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无压烧结制备(Y_(0.2)Gd_(0.2)Er_(0.2)Yb_(0.2)Lu_(0.2))_(2)Zr_(2)O_(7)高熵陶瓷及其高温抗CMAS腐蚀性能

无机材料学报 2025年第2期40卷 159-167页

作者：樊文楷杨潇李宏华李永李江涛中国科学院理化技术研究所低温工程重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

稀土锆酸盐(Rare-earthzirconate,REZ)比传统钇稳定氧化锆(Yttrium stabilized zirconate,YSZ)材料更能抵抗环境中的钙镁铝硅氧化物(CMAS)腐蚀,因此在热障涂层领域受到关注。研究表明,对锆酸盐类材料进行高熵化设计是提升其高温抗CMAS... 详细信息

稀土锆酸盐(Rare-earthzirconate,REZ)比传统钇稳定氧化锆(Yttrium stabilized zirconate,YSZ)材料更能抵抗环境中的钙镁铝硅氧化物(CMAS)腐蚀,因此在热障涂层领域受到关注。研究表明,对锆酸盐类材料进行高熵化设计是提升其高温抗CMAS腐蚀性能的有效方法。本工作采用固相反应法合成了单相缺陷萤石结构的(Y_(0.2)Gd_(0.2)Er_(0.2)Yb_(0.2)Lu_(0.2))_(2)Zr_(2)O_(7)高熵稀土锆酸盐(High-entropy rare-earth zirconate,HE-REZ)粉体,并将无压烧结(Pressureless sintering,PLS)与冷等静压(Cold isostatic pressing,CIP)技术相结合高效制备了块体样品,表征了样品的物相组成、微观结构、元素分布、热学性能、力学性能,重点研究了抗CMAS腐蚀性能。实验结果表明:CIP+PLS工艺可获得相对密度为98.6%的样品,在1300℃、CMAS腐蚀条件下其腐蚀深度仅为7YSZ的2.6%、锆酸钆(GZO)的22.6%。REZ优异的化学稳定性再加上高熵化带来的迟滞扩散效应,极大提升了样品的抗CMAS腐蚀性能。此外,相比于GZO,HE-REZ具有更高的硬度与杨氏模量、更大的线膨胀系数、更低的热导率,使得其力学、热学性能优于GZO。本研究制备的(Y_(0.2)Gd_(0.2)Er_(0.2)Yb_(0.2)Lu_(0.2))_(2)Zr_(2)O_(7)高熵陶瓷在热障材料领域显示出良好的应用前景。

关键词：高熵陶瓷热障材料锆酸盐无压烧结抗CMAS腐蚀性能

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(TiZrNbMoTa)B_(2)高熵陶瓷的制备与摩擦学性能研究

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摩擦学学报(中英文) 2025年第2期45卷 187-197页

作者：高显己辛本斌张爱军韩杰胜孟军虎中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

通过高能球磨和放电等离子烧结(SPS)技术制备了(TiZrNbMoTa)B_(2)高熵陶瓷,探讨了球磨条件对高熵陶瓷物相组成、微观结构和力学性能影响,着重研究了(TiZrNbMoTa)B_(2)高熵陶瓷从25~800℃的摩擦学性能及磨损机制.结果表明:随着球磨速度... 详细信息

通过高能球磨和放电等离子烧结(SPS)技术制备了(TiZrNbMoTa)B_(2)高熵陶瓷,探讨了球磨条件对高熵陶瓷物相组成、微观结构和力学性能影响,着重研究了(TiZrNbMoTa)B_(2)高熵陶瓷从25~800℃的摩擦学性能及磨损机制.结果表明:随着球磨速度的提高,(TiZrNbMoTa)B_(2)高熵陶瓷内各元素分布趋向均匀,(TiZrNbMoTa)B_(2)逐渐形成单一均匀的具有六方最密堆积(HCP结构)的金属二硼化物固溶相;高熵陶瓷的硬度、断裂韧性和弯曲强度也随之提升.(TiZrNbMoTa)B_(2)高熵陶瓷的高温耐磨性能较低温耐磨性能提高了36倍,其磨损机制由中低温的磨粒磨损转变为高温下的氧化磨损和磨粒磨损.B_(2)O_(3)的高温自润滑效应和磨损表面氧化釉质层的生成是高熵陶瓷具有良好高温耐磨性能的主要原因.

关键词：高熵陶瓷高熵硼化物力学性能摩擦学性能磨损机制

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(TiZrNbTaMe)C(Me=V,Cr,Mo,W)高熵陶瓷的显微结构演变及元素分布

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硅酸盐学报 2025年第2期53卷 241-248页

作者：孔庆易王恺陈磊苏文韬霍思嘉王玉金哈尔滨工业大学材料结构精密焊接与连接全国重点实验室哈尔滨150001 哈尔滨工业大学金属精密热加工国家级重点实验室哈尔滨150001 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院特种陶瓷研究所哈尔滨150001

随着航空航天、核能和特种冶炼行业的快速发展,对新型超高温、抗辐照、耐腐蚀等极端环境使役性能需求不断提升,亟需新材料创制和性能调控。过渡金属碳化物具有高熔点、抗辐照、耐腐蚀和理化性能稳定等优异性能,是极端环境用特种陶瓷重... 详细信息

随着航空航天、核能和特种冶炼行业的快速发展,对新型超高温、抗辐照、耐腐蚀等极端环境使役性能需求不断提升,亟需新材料创制和性能调控。过渡金属碳化物具有高熔点、抗辐照、耐腐蚀和理化性能稳定等优异性能,是极端环境用特种陶瓷重要的组成部分。现今,碳化物陶瓷更是逐渐从单一组元发展到多组元碳化物固溶体体系,乃至高熵陶瓷体系。本工作采用热压烧结,制备4种高熵碳化物陶瓷(TiZrNbTaMe)C(Me=V,Cr,Mo,W),比较Me元素对陶瓷组织结构和力学性能的影响。结果表明:4种高熵碳化物陶瓷均呈现面心立方结构,其中V、Cr和Mo元素有助于烧结促进致密化,致密度均超过98%。除(TiZrNbTaCr)C外,其他高熵陶瓷体系的金属元素分布均匀,而Cr元素在(TiZrNbTaCr)C陶瓷中出现晶界偏聚现象,导致碳化物晶粒中的Cr含量较低。Cr元素在碳化物高熵陶瓷中的固溶度与金属元素的种类和含量密切相关。(TiZrNbTaCr)C陶瓷具有最佳的综合力学性能,其维氏硬度为29.8 GPa,断裂韧性为3.71 MPa·m^(1/2)。

关键词：过渡金属碳化物高熵陶瓷组织演变力学性能

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高熵陶瓷的功能性应用和数据驱动设计

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四川师范大学学报(自然科学版) 2025年第3期48卷 285-311+282页

作者：张勇朱祥涵福耀科技大学材料科学与工程学院硅基材料教育部重点实验室北京科技大学材料科学与工程学院新金属材料全国重点实验室

高熵陶瓷(HECs)作为高熵材料庞大家族的一员，其被定义为含有5种或更多阳离子或阴离子亚晶格、具有高构型熵的固溶体.HECs与高熵合金有着相似的“四大效应”,即高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应以及协同增效作用.由于在成分和结构... 详细信息

高熵陶瓷(HECs)作为高熵材料庞大家族的一员，其被定义为含有5种或更多阳离子或阴离子亚晶格、具有高构型熵的固溶体.HECs与高熵合金有着相似的“四大效应”,即高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应以及协同增效作用.由于在成分和结构上的复杂性，高熵陶瓷一方面展现出了多样化的性能特点，在众多技术领域具有潜在应用价值，应用领域包括耐磨耐腐蚀涂层、热障涂层、吸波涂层、太阳能吸收和耐辐照涂层等.另一方面，巨大的成分空间使得实验试错法耗费的时间和成本不可忽视.在材料科学领域，借助机器学习的方法，通过数据驱动和高通量方法可以加速发现和识别新成分，实现新材料的相预测和性能预测.本文从高熵陶瓷的功能性应用出发，综述高熵陶瓷领域的数据驱动方法和高通量策略，旨在推动高熵陶瓷在功能性应用领域的发展和创新.

关键词：高熵陶瓷功能性应用数据驱动高通量策略机器学习

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高熵陶瓷在摩擦学领域的研究进展

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现代技术陶瓷 2025年第1期 1-23页

作者：聂旭东徐金勇张子聪魏新龙肖金坤张超扬州大学机械工程学院

高熵陶瓷是由非金属元素与多种等摩尔比或接近等摩尔比的金属元素构成的化合物，具有比传统陶瓷更高的硬度、更好的抗氧化性和耐磨性，不仅丰富了陶瓷材料体系，更在热障、热电和耐磨耐蚀等领域具有广阔的应用前景。近年来人们已开发出... 详细信息

高熵陶瓷是由非金属元素与多种等摩尔比或接近等摩尔比的金属元素构成的化合物，具有比传统陶瓷更高的硬度、更好的抗氧化性和耐磨性，不仅丰富了陶瓷材料体系，更在热障、热电和耐磨耐蚀等领域具有广阔的应用前景。近年来人们已开发出多种具有较好相稳定性和力学性能的耐磨高熵陶瓷，但关于这类材料在干摩擦和高温摩擦条件下润滑方式的研究却较少，限制了其在摩擦与润滑领域的进一步发展。本文讨论了高熵陶瓷固有特性与制备工艺，重点综述了近年来高熵陶瓷在摩擦学领域的研究进展，从晶体结构和力学性能等角度分析了高熵氧化物、高熵碳化物、高熵氮化物和高熵硼化物的摩擦学特性，并讨论了适用于高熵陶瓷的润滑方法，包括添加固体润滑剂和调控组分实现自润滑。本文不仅综述了已在高熵陶瓷领域取得应用的润滑材料，还归纳了部分具有润滑效果的潜在高熵陶瓷固体润滑剂。选取恰当的润滑方式可在滑动表面生成摩擦膜减轻对磨副产生的接触应力，有效缓解本征脆性造成的高温和干摩擦环境下摩擦性能恶化的问题，降低材料在宽温域的磨损率。

关键词：高熵陶瓷摩擦学性能磨损机理自润滑

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高熵陶瓷固溶结构的透射电镜研究

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无机材料学报 2021年第4期36卷 365-371页

作者：郭晓杰鲍伟超刘吉轩王新刚张国军许钫钫中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室上海200050 东华大学功能材料研究所纤维材料改性国家重点实验室上海200051 中国科学院大学材料科学与光电子功能中心北京100049

高熵会带来热力学上的高熵效应、结构上的晶格畸变效应、动力学上的迟滞扩散效应以及性能上的“鸡尾酒”效应,通过高熵设计来提高陶瓷材料的性能是目前研究的热点,而通过透射电镜揭示高熵结构及其与性能相关性的研究还很缺乏。本研究以... 详细信息

高熵会带来热力学上的高熵效应、结构上的晶格畸变效应、动力学上的迟滞扩散效应以及性能上的“鸡尾酒”效应,通过高熵设计来提高陶瓷材料的性能是目前研究的热点,而通过透射电镜揭示高熵结构及其与性能相关性的研究还很缺乏。本研究以相应金属氧化物、碳化硼和石墨为原材料,在制备高熵硼化物和高熵碳化物粉体的基础上,利用放电等离子体烧结制备得到高熵(TiZrHfNbTa)B2和(TiZrHfNbTa)C陶瓷。采用透射电子显微镜及其能谱分析手段对两种高熵陶瓷进行了纳米尺度和原子尺度的结构表征,发现过渡金属元素固溶后保持了晶体结构的完整性,五种元素分布均匀,但在原子尺度存在固溶元素的浓度振荡、原子离散和晶格应变。本工作获得的原子尺度的固溶结构信息将有助于对高熵陶瓷构效关系的理解,并为高熵陶瓷的组分和结构设计提供实验依据。

关键词：高熵陶瓷透射电镜纳米尺度结构原子尺度结构

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高熵陶瓷材料性能及形成机制的研究进展

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中国有色金属学报 2023年第6期33卷 1902-1913页

作者：刘国承孙明华林周凌云刘阳夏宏伟武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室武汉430070 武汉理工大学汽车零部件技术湖北省协同创新中心武汉430070

作为一类新型陶瓷材料体系,高熵陶瓷(HECs)具有丰富的组成和结构特征,成为当前的研究热点。高熵陶瓷内部晶格畸变严重,通过增加声子散射,可显著降低材料的热导率;通过固溶强化作用,可提升材料的力学性能。此外,均匀的多金属阳离子活性... 详细信息

作为一类新型陶瓷材料体系,高熵陶瓷(HECs)具有丰富的组成和结构特征,成为当前的研究热点。高熵陶瓷内部晶格畸变严重,通过增加声子散射,可显著降低材料的热导率;通过固溶强化作用,可提升材料的力学性能。此外,均匀的多金属阳离子活性位点分布、稳定的高构型熵和化学无序性可以改善高熵陶瓷的催化性能和电性能。本文综述了高熵陶瓷的性能、形成机制和应用前景,并对高熵陶瓷未来的研究与发展方向进行了展望。

关键词：陶瓷材料高熵陶瓷熵材料性能

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高熵陶瓷材料研究进展及挑战

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材料工程 2024年第1期52卷 83-100页

作者：王云平刘世民董闯大连交通大学材料科学与工程学院辽宁大连116028 大连大学辽宁大连116622 大连理工大学三束材料改性教育部重点实验室辽宁大连116024

高熵作为全新的材料体系,得益于巨大的组分空间、独特的微观结构以及较大的构型熵所赋予其独特且可调的优异性能,已成为材料领域的研究热点。高熵陶瓷的研究目前还处于探索阶段,尤其在精准的成分设计理论、高纯高产率粉体制备、新型烧... 详细信息

高熵作为全新的材料体系,得益于巨大的组分空间、独特的微观结构以及较大的构型熵所赋予其独特且可调的优异性能,已成为材料领域的研究热点。高熵陶瓷的研究目前还处于探索阶段,尤其在精准的成分设计理论、高纯高产率粉体制备、新型烧结工艺等方面,亟待深入研究。因此,本文针对高熵陶瓷的五大高熵效应、新的设计理论、粉体制备方法、新型烧结工艺以及综合性能与实际应用进行了梳理归纳,并通过团簇加连接原子模型(CPGA)对高熵陶瓷(HEC)成分设计进行解析,深入挖掘了HEC的组元和微结构以及性能之间的关系。未来HEC的重点发展方向仍然为基础理论设计,尤其是针对非氧化物HEC成分结构。同时,在样品制备上要在学科交叉领域寻找突破,如采用人工智能机器学习与3D打印进行制备。最后,要寻找结构、热障耐腐涂层、机械、工程光学和磁性等方面实际应用并对探究工况环境下的强化、失效机制深入探究分析。

关键词：高熵陶瓷成分设计团簇加连接原子模型(CPGA) 制备工艺性能应用

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高熵陶瓷材料的研究进展

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材料导报 2022年第6期36卷 57-64页

作者：谢鸿翔项厚政马瑞奇陈雨雪刘国忠姚思远冒爱琴安徽工业大学先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室安徽马鞍山243002 安徽工业大学材料科学与工程学院安徽马鞍山243002 安徽工业大学冶金减排与资源综合利用教育部重点实验室安徽马鞍山243002

高熵陶瓷材料通常是指由五种或五种以上金属阳离子以等物质的量或近等物质的量组成的多组元固溶体。近年来,高熵陶瓷(High-entropy ceramics,HECs)由于具有单一的晶体结构和优异的物理化学性能,成为陶瓷领域的研究热点之一。本文介绍了... 详细信息

高熵陶瓷材料通常是指由五种或五种以上金属阳离子以等物质的量或近等物质的量组成的多组元固溶体。近年来,高熵陶瓷(High-entropy ceramics,HECs)由于具有单一的晶体结构和优异的物理化学性能,成为陶瓷领域的研究热点之一。本文介绍了国内外高熵陶瓷材料,如高熵碳化物、高熵氮化物、高熵氧化物、高熵硼化物、高熵硅化物和高熵硫化物的发展状况,总结了高熵陶瓷制备、结构性能与应用的研究工作,并对高熵陶瓷的发展方向和前景进行了分析和展望。

关键词：高熵陶瓷制备方法性能应用

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过渡金属非氧化物高熵陶瓷的研究进展

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无机材料学报 2020年第7期35卷 748-758页

作者：陈磊王恺苏文韬张文徐晨光王玉金周玉哈尔滨工业大学材料科学与工程学院特种陶瓷研究所哈尔滨150001 哈尔滨工业大学先进结构功能一体化材料与绿色制造技术工信部重点实验室哈尔滨150001

高熵陶瓷是一种新兴的近等摩尔多组元单相固溶体陶瓷材料,特别是过渡金属碳化物、过渡金属硼化物等过渡金属非氧化物高熵陶瓷体系,其具有超高硬度、低热导和抗腐蚀等优异的理化性能,在航空航天、核能和高速切削加工等极端环境有着广阔... 详细信息

高熵陶瓷是一种新兴的近等摩尔多组元单相固溶体陶瓷材料,特别是过渡金属碳化物、过渡金属硼化物等过渡金属非氧化物高熵陶瓷体系,其具有超高硬度、低热导和抗腐蚀等优异的理化性能,在航空航天、核能和高速切削加工等极端环境有着广阔的应用前景。目前,高熵陶瓷材料研究尚处于起步阶段,主要集中在成分设计、制备方法、单相形成能力和力学性能评价等方面,设计依据和理论方面的研究还相对较少。本文从高熵效应和高熵合金出发,综述了过渡金属非氧化物高熵陶瓷的制备、表征和理论研究进展,同时介绍了部分相关的高熵陶瓷涂层研究现状,总结并展望了非氧化物高熵陶瓷的未来前景和发展方向。

关键词：高熵陶瓷非氧化物制备工艺显微组织性能综述

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