“高熵”概念最初由高熵合金发展而来，随着高熵合金研究的深入，高熵的概念逐渐拓展到其他材料体系中。由于高熵效应的存在，高熵超高温陶瓷具有较多新奇的性能，使其成为超高温陶瓷领域的研究热点和重要发展方向。8月15日，复合材料B：工程（Composites Part B: Engineering）期刊上发表了中科院上硅所科研团队对耐极端高温的高熵超高温陶瓷基复合材料设计制备方面的最新进展。

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

先进高超音速飞行器的开发迫切需要能够在高于2000℃的温度下承受严酷烧蚀条件的新材料，用于高性能热保护（TPS）。超高温陶瓷（UHTC）如碳化铪(HfC)、碳化锆(ZrC)和碳化钽(TaC)改性C/SiC复合材料由于其低密度、良好的抗氧化性和优异的抗烧蚀性，是最有前途的TPS材料。但它们在烧蚀过程中的氧化物会在超高温下发生相变，SiC产生的SiO₂也会在超高温下快速挥发，这会破坏氧化物保护层的稳定性和完整性，因此也限制了其极端应用。

烧蚀中心形成的(TiZrHfNbTa)O_x：微观形貌（a、b）、晶体结构解析（c-e）及元素组成分析（f-i）

烧蚀表面片状(Hf_0.5Zr_0.5O₂)’和 (TiNbTaO_7-y)’ 纳米晶形成的“三明治”结构：微观形貌（a、d）、晶体结构解析（b、e）及元素组成分析（c、f）

Cf/(Ti_0.2Zr_0.2Hf_0.2Nb_0.2Ta_0.2)C-SiC复合材料在高温烧蚀和降温过程中的物相转变示意图

中国工程院院士、中国科学院上海硅酸盐研究所研究员董绍明带领的科研团队，将高熵超高温陶瓷与陶瓷基复合材料概念相结合，首次制备并报道了Cf/(Ti_0.2Zr_0.2Hf_0.2Nb_0.2Ta_0.2)C-SiC高熵超高温陶瓷基复合材料。

该材料综合性能优异，抗弯强度-322MPa，断裂韧性-8.24MPa·m^1/2；在5MW/m²热流密度（温度-2430℃）条件经空气等离子烧蚀考核300s，材料线烧蚀率仅为-2.89μm/s，表现出优异的抗烧蚀性能。

相比简单体系的超高温陶瓷基复合材料，该高熵复合材料具有全新的抗烧蚀机制：在高温烧蚀中心，(Ti_0.2Zr_0.2Hf_0.2Nb_0.2Ta_0.2)C氧化形成 (TiZrHfNbTa)O_x高熵氧化物，并在降温过程中部分转变生成片状(Hf_0.5Zr_0.5O₂)’及 (TiNbTaO_7-y)’纳米晶；而在温度较低的烧蚀过渡区，(Ti_0.2Zr_0.2Hf_0.2Nb_0.2Ta_0.2)C则直接氧化生成较小尺寸的片状(Hf_0.5Zr_0.5O₂)’及纳米晶/棒状(TiNbTaO_7-y)’。分析表明：烧蚀表面形成的多相氧化物保护层结构稳定，且在宽温域具有自愈合性，从而在烧蚀过程中对内部材料提供有效保护。该研究为耐极端高温陶瓷基复合材料及热结构的设计制备提供了全新的思路和解决方案。

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