蘭州化物所熱防護高熵陶瓷研究獲進展

中國粉體網訊  A₂B₂O₇型高熵陶瓷組分具有可調空間大、氧空位濃度高等特性，在新型熱防護涂層用陶瓷材料中有較強的競爭優勢。該類型高熵陶瓷可分別或同時在A位和B位兩個位點進行高熵化組分調控，使其晶胞中存在嚴重晶格畸變，表現出較高的質量無序度、離子尺寸無序度和電荷無序度。這些特殊效應能夠顯著提升材料綜合性能，使其展現出優異的耐熔鹽腐蝕性能、高溫相穩定性和機械性能等。 

中國科學院蘭州化學物理研究所先進潤滑與防護材料研發中心磨損與表面工程課題組針對航空航天用高性能熱防護陶瓷材料開展了系統研究工作�？蒲腥藛T研究了高熵陶瓷材料的高熵構型與其熱物理性能之間的構效關系，分析了陶瓷材料質量無序度、離子尺寸無序度和電荷無序度等材料結構特征對其熱導率、熱膨脹系數和耐熔鹽腐蝕性等的影響，揭示了高熵構型效應對材料熱物理特性改善提升的內在機理。 

研究在傳統組分La₂Ce₂O₇陶瓷材料體系中，利用三價稀土元素，對La₂Ce₂O₇陶瓷材料的A位進行組分高熵化設計，制備出(La_0.2Nd_0.2Sm_0.2Eu_0.2Gd_0.2)2Ce₂O₇高熵陶瓷材料，闡釋了材料高熵構型及特殊效應與其熱物理性能之間的構效關系，繼而為高熵陶瓷TBCs材料熱物理性能的改善提升提供了新策略和新方法。相關成果發表在《先進陶瓷》（Journal of Advanced Ceramics）上。 

近期，研究人員通過系統考察(La_0.2Nd_0.2Sm_0.2Eu_0.2Gd_0.2)₂Ce₂O₇和(La_0.2Nd_0.2Sm_0.2Nb_0.2Gd_0.2)₂Ce₂O₇兩種高熵鈰酸鹽陶瓷材料在不同腐蝕性介質中（Na₂SO₄+V₂O₅）的熔鹽腐蝕行為，探究了上述高熵陶瓷內在特殊效應對熔鹽腐蝕行為的影響，分析了腐蝕過程中高熵陶瓷材料的結構演變過程，從微觀層面揭示了腐蝕介質對高熵鈰酸鹽陶瓷材料的腐蝕作用機理，尤其是Nb元素的引入對(La_0.2Nd_0.2Sm_0.2Eu_0.2Gd_0.2)₂Ce₂O₇耐腐蝕性能改善提升的作用機制。相關成果發表在《腐蝕科學》（Corrosion Science）和《化學工程雜志》（Chemical Engineering Journal）上，并獲中國發明專利授權1項（一種抗熔鹽腐蝕的高熵氧化物陶瓷材料及其制備方法）。 

研究工作得到國家自然科學基金和中科院青年創新促進會等的支持。 

圖1.(La_0.2Nd_0.2Sm_0.2Eu_0.2Gd_0.2)₂Ce₂O₇結構示意圖和熱性能對比圖

圖2.(La_0.2Nd_0.2Sm_0.2Eu_0.2Gd_0.2)₂Ce₂O₇和La₂Ce₂O₇腐蝕深度和腐蝕機理示意圖 

圖3.(La_0.2Nd_0.2Sm_0.2Eu_0.2Gd_0.2)₂Ce₂O₇和(La_0.2Nd_0.2Sm_0.2Nb_0.2Gd_0.2)₂Ce₂O₇高熵陶瓷與高溫熔鹽腐蝕介質吸附作用的DFT計算 

圖4.(La_0.2Nd_0.2Sm_0.2Eu_0.2Gd_0.2)₂Ce₂O₇和(La_0.2Nd_0.2Sm_0.2Nb_0.2Gd_0.2)₂Ce₂O₇高熵陶瓷的高溫熔鹽腐蝕機理示意圖 

（中國粉體網編輯整理/空青）

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