超高温复相陶瓷多层级固溶微结构及烧结熔体调控：回顾与前瞻

顾辉1，齐马林2，胡冬力2，郑强3，邹冀4，霍思嘉5，王玉金5（1.北京高压科学研究中心；2.上海大学材料科学与工程学院；3.国家纳米科学中心；4.武汉理工大学材料科学与工程学院；5.哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，特种陶瓷研究所）

摘要：ZrB2基复相陶瓷是具代表性的超高温陶瓷(UHTC)，其服役温度远高于烧结温度，需较多SiC 助烧致密并提升抗氧化性能。21 世纪初发现过渡金属碳化物(MC)是更好的助剂，既有效除氧还能提升高温强度；近10 年来作者们聚焦于MC 对UHTC 复相微结构的调控行为，揭示高黏滞度液相的复相反应烧结机理，并探究了复相协同固溶规律及其构效关系。定量微结构研究发现，硼碳基烧结熔体主导了ZrB2 基陶瓷的反应烧结与复相致密，调制了固溶微结构的多层级演变过程：MC 助剂经熔体转化为ZrC 晶界相，与硼化物主相的交换反应主导了复相关系；熔体作为过渡液相协助主相中M 两级固溶并形成普遍性的“核−周”结构，在烧结后期才析出ZrC 次相以及更高的M 固溶度。反应熔体对复相多级固溶结构的调控，与硅基陶瓷的相变微结构及其“溶解–再析出”液相烧结过程相似，也在晶界残留较多硅酸盐熔体及玻璃相。与单相MB2、MC 高熵陶瓷相比，MIB2−MIIC 复相UHTC 及其多层级固溶微结构有更多可调控路径，可更好优化并综合发展UHTC 的服役性能：一是固溶分相共格界面及其相互关联的位错网络化设计，可进一步提升高温强度，其相界、晶界及溶质偏聚可更为精准调控多尺度复相共格结构；二是高温下晶界相与熔体的协同演化规律及复相调控研究，可在未来发展复相多级固溶焓所主导的多元UHTC陶瓷共格结构，即复相陶瓷基因组、多层级复相结构的构效关系。

关键词：超高温陶瓷；烧结熔体；核-周结构；多层级固溶微结构