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高熵硅化物陶瓷

2021-02-18 08:55:38

            高熵合金 (High Entropy Alloys, HEA)是指含有五种或五种以上金属元素的合金,每一种元素的原子含量在5% ~ 35% 之间,所以也称为多主元合金。与高熵合金类似,高熵陶瓷 (High Entropy Ceramics, HEC) 一般是指由五种或五种以上金属元素和一种非金属元素组成的具有简单晶体结构 (如,体心立方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种随机分布的元素,使得其具有较高的熵值。已有研究指出,高熵材料具有优异的力学性能、热物理性能、抗辐照性能和耐蚀性能等。从组成高熵陶瓷的非金属元素角度来看,高熵陶瓷材料可分为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,目前研究较多的主要有高熵硼化物、高熵碳化物和高熵氮化物,而本工作首次报道了一种高熵硅化物的合成。硅化物陶瓷具有优良的高温抗氧化性能、导电性能和导热性能等,可作为高温热防护材料、电极材料、高温结构件、高温发热元件等使用,如,MoSi2、TaSi2、NbSi2、HfSi2。其中,MoSi2的应用最为广泛,特别是大家熟知的作为在空气中使用温度可达1800摄氏度以上的高温发热体。通过高熵化有可能进一步调控硅化物陶瓷的性能,丰富高熵陶瓷的研究内容,对促进硅化物材料的发展和应用具有重要的意义。该高熵硅化物在室温下具有密排六方晶体结构,说明通过高熵化将只有在高温下稳定的beta-MoSi2相稳定到了室温。然而,部分锆元素与材料中难以避免存在的氧杂质结合,形成了少量氧化锆杂相,这为后续的组分设计和工艺改进提出了研究内容。所获得的高熵硅化物的硬度介于各单组分硅化物的硬度之间,由于材料的硬度受多种因素的影响,如气孔率、晶粒大小、杂相含量和界面特征等,仅凭现有的硬度测试数据还不能简单得出高熵化使硅化物陶瓷材料硬度提高的结论,还需要结合理论计算和纳米硬度测量等手段进一步证实,相关工作正在进行中。 


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