of Advanced Ceramics》发表的研究给出了一种答案——致密化微区熔盐法(DMMS)。该方法从根本上改变反应物的物理形态,为破解熔盐法长期痛点提供了全新思路。

传统熔盐法与致密化微区熔盐法(DMMS)对比示意图(来源:文献)
1.制备工艺与机理
DMMS操作流程简洁:将原料(如稀土氧化物与ZrO₂)与熔盐(NaCl-KCl-NaF 共晶)按1:1质量比混合、球磨均匀,经200 MPa静压成型为致密块体,程序升温至 1200℃煅烧1–3小时,最后水洗脱盐、干燥,即得高熵陶瓷粉体。

DMMS制备工艺示意图(来源:文献)
与传统熔盐法不同,DMMS将反应物压制成致密块体,形成两大关键效应:
致密化:块体高温下孔隙率从31.29% 降至20.84%,形成致密外壳,显著抑制盐蒸气外逸,挥发率从传统方法的约95%锐减至10–20%。
微区反应:块体内部,熔盐在氧化物颗粒间形成大量“微型熔盐池”,为离子扩散提供液态通道,促使高熵焦锆酸盐(HEZO)相在 1200℃下快速、均匀生成。

DMMS制备过程中致密微区的示意图(来源:文献)
值得注意的是,盐并非越多越好:当盐料比≥3:1 时,块体易熔化坍塌,盐挥发反而加剧。1:1的“适量致密”设计,精准平衡了液相环境与限域效应。

不同盐料比下坯体煅烧前后形貌及盐挥发率对比(来源:文献)
2.放大性
从直径仅20 mm的实验室小样,到尺寸达140 mm×25 mm的长条状坯体,在盐料比1:1的条件下煅烧后,坯体均能保持完整形貌,仅因轻微烧结收缩而尺寸略有减小,未出现传统高盐工艺中常见的熔化坍塌问题。这种优异的尺寸稳定性,说明DMMS工艺的致密化限域效应在不同尺度下均能有效发挥作用,并非仅局限于实验室小样本制备。长条状坯体的成功制备,也证明了该工艺可适配隧道窑、辊道窑等工业窑炉的装载方式,为后续连续化、批量化生产提供了直观的可行性验证。

不同尺寸坯体煅烧前后照片(来源:文献)
3.通用性
DMMS适用性覆盖多类高熵陶瓷体系,研究团队已成功合成六元、七元焦锆酸盐、铪酸盐、硅酸盐,以及(Ta₀.₂₅Nb₀.₂₅Ti₀.₂₅V₀.₂₅) C碳化物粉体。X射线衍射与能谱分析证实,所有产物均为单一固溶体相,元素分布均匀、粒度分布窄,粉体品质优异。
产业现状与展望
当前,国内高熵陶瓷粉体产业呈现多路线并进、迅速发展的格局。乌镇实验室联合桐乡华创三同,凭借自主研发的气相合成技术实现了从克级到吨级的连续稳定生产,斩获2026年日内瓦国际发明展评审团特别嘉许金奖,产品已进入透明陶瓷、固态电解质头部供应链;苏州云火材料依托等离子液滴精炼技术(PDR),基于3000-10000K超高温等离子体平台,系统布局高熵合金与超高温陶瓷粉体,入选2025年度全国“科创未来之星”;吉林长玉特陶深耕固相反应法的工业化升级,已实现(Ti₀.₂, Zr₀.₂, Hf₀.₂, Nb₀.₂, Ta₀.₂)C高熵陶瓷粉体的商业化量产,并规划年产100吨超细陶瓷粉体产品,展现了传统合成路线在现代化工艺与品控加持下的生命力;博众精工旗下平波凯新材料于2026年4月签约张家港,规划年产1000吨高熵陶瓷材料及制品,为产业规模化再添新力。
同时,校企合作正加速推动技术从实验室走向生产线。博众精工与华南理工大学共建研究中心,已打通中试线,为千吨级产业化提供核心支撑;长玉特陶则与哈工大、吉林大学等9所高校建立校企合作关系,共建硕博工作站和实习实践基地,形成了“研发—中试—产业化”的全链条创新体系,并于2023年校企合作活动中发布了高熵陶瓷粉体、双相SiAlON陶瓷刀具、氮化硅陶瓷基板等多款新产品。

高熵陶瓷的产业化应用场景示意图
随着资本持续加注、校企深度联动,高熵陶瓷粉体产业化进程持续提速。相较于传统熔盐法难以兼顾合成优势与工业化生产的短板,DMMS工艺有效平衡了制备成本、低挥发特性与规模化能力,依托现有工业窑炉即可实现大批量制备,为熔盐体系高效合成高熵陶瓷粉体的产业化落地提供了全新可行路径。
参考文献:
Yongxin Wang, Ling Zhang, Tianyu Xue, Yabo Gao, Hang Li, Huicong Lei, Zhong Huang, Jinhui Cao, Haijun Zhang, and Shaowei Zhang. Densified micro-zone molten salt method for scale-up synthesis of high-entropy ceramic powders. Journal of Advanced Ceramics, 2026, 15(4): 9221273.
DOI: https://doi.org/10.26599/JAC.2026.9221273
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