顆粒在線訊：作為新型高速飛行器研制的關(guān)鍵技術(shù)之一，熱結(jié)構(gòu)是保障飛行器極端環(huán)境安全服役的基石和關(guān)鍵。纖維增強超高溫陶瓷基復合材料從根本上克服了陶瓷材料固有的脆性，同時具有輕質(zhì)、耐超高溫、抗氧化燒蝕、可設(shè)計性強等優(yōu)點，成為新型高速飛行器熱結(jié)構(gòu)的首選材料，具有重要的科學意義和工程應用價值。隨著新一代高速飛行器朝著更高速度方向發(fā)展，其熱結(jié)構(gòu)面臨的服役環(huán)境更加嚴苛，對材料耐高溫、抗燒蝕等綜合性能提出了更為苛刻的要求。 

　　“高熵”是近年來出現(xiàn)的新的材料設(shè)計理論，其概念最初由高熵合金發(fā)展而來。隨著高熵合金研究的深入，高熵的概念逐漸拓展到其他材料體系中。由于高熵效應的存在，高熵超高溫陶瓷具有較多新奇的性能，使其成為超高溫陶瓷領(lǐng)域的研究熱點和重要發(fā)展方向。 

　　中國工程院院士、中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員董紹明帶領(lǐng)的科研團隊，將高熵超高溫陶瓷與陶瓷基復合材料概念相結(jié)合，首次制備并報道了Cf/(Ti0.2Zr0.2Hf0.2Nb0.2Ta0.2)C-SiC高熵超高溫陶瓷基復合材料。該材料綜合性能優(yōu)異，抗彎強度~322 MPa，斷裂韌性~8.24 MPa·m1/2；在5MW/m2熱流密度（溫度~2430°C）條件經(jīng)空氣等離子燒蝕考核300s，材料線燒蝕率僅為~2.89μm/s，表現(xiàn)出優(yōu)異的抗燒蝕性能。相比簡單體系的超高溫陶瓷基復合材料，Cf/(Ti0.2Zr0.2Hf0.2Nb0.2Ta0.2)C-SiC高熵復合材料具有全新的抗燒蝕機制：在高溫燒蝕中心，(Ti0.2Zr0.2Hf0.2Nb0.2Ta0.2)C氧化形成 (TiZrHfNbTa)Ox高熵氧化物，并在降溫過程中部分轉(zhuǎn)變生成片狀(Hf0.5Zr0.5O2)’及 (TiNbTaO7-y)’納米晶；而在溫度較低的燒蝕過渡區(qū)，(Ti0.2Zr0.2Hf0.2Nb0.2Ta0.2)C則直接氧化生成較小尺寸的片狀(Hf0.5Zr0.5O2)’及納米晶/棒狀(TiNbTaO7-y)’。分析表明：燒蝕表面形成的多相氧化物保護層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且在寬溫域具有自愈合性，從而在燒蝕過程中對內(nèi)部材料提供有效保護。該研究為耐極端高溫陶瓷基復合材料及熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計制備提供了全新的思路和解決方案。 

　　相關(guān)研究成果以Ablation behavior and mechanisms of Cf/(Ti0.2Zr0.2Hf0.2Nb0.2Ta0.2)C-SiC high-entropy ceramic matrix composites為題，發(fā)表在Composites Part B: Engineering。研究工作得到科技部、中科院等的支持。 

燒蝕中心形成的(TiZrHfNbTa)Ox：微觀形貌（a、b）、晶體結(jié)構(gòu)解析（c-e）及元素組成分析（f-i）

燒蝕表面片狀(Hf0.5Zr0.5O2)’和 (TiNbTaO7-y)’ 納米晶形成的“三明治”結(jié)構(gòu)：微觀形貌（a、d）、晶體結(jié)構(gòu)解析（b、e）及元素組成分析（c、f）

Cf/(Ti0.2Zr0.2Hf0.2Nb0.2Ta0.2)C-SiC復合材料在高溫燒蝕和降溫過程中的物相轉(zhuǎn)變示意圖