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高熵硅化物陶瓷 

發布時間:2021/02/18

       高熵合金 (High Entropy Alloys, HEA)是指含有五種或五種以上金屬元素的合金,每一種元素的原子含量在5% ~ 35% 之間,所以也稱為多主元合金。與高熵合金類似,高熵陶瓷 (High Entropy Ceramics, HEC) 一般是指由五種或五種以上金屬元素和一種非金屬元素組成的具有簡單晶體結構 (如,體心立方BCC、面心立方FCC和密排六方HCP) 的陶瓷材料。高熵材料晶胞中含有多種隨機分布的元素,使得其具有較高的熵值。已有研究指出,高熵材料具有優異的力學性能、熱物理性能、抗輻照性能和耐蝕性能等。從組成高熵陶瓷的非金屬元素角度來看,高熵陶瓷材料可分為高熵氧化物陶瓷和高熵非氧化物陶瓷。在高熵非氧化物陶瓷中,目前研究較多的主要有高熵硼化物、高熵碳化物和高熵氮化物,而本工作首次報道了一種高熵硅化物的合成。硅化物陶瓷具有優良的高溫抗氧化性能、導電性能和導熱性能等,可作為高溫熱防護材料、電極材料、高溫結構件、高溫發熱元件等使用,如,MoSi2、TaSi2、NbSi2、HfSi2。其中,MoSi2的應用最為廣泛,特別是大家熟知的作為在空氣中使用溫度可達1800攝氏度以上的高溫發熱體。通過高熵化有可能進一步調控硅化物陶瓷的性能,豐富高熵陶瓷的研究內容,對促進硅化物材料的發展和應用具有重要的意義。該高熵硅化物在室溫下具有密排六方晶體結構,說明通過高熵化將只有在高溫下穩定的beta-MoSi2相穩定到了室溫。然而,部分鋯元素與材料中難以避免存在的氧雜質結合,形成了少量氧化鋯雜相,這為后續的組分設計和工藝改進提出了研究內容。所獲得的高熵硅化物的硬度介于各單組分硅化物的硬度之間,由于材料的硬度受多種因素的影響,如氣孔率、晶粒大小、雜相含量和界面特征等,僅憑現有的硬度測試數據還不能簡單得出高熵化使硅化物陶瓷材料硬度提高的結論,還需要結合理論計算和納米硬度測量等手段進一步證實,相關工作正在進行中。 


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