高熵热障陶瓷的性能优化及发展现状

孟凡威1，叶福兴1, 2，姚远1，孙凯琪1，宋子祺1（1.天津大学材料科学与工程学院；2.天津大学现代连接技术重点实验室）

摘要：为了应对航空发动机服役温度的升高对高性能热障涂层（Thermal barrier coatings, TBCs）材料的迫切需求，高熵陶瓷材料的合成及性能评价为新型TBCs 材料的开发提供了新的思路。研究表明，由于存在四种独特的效应，与传统TBCs 材料及单组元TBCs 材料相比，高熵TBCs 陶瓷的成分设计及性能调控灵活，综合性能也更为优异。总结了高熵热障陶瓷的研究现状，基于高熵陶瓷材料的微观结构及质点间成键性质从热导率、热膨胀性能、高温抗烧结性及相稳定性、力学性能及抗CMAS 腐蚀性能等五个方面对高熵TBCs 材料的组分设计及性能优化进行了分析总结。成分设计时，具有较大的质量差和离子半径差的不同组元成分进行固相合成，形成较大程度的晶格畸变，扩大声子碰撞几率，可降低热导率；电负性相差较小的阴阳离子可形成具有较弱键合强度的离子键，易于获得高的热膨胀系数，同样，形成较强键合强度的离子键有益于力学性能的提高；半径相差越大的元素离子竞争同一晶格点位，越易形成更为严重的晶格畸变，阻碍物质扩散，表现出迟滞扩散现象。研究旨在为高熵TBCs 材料的成分设计及性能优化调控提供一定的理论指导。

关键词：高熵陶瓷；热障涂层；性能调控；成分设计；发展现状