高熵陶瓷结构及种类的研究进展

高熵陶瓷性能及应用的研究进展摘要高熵陶瓷是一种新兴的陶瓷材料，虽然问世只有短短的几年，但是在性能和应用方面都取得了一定的进展。

本文从高熵陶瓷的性能及应用两方面进行了简要的总结及展望。

关键词高熵陶瓷；性能；应用；展望高熵陶瓷性能优异，应用广泛，作为结构陶瓷具有高硬度高耐磨性的特征，作为功能陶瓷具有优异的热电性，低热导等特征，可应用于超高熔点陶瓷，热电材料，催化剂及电极材料等领域。

本文简要综述了高熵陶瓷的性能及应用两方面，最后进行了简要的总结和展望。

1.高熵陶瓷的性能高熵陶瓷的类型众多，不同类型的高熵陶瓷性能各异，主要具有热导率低，比电容高，锂离子存储能力强，硬度高，抗氧化能力强等优异性能。

1.1.热导率低：高熵陶瓷晶格中产生的大量晶格畸变以及高熵陶瓷组元的增加都会使得其热导率下降，例如Chen等人[1]制备的(Zr0.2Hf0.2Ti0.2Nb0.2Ta0.2)C碳化物高熵陶瓷具有0.39W·m-1·K-1的低室温导热系数以及0.74mm2/s的低热扩散率。

Yan等人[2]制备的(Hf0.2Zr0.2Ta0.2Nb0.2Ti0.2)C碳化物高熵陶瓷，在氩气环境中超过1140℃时仍具有热稳定性，该高熵陶瓷的导热系数低，扩散率远低于五元碳化物HfC，ZrC，TaC，NbC和TiC。

1.2.比电容高，锂离子存储能力强：氧化物和氮化物高熵陶瓷具有出色的电容保持能力如Jin等人[3]制备的（V0.2Cr0.2Nb0.2Mo0.2Zr0.2）N氮化物高熵陶瓷在100 mV/s的扫描速率下可获得78 F/g的比电容,具有作为超级电容器的应用潜力，另外Qiu等人[4]使用（Mg0.2Co0.2Ni0.2Cu0.2Zn0.2）O氧化物高熵陶瓷作为锂离子电池的负极材料，该高熵陶瓷可提供约1585 mAh/g的高初始放电比容量，和920mAh/g的可逆容量，并且经过长期循环，电极仍然保持稳定。

1.3.硬度高：碳化物高熵陶瓷一般都拥有更高的硬度如Sarker 等人[5]制备的（Hf0.2Nb0.2Ta0.2Ti0.2Zr0.2）C和（Hf0.2W0.2Ta0.2Ti0.2Zr0.2）C碳化物高熵陶瓷的硬度分别为32 GPa（几乎比ROM预测高50％）和33 GPa，可用作设计新型超硬材料。

高熵陶瓷制备工艺的研究进展摘要：高熵陶瓷性能优异，具有很大的应用价值，随着相关研究人员在制备工艺方面取得了许多研究成果，高熵陶瓷的制备工艺将得到不断完善和拓展。

本文简要综述了高熵陶瓷的制备工艺，并进行总结和展望。

关键词：高熵陶瓷；制备工艺；方法；展望高熵陶瓷的种类众多，不同种类的高熵陶瓷制备工艺也不同。

氧化物高熵陶瓷最初的制备方法是利用高温扩散作用形成固溶体，除此之外还有喷雾热解法，反向共沉淀法，溶液燃烧合成法等制备方法，制备碳化物高熵陶瓷主要有热还原法，液相前驱体合成法和金属直接碳化法，其中热还原法还可应用于硼化物高熵陶瓷的制备，制备氮化物高熵陶瓷主要有软尿素法。

本文简要介绍了高熵陶瓷的几种制备方法，并对未来高熵陶瓷的制备工艺进行展望。

1.高熵陶瓷的制备方法高熵陶瓷制备方法众多，接下来将简要介绍高熵陶瓷的五种制备方法：溶液燃烧合成法，软尿素法，液相前驱体合成法，热还原法，金属直接碳化法。

1.1.溶液燃烧合成法：此方法有利于在温度较低的情况下得到致密均匀的高熵陶瓷粉体，多用于氧化物高熵陶瓷的制备，如Mao等人[1]使用了五种金属硝酸盐作为氧化剂，甘氨酸作为燃料，首先经干燥后形成蓝色凝胶，然后将其放入石英管中，在电加热炉中燃烧，该过程中释放出大量CO2，N2和水蒸气，最后经冷却后成功制备出（Co0.2Cu0.2Mg0.2Ni0.2Zn0.2）O高熵陶瓷粉末。

1.2.软尿素法：此方法应用于氮化物高熵陶瓷的制备，如Jin等人[2]将机械化学合成法与软尿素合成法相结合，在球磨过程中将五种过渡金属氮化物与尿素混合，产生高度分散的前驱体，随后在N2下热解，大大增加了结构熵，成功制备了一种氮化物高熵陶瓷，性能优异。

1.3.液相前驱体合成法：液相前驱体由初始试剂在分子水平上均匀混合形成，此方法的优点是各元素均匀分布，不易出现偏聚现象，如Li等人[3]利用糠醇（与无机化合物具有良好的相容性）聚合前后的分子作碳源，五种过渡金属卤化物（TiCl4，ZrCl4，HfCl4，NbCl5，TaCl5）作为金属源以及糠醇聚合的催化剂，将液相前驱体通过在高温下热分解和形成固溶体转化为（Ti0.2Zr0.2Hf0.2Nb0.2Ta0.2）C高熵陶瓷粉末。

高熵纳米陶瓷全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：高熵纳米陶瓷是一种新型的陶瓷材料，具有优异的性能和广泛的应用前景。

它的独特之处在于其结构中存在多个元素，并且元素的比例并不固定，导致其具有高度的熵值。

高熵纳米陶瓷在材料科学领域备受关注，被认为是未来材料研究的一个重要方向。

高熵纳米陶瓷的制备方法主要有几种，包括机械合金法、溶胶-凝胶法、热处理法等。

机械合金法是一种常用的制备方法，通过不同元素的混合与合金化，得到高熵纳米陶瓷。

溶胶-凝胶法是利用溶胶和凝胶的性质，将多种元素混合制备成高熵纳米陶瓷。

热处理法则是通过高温热处理使元素在晶体结构中达到均匀分布，从而形成高熵纳米陶瓷。

高熵纳米陶瓷具有许多优良的性能，如高硬度、耐磨性、耐高温、耐腐蚀等。

由于其独特的结构和性能，高熵纳米陶瓷在航空航天、汽车制造、工程建筑等领域有着广泛的应用。

在航空发动机零部件中使用高熵纳米陶瓷可以提高其抗磨损和抗腐蚀性能，延长使用寿命；在汽车发动机零部件中使用高熵纳米陶瓷可以增加其耐高温性能，提高发动机的工作效率。

除了在传统工程领域的应用外，高熵纳米陶瓷还具有潜在的生物医学应用价值。

研究表明，高熵纳米陶瓷具有优异的生物相容性和生物活性，可以用于人体骨骼修复、人造骨骼等领域。

高熵纳米陶瓷材料可以作为人工骨骼植入材料，与骨骼组织具有良好的结合力，加速骨骼修复和生长。

目前高熵纳米陶瓷的研究仍处于起步阶段，尚需进一步深入研究其制备方法、性能调控和应用领域。

未来，随着材料科学技术的不断发展和突破，高熵纳米陶瓷将在更多领域展现出其潜力和价值，为人类社会带来更多的福祉和发展机遇。

第二篇示例：高熵合金是指具有较高熵值的特殊合金体系，其中熵值是指体系中无序程度的度量。

在传统的合金体系中，通常采取掺杂元素的方法来改变合金的性能，但是高熵合金采用了另一种策略，即将多种元素掺入到合金中形成具有高度复杂结构的固溶体。

由于高熵合金具有均匀的晶粒和均匀分布的掺杂元素，具有优异的力学性能、耐磨性和耐腐蚀性，在航空航天、汽车制造和结构材料等领域发挥着重要作用。

高熵陶瓷研究进展摘要高熵陶瓷是一种新兴的等摩尔多组分陶瓷材料，集抗氧化、耐烧蚀、耐腐蚀、超高硬度优秀性能于一体。

在空天技术，精密制造等高端领域有着广阔的应用前景。

当前高熵陶瓷制备工艺尚不成熟，本文基于近年相关实验，详细阐述了高熵硼化物相关研究成果，对当前高熵体系的相关体系与其特征进行了归纳和总结。

关键词高熵陶瓷，体系计算，制备方法0.引言2004年叶均蔚教授[1]提出了高熵的概念，认为高熵材料内部出现迟滞动力，晶格畸变和非原组元性能。

表现出良好的结构稳定性和优异的力学性能，并且展现了全新的电性能和催化性能等性质。

高熵陶瓷作为一种新兴等摩尔的多组分陶瓷材料，是一种抗氧化，抗烧蚀，耐腐蚀和超高硬度于一体的优秀材料，具有极大的发展潜力。

1.高熵效应在高混乱度无序系统中的特殊效应被称为高熵效应[1]。

高熵效应有四类：1.热力学中的高熵效应：在高熵系统作用下可以促进元素间的相容性使得多组元复合材料在制备后形成单一相。

2.结构的晶格畸变效应：高熵体系中的各组元的原子在晶格点阵中的随机分布，组元之间的结构差距较大，晶体内部的具有比传统复合材料更大的晶格畸变和缺陷。

3.动力学迟滞扩散效应：高熵材料内部的扩散和相变速度相对于传统材料较慢，内部反应滞后。

4.性能上的鸡尾酒效应[9]，不同组元的性能的不同以及组元之间的相互作用会使得高熵材料产生更加复杂的性质，产生多组元协增效应从而实现性能的飞跃。

2.高熵氧化物最早提出高熵陶瓷概念并制备的陶瓷是Rost CM[2]等四制备的五元氧化物陶瓷。

他们以MgO、CoO、NiO、CuO、ZnO为原料,球磨混合后烧结制备,并从相转变的可逆性,体系熵与组元的关系和元素的化学环境来分析高熵陶瓷中的高熵效应,在此之后，相关学者将其扩展到到不同的氧化物体系，制备所得的材料具有优异的性能。

单相(Mg0.2Co0.2Ni0.2Cu0.2Zn0.2)1-x-yGyAxO (其中A= Li, Na或K)具有极高的介电常数和超离子电导率；快速燃烧降解法制备的(Mg0.2Co0.2Ni0.2Cu0.2Zn0.2)O陶瓷粉体在奈耳温度以下表现出长程反铁磁行为,并且在室温下显示出顺磁行为。

高熵陶瓷基本概念及单相形成能力研究进展摘要：高熵陶瓷作为一种新型陶瓷材料，具有耐腐蚀、抗氧化和高温性能优异等特点，是航空航天、船舶工业、精密器件等领域优异原材料。

基于目前相关研究报道，简述高熵陶瓷基本概念及起单相形成能力分析。

关键词：高熵陶瓷；高熵效应；单相形成能力分析1 引言高熵合金是由5种及以上等摩尔或近等摩尔金属元素组成的单相固溶体合金材料。

由于各组成元素原子随机占据晶格点阵，具有较高构型熵，并且“高熵”有益于抑制合金中多相形成，生成的相数目远小于吉布斯相律所决定的相数目，形成具有简单晶体结构的固溶体。

同时因组成元素原子半径差异、不同元素之间相互作用等影响，出现迟滞动力、晶格畸变和非组元性能等特殊效应，被称为“高熵效应”。

借鉴于高熵合金的设计与研究，研究者对于陶瓷材料进行一系列开发探索。

2015年，Rost等[1]人成功合成了一种岩盐结构的（MgNiCoCuZn)O熵稳定氧化物陶瓷，也被称为“高熵陶瓷”，经过各项表征发现与单一金属氧化物相比，高熵陶瓷具有更好的离子导电性能和介电性能，这标志着高熵陶瓷制备的可能性与潜在应用价值。

高熵陶瓷是由四种阴离子或阳离子以等摩尔比或近等摩尔比组成的单相固溶体，具有组分可设计、材料性能可调控和熵效应独特等优点。

目前对于高熵陶瓷的研究主要集中在成分设计、制备方法和基本性能等方面，还存在大量问题，如高熵陶瓷成分设计的系统理论，目前主要借鉴于高熵合金的设计理论；高熵合金理论的四个核心效应是否普遍使用于高熵陶瓷；高熵陶瓷单相形成能力的统一判断依据等。

高熵陶瓷的定义范围也有所波动，2021年，Dippo等[2]通过亚晶格模型计算熵值并建立了一种全新的熵度量(EM)，认为在高熵陶瓷中并非每个亚晶格都具有高熵，并取消了对每个亚晶格都必须具有五个原子种类的要求。

2 高熵效应高熵指材料中具有较大的构型熵，根据热力学定义，只考虑组态熵的情况下，元素的原子分数和混合熵ΔSconf之间的关系由以下方程表示：（2-1）其中，R是气体常数，R=8.314J.K-1；X i是摩尔分数；n是组元数。

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高熵陶瓷的发展趋势（大纲）一、引言1.1背景介绍1.2高熵陶瓷的定义及特性1.3研究意义及目的二、高熵陶瓷的研究现状2.1国内外研究概况2.2主要研究成果及应用领域2.3存在的问题及挑战三、高熵陶瓷的发展趋势3.1材料设计与制备方法3.1.1高熵陶瓷的成分设计3.1.2制备工艺的优化与创新3.2结构与性能关系研究3.2.1微观结构调控3.2.2性能优化及提升3.3新型高熵陶瓷材料的研究与发展3.3.1新型高熵陶瓷的探索3.3.2多功能高熵陶瓷的研究3.4应用领域的拓展3.4.1陶瓷基复合材料3.4.2生物医学领域3.4.3能源与环境领域四、高熵陶瓷的产业化与市场前景4.1产业化现状与发展趋势4.2技术创新与产业升级4.3市场前景及竞争格局五、我国高熵陶瓷研究与发展策略5.1政策支持与资金投入5.2人才培养与技术交流5.3产学研合作与产业链构建六、总结与展望6.1研究成果总结6.2面临的挑战与机遇6.3未来发展展望一、引言随着科技的发展和材料科学的进步，新型材料的研究与开发成为当今世界范围内的热点问题。

特别是在先进陶瓷材料领域，寻找具有优异性能的高性能陶瓷材料一直是科研人员的重要研究方向。

在这样的背景下，高熵陶瓷应运而生，成为材料科学研究领域中的一个新兴分支。

高熵碳化物陶瓷的制备及性能研究摘要：高熵碳化物是近年来科研工作者受到高熵合金启发而发展的一种新型材料，它具有多种优异性能，包括优良的力学性能、良好的抗氧化性能、良好的热稳定性以及低导热率。

本文对高熵碳化物陶瓷的制备工艺以及性能特点进行了总结，并对高熵碳化物陶瓷的发展方向进行展望。

关键词：高熵陶瓷；制备工艺；性能当传统材料的发展越来越趋近于其极限、无法满足各行业新技术日益增长的需要时，开发新材料变得尤为重要。

“高熵”是近年来出现的新的材料设计理论，目前已成为材料研究领域的一大热点，其概念最初由高熵合金发展而来。

随着研究的不断深入，高熵的概念逐渐拓展到陶瓷材料中，因此本文总结了高熵碳化物陶瓷的制备工艺以及性能特点，并对未来发展方向进行了展望。

1高熵碳化物陶瓷的制备目前高熵碳化物粉体的方法有固相法、熔盐法、液相法等等。

Zhou J等[1]以单相碳化物粉体为原料，使用放电等离子体烧结制备(Ti0.2Zr0.2Nb0.2Ta0.2Hf0.2)C高熵陶瓷粉体，在1950℃下合成的高熵粉体粒径约为2μm。

Feng L等[2]通过碳热还原的方法制备了(Ti0.2Zr0.2Nb0.2Ta0.2Hf0.2)C高熵陶瓷粉体，先在1600℃下还原先得到复合碳化物粉体，当保温温度提高到2000℃时，可得到粒径约为550nm的面心立方单相碳化物粉体。

褚衍辉团队[3]利用熔盐法在较低温度下制备了平均粒径80nm的(Ta0.25Nb0.25Ti0.25V0.25)C粉体。

对于高熵碳化物陶瓷块体的合成，目前大多使用放电等离子烧结和热压烧结，以及通过高能球磨直接制得高熵陶瓷。

Wang H X等[4]将等摩尔量的金属碳化物粉末在低温行星球磨机中混合均匀后，采用放电等离子体烧结得到了(Hf0.2Ta0.2Zr0.2Ti0.2Nb0.2)C-xSiC高熵陶瓷。

Ye等[5]将碳化物粉末湿法球磨24h，然后放入模具，压成小块，利用热压烧结制备了(Hf0.2Zr0.2Ta0.2Nb0.2Ti0.2)C高熵陶瓷。

第 1 期第 83-100 页材料工程Vol.52Jan. 2024Journal of Materials EngineeringNo.1pp.83-100第 52 卷2024 年 1 月高熵陶瓷材料研究进展及挑战Research progress and challenge of high entropy ceramic materials王云平1，2，刘世民1*，董闯3*（1 大连交通大学 材料科学与工程学院， 辽宁 大连 116028；2 大连大学，辽宁 大连 116622；3 大连理工大学 三束材料改性教育部重点实验室， 辽宁 大连 116024）WANG Yunping 1，2，LIU Shimin 1*，DONG Chuang 3*（1 School of Materials Science and Engineering ，Dalian Jiaotong University ，Dalian 116028，Liaoning ，China ；2 Dalian University ，Dalian 116622，Liaoning ，China ；3 Key Laboratory of MaterialsModification by Laser ，Ion and Electron Beams （Ministry ofEducation ），Dalian University of Technology ，Dalian 116024，Liaoning ，China ）摘要：高熵作为全新的材料体系，得益于巨大的组分空间、独特的微观结构以及较大的构型熵所赋予其独特且可调的优异性能，已成为材料领域的研究热点。

高熵陶瓷的研究目前还处于探索阶段， 尤其在精准的成分设计理论、高纯高产率粉体制备、新型烧结工艺等方面，亟待深入研究。

因此，本文针对高熵陶瓷的五大高熵效应、新的设计理论、粉体制备方法、新型烧结工艺以及综合性能与实际应用进行了梳理归纳，并通过团簇加连接原子模型（CPGA ）对高熵陶瓷（HEC ）成分设计进行解析，深入挖掘了HEC 的组元和微结构以及性能之间的关系。

郭鑫,解勤兴(天津工业大学材料科学与工程学院,天津300160)高熵氧化物陶瓷是具有独特结构和物理化学性能的新型材料,成为了国内外研究的热点之一。

本文主要介绍了高熵氧化物陶瓷的分类;归纳了制备高熵氧化物陶瓷的方法;总结了高熵氧化物陶瓷在催化材料、锂电池电极材料、磁性材料以及介电材料等领域的应用。

最后简述高熵氧化物陶瓷的发展现状,展望了高熵氧化物陶瓷未来的发展趋势。

;制备方法;应用;发展趋势随着现代科技迅猛的发展，传统材料性能已无法适应现如今技术发展的需求，研发具有优异性能的新型材料显得尤为重要。

回顾材料发展的历史进程，界面工程[1]、基因工程[2]以及高通量计算[3]等技术方法为新型材料的研发提供了强有力的指导作用。

近些年来，“高熵材料”的问世为新型材料的研发提供了新颖的设计理念和思路。

高熵材料一般由多个不同元素（5种或5种以上）以等摩尔或近等摩尔比制备而成的固溶体结构材料[4]。

2004年，Yeh[5]教授指出形成单一相的固溶体与混合物的构型熵有关，从而提出“高熵合金”概念。

高熵合金材料因其独特的结构和优异的性能，如巨介电性能[6]、高效的电化学性能[7]以及独特的催化性能[8]，很快便引起各国研究学者对高熵材料的关注与研发。

随着高熵材料体系的不断增加，人们对它的认识日渐加深。

之后，越来越多的学者将“高熵合金”的概念延伸到了其他领域。

2015年，Rost[9]团队采用高温固相反应法首次研发出了等摩尔比的五主元岩盐型高熵氧化物陶瓷。

等摩尔比的岩盐型(Co0.2Cu0.2Mg0.2Ni0.2Zn0.2)O高熵陶瓷的成功问世，证实了制备高熵陶瓷的可能性。

自此之后，国内外研究人员相继开发出种类繁多的高熵陶瓷体系。

依据化学成分的不同，主要划分为氧化物高熵陶瓷和非氧化物高熵陶瓷两大类。

其中氧化物高熵陶瓷可依晶体结构的不同进一步细分为：岩盐型高熵陶瓷[10]、钙钛矿型高熵陶瓷[11]、萤石型高熵陶瓷[12]等。

高熵陶瓷碳化物等比例高熵陶瓷和碳化物等比例混合的技术，在当今的材料科学领域引起了广泛的关注。

这种新型材料结构紧密、外观美观、性能优越，能够应用于诸如电子元件、航空制造、高速船舶、动力机械等领域。

下面将分步骤阐述高熵陶瓷和碳化物等比例的制作技术。

第一步，选材。

高熵陶瓷通常是由两种或更多种高熔点的陶瓷或金属元素组成的。

其中一些工程材料有氧化铝（Al2O3），氧化锆（ZrO2），氮化硅（Si3N4），氮化铝（AlN）和碳化硅（SiC）。

同时，在选择碳化物作为混合物中的一种材料时，碳化硅是首选材料之一，因为它具有高的硬度、强度和耐磨性，不仅能够增强新型材料的物理性能，还能提高其综合性能。

第二步，粉末混合。

选定需要的陶瓷和碳化物材料之后，需要将它们混合起来，以获得所需的等比例混合物。

混合可采用高能球磨、热同步球磨等方法，将粉末放入球磨罐中，与砂石球混合并高速旋转磨合，使其细化并均匀混合。

第三步，压制成型。

将均匀混合的粉末放入模具中压制成型。

压制成型的方式可包括等静压、热等静压、冷等静压等多种方式，其中等静压通常是较为常用的方法。

第四步，烧结。

将经过压制成型的材料在高温下进行烧结。

在烧结过程中，将注入预计算的油或气混合物，以产生渐进的温度升高，直至最高温度。

最终，高熵陶瓷与碳化物材料相互交错纠缠，形成结构紧密、性能优越的高熵陶瓷碳化物材料。

总之，高熵陶瓷和碳化物等比例混合的技术能够为材料科学领域提供高性能、高稳定性、耐腐蚀和耐磨性等特点的新型材料。

各步骤之间的配合和发展能够产生以往材料所不能比拟的优于和特异性能，给应用领域带来更加广泛、广泛的发展机会。

Vol.41 No.2Apr. 2020第41卷第2期2020年4月Journal of C eramicsDOI: 10.13957/ki.tcxb.2020.02.003高爛陶瓷材料研究进展与展望陈克丕蔦李泽民1,马金旭蔦刘腾飞1,张建军蔦李翠伟2,张孝文彳(1.华北电力大学能源动力与机械工程学院，北京102206； 2.北京交通大学机械与电子控制工程学院，北京100044； 3.清华大学材料学院，北京100084)摘要：以高爛合金为代表的高爛材料是最近15年来材料科学研究的热点。

相比于高爛合金的迅猛发展，高爛陶瓷的研 究才刚刚起步，但在新体系探索、组成-结构-性能关系上都取得了不小的进展。

本文从高爛陶瓷的内涵、新体系、应用和 发展方向等方面进行了总结与评述。

关键词：高爛陶瓷；爛稳定陶瓷；高爛合金；固溶体中图分类号：TQ174.75文献标志码：A文章编号：1000-2278(2020)02-0157-07Research Progress and Prospect of High-entropy Ceramic MaterialsCHEN Kepi, LI Zemin, MA Jinxu, LIU Tengfei, ZHANG Jianjun, LI Cuiwei, ZHANG Xiaowen(1. School of Energy, Power and Mechanical Engineering, North China Electric Power University, Beijing 102206, China;2. School of Mechanical, Electronic and Control Engineering, Beying Jiaotong University, Beijing 100044, China;3. School of Materials Science and Engineering, Tsinghua University, Beying 100084, China)Abstract: High-entropy materials represented by high-entropy alloys have been the focus of materials science research in the past15 years. In contrast to rapid and fruitful progresses in high-entropy alloys, studies on high-entropy ceramics are still in the infantstage. To date, considerable progress has been made in exploring new high-entropy ceramic systems and in theircomposition-structure-perfbrmance relationship. This article summarizes and reviews the connotation, new system, applicationand development direction of high entropy ceramics.Key words: high-entropy ceramics; entropy-stabilized ceramics; high-entropy alloys; solid solution0引言材料是人类社会赖以生存和发展的物质基础，设计和开发出性能优异的新材料以满足各行 各业的需要是材料科学研究的重要内容。

第36卷 第4期 无 机 材 料 学 报Vol. 36No. 42021年4月Journal of Inorganic Materials Apr., 2021收稿日期: 2020-07-02; 收到修改稿日期: 2020-09-27; 网络出版日期: 2020-10-19基金项目: 国家自然科学基金(51972027) National Natural Science Foundation of China (51972027) 作者简介: 王皓轩(1994–), 男, 博士研究生.E-mail:*********************WANGHaoxuan(1994–),male,PhDcandidate.E-mail:*********************通信作者: 王一光, 教授.E-mail:*******************.cn文章编号: 1000-324X(2021)04-0355-10 DOI: 10.15541/jim20200366高熵过渡金属碳化物陶瓷的研究进展王皓轩1, 刘巧沐2, 王一光3(1. 西北工业大学 超高温结构复合材料重点实验室, 西安710072; 2. 中国燃气涡轮研究院, 成都 610500; 3. 北京理工大学 先进技术结构研究院, 北京 100081)摘 要: 高熵陶瓷作为新型材料, 较大的构型熵赋予其独特的性能, 其中高熵过渡金属碳化物有望成为高超声速飞行器热防护系统的备选材料。

相比于单组元碳化物陶瓷, 高熵化的单相陶瓷在综合性能上有较大地提高。

目前, 高熵过渡金属碳化物陶瓷的研究还处于初始阶段, 关于高熵过渡金属碳化物的成分设计和理论分析还缺少足够的研究支撑。

另外, 如何制备高纯度高熵过渡金属碳化物还需要进一步探索。

在高熵过渡金属碳化物陶瓷的性能方面, 还缺少深入的研究。

本文针对高熵陶瓷的理论设计和制备方法展开综述, 详细介绍了高熵过渡金属碳化物的力学、热导及抗氧化性能的研究进展, 并指出了高熵过渡金属碳化物陶瓷在超高温陶瓷领域存在的科学问题, 展望了高熵过渡金属碳化物陶瓷未来的发展方向。

快速发现高熵陶瓷的新计算方法
发现高熵陶瓷的新计算方法可以采用以下步骤：
1. 收集陶瓷材料的相关数据：收集陶瓷材料的化学成分、晶体结构、物理性质等数据。

2. 确定高熵陶瓷的定义和特征：根据已有的高熵合金研究，确定高熵陶瓷的定义和特征，例如多主元、无序固溶、高熵效应等。

3. 确定计算方法：基于已有的高熵合金计算方法，结合高熵陶瓷的特征，确定适用于高熵陶瓷的新计算方法。

可以考虑应用第一原理计算、结构模拟及机器学习等方法。

4. 建立模型：根据确定的计算方法，建立高熵陶瓷的计算模型。

可以通过编程语言或现有的模拟软件实现。

5. 验证模型及实验验证：通过与已有实验结果或其他计算模型进行对比验证，评估新计算方法的准确性和可靠性。

此外，可以进行实验验证以进一步验证计算模型的可行性。

6. 优化和改进：根据验证结果和实验验证的反馈意见，对计算方法进行优化和改进。

可以尝试使用不同的模型参数、算法或数据处理方法。

7. 应用于实际研究：将优化和改进后的计算方法应用于实际的高熵陶瓷研究中，探索新的高熵陶瓷材料以及其性质。

通过以上步骤，可以快速发现高熵陶瓷的新计算方法，并在研究中应用，推动高熵陶瓷的发展。

高熵陶瓷氧空位
高熵陶瓷是一种具有丰富组分和高度混合熵的陶瓷材料，其氧空位特性对材料性能有显著影响。

高熵陶瓷因其独特的结构和性质，如可调空间大、氧空位浓度高等，成为陶瓷材料领域的研究热点。

氧空位在高熵陶瓷中扮演着重要角色，它们不仅能影响材料的传导特性，如质子和Li+离子的扩散，还能改善烧结特性，加速烧结传质过程，从而促进材料的致密化。

此外，高熵陶瓷中的氧空位还可以影响光电化学水分解过程中的光吸收性能。

值得一提的是，高熵陶瓷的研究和应用前景广泛，特别是在新型热防护涂层用陶瓷材料中具有较强的竞争优势。

随着科研人员对高熵陶瓷的深入研究，未来可能会有更多的发现和应用，进一步推动材料科学的发展。

櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡～试验研究櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡～收稿日期：２０２０ ０２ １７作者简介：王达飞（１９９５—），男，安徽合肥人，硕士生，从事高熵材料研究工作。

联系电话：１９９６６５０５０２３通信作者：刘宁（１９６２—），男，安徽合肥人，教授，从事材料热处理研究工作。

联系电话：１３０１３０６１３０６四元高熵碳化物陶瓷的组织和性能研究王达飞，刘　宁，张晓玲，刘爱军（合肥工业大学材料科学与工程学院，安徽合肥２３０００９）摘　要：以金属氧化物与碳粉作原料，经高能球磨后，采用１８５０℃放电等离子烧结烧结工艺制备了３种成分的四元高熵碳化物陶瓷（Ｔｉ０．２５，Ｎｂ０．２５，Ｔａ０．２５，Ｍｏ０．２５）Ｃ、（Ｔｉ０．２５，Ｎｂ０．２５，Ｔａ０．２５，Ｗ０．２５）Ｃ和（Ｔｉ０．２５，Ｎｂ０．２５，Ｔａ０．２５，Ｖ０．２５）Ｃ。

采用扫描电镜、Ｘ射线衍射仪及万能材料试验机等研究了碳化物陶瓷的显微组织、硬度和力学性能。

结果表明：３种碳化物陶瓷均为单相ＦＣＣ结构；含钼陶瓷的晶粒最为细小，气孔也最少；３种陶瓷的实际硬度与采用复合定律计算的理论硬度相一致，即（Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ）Ｃ的硬度最高，（Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ）Ｃ次之，（Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ）Ｃ最低。

此外，由于其组织未完全致密化且成分不均匀，３种碳化物陶瓷的抗弯强度均低于预期值，有待采取降低烧结升温速率、提高烧结温度等措施来解决这些问题，从而改善陶瓷性能。

３种碳化物陶瓷中（Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ）Ｃ陶瓷的综合性能最佳。

关键词：四元高熵碳化物；陶瓷；显微组织；力学性能；烧结中图分类号：ＴＧ１５６．９９ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００８ １６９０（２０２０）０２ ０００８ ０５ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＱｕａｔｅｒｎａｒｙＨｉｇｈＥｎｔｒｏｐｙＣａｒｂｉｄｅＣｅｒａｍｉｃｓＷＡＮＧＤａｆｅｉ，ＬＩＵＮｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＸｉａｏｌｉｎｇ，ＬＩＵＡｉｊｕｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ２３０００９，ＡｎｈｕｉＣｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙｕｓｉｎｇｍｅｔａｌｏｘｉｄｅｓａｎｄｃａｒｂｏｎｐｏｗｄｅｒｓａｓｒａｗｍａｔｅｒｉａｌ，ｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｑｕａｔｅｒｎａｒｙｈｉｇｈｅｎｔｒｏｐｙｃａｒｂｉｄｅｃｅｒａｍｉｃｓｓｕｃｈａｓ（Ｔｉ０．２５，Ｎｂ０．２５，Ｔａ０．２５，Ｍｏ０．２５）Ｃ，（Ｔｉ０．２５，Ｎｂ０．２５，Ｔａ０．２５，Ｗ０．２５）Ｃａｎｄ（Ｔｉ０．２５，Ｎｂ０．２５，Ｔａ０．２５，Ｖ０．２５）Ｃｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｈｉｇｈｅｎｅｒｇｙｂａｌｌｍｉｌｌｉｎｇｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙｓｐａｒｋｐｌａｓｍａｓｉｎｔｅｒｉｎｇａｔ１８５０℃．Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｈａｒｄｎｅｓｓａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｃａｒｂｉｄｅｃｅｒａｍｉｃｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＳＥＭ），Ｘ ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｏｍｅｔｅｒａｎｄｕｎｉｖｅｒｓａｌｔｅｓｔｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｃａｒｂｉｄｅｃｅｒａｍｉｃｓａｌｌｏｆｆｅｒｅｄｓｉｎｇｌｅ ｐｈａｓｅｆｃｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｔｈｅｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｃｅｒａｍｉｃｈａｄｔｈｅｆｉｎｅｓｔｇｒａｉｎｓａｎｄｍｉｎｉｍｕｍｂｌｅｂｓｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｃｅｒａｍｉｃｓ；ａｎｄｔｈａｔａｃｔｕａｌｈａｒｄｎｅｓｓｏｆｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｃｅｒａｍｉｃｓｗａｓｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｈａｒｄｎｅｓｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｔｈｅｒｕｌｅｏｆｍｉｘｔｕｒｅ，ｔｈａｔｉｓ，ｔｈｅ（Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ）Ｃｗａｓｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔｉｎｈａｒｄｎｅｓｓ，ｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙｔｈｅ（Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ，ｗ）Ｃ，ａｎｄｔｈｅ（Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ）Ｃｗａｓｔｈｅｌｏｗｅｓｔｉｎｈａｒｄｎｅｓｓ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｂｅｎｄｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈｓｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅｃａｒｂｉｄｅｃｅｒａｍｉｃｓａｌｌｗｅｒｅｌｅｓｓｔｈａｎｅｘｐｅｃｔｅｄｖａｌｕｅｓｄｕｅｔｏｔｈｅｉｒｉｎｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙｄｅｎｓｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｉｎｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｗｈｉｃｈｒｅｍａｉｎｔｏｂｅｓｏｌｖｅｄｂｙｂｏｔｈｒｅｄｕｃｉｎｇｈｅａｔｉｎｇｒａｔｅｏｆｔｈｅｓｉｎｔｅｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｓｉｎｔｅｒｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｕｓｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｉｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｔｈｅ（Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ，ｗ）Ｃｃｅｒａｍｉｃｈａｄｔｈｅｂｅｓｔｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅｃａｒｂｉｄｅｃｅｒａｍｉｃｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｑｕａｔｅｒｎａｒｙｈｉｇｈｅｎｔｒｏｐｙｃａｒｂｉｄｅｓ；ｃｅｒａｍｉｃ；ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ；ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ０　引言高熵合金（ｈｉｇｈｅｎｔｒｏｐｙａｌｌｏｙｓ，ＨＥＡ）是由５种及以上元素组成，按等原子比或近似等原子比合金化，通常形成固溶体的混合熵较高的合金［１ ２］。

高熵陶瓷材料的研究进展
谢鸿翔;项厚政;马瑞奇;陈雨雪;刘国忠;姚思远;冒爱琴
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2022(36)6
【摘要】高熵陶瓷材料通常是指由五种或五种以上金属阳离子以等物质的量或近等物质的量组成的多组元固溶体。

近年来,高熵陶瓷(High-entropy ceramics,HECs)由于具有单一的晶体结构和优异的物理化学性能,成为陶瓷领域的研究热点之一。

本文介绍了国内外高熵陶瓷材料,如高熵碳化物、高熵氮化物、高熵氧化物、高熵硼化物、高熵硅化物和高熵硫化物的发展状况,总结了高熵陶瓷制备、结构性能与应用的研究工作,并对高熵陶瓷的发展方向和前景进行了分析和展望。

【总页数】8页(P57-64)
【作者】谢鸿翔;项厚政;马瑞奇;陈雨雪;刘国忠;姚思远;冒爱琴
【作者单位】安徽工业大学先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室;安徽工业大学材料科学与工程学院;安徽工业大学冶金减排与资源综合利用教育部重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TB32;TQ174.75
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高熵陶瓷涂层机理
高熵陶瓷涂层是一种多元金属陶瓷材料，由多个组分的原子混合而成，具有高熵合金的特点。

高熵合金是一种由五个或更多元素组成的合金，其元素之间的比例接近相等。

高熵陶瓷涂层的机理主要包括以下几个方面：
1. 原子混合：高熵陶瓷涂层的制备过程中，通过物理气相沉积或化学气相沉积等方法，将多个金属元素的原子混合在一起，形成一种均匀的结构。

2. 熵增效应：高熵陶瓷涂层中元素之间的比例接近相等，使得体系的熵增大。

熵增效应可以增强材料的稳定性，提高其热稳定性和抗氧化性能。

3. 弥散强化：高熵陶瓷涂层中存在大量的原子界面，这些界面可以形成弥散强化效应，增加材料的硬度和抗磨损性能。

4. 合金效应：高熵陶瓷涂层中的多个金属元素形成合金效应，使得材料具有均匀的晶粒尺寸和晶界结构，提高材料的力学性能和抗腐蚀性能。

5. 等原子比例规则：高熵陶瓷涂层中的元素之间的比例接近相等，符合等原子比例规则。

这种规则可以增强材料的稳定性，防止晶界和晶粒之间的偏聚现象，提高材料的综合性能。

总之，高熵陶瓷涂层的机理主要包括原子混合、熵增效应、弥散强化、合金效应
和等原子比例规则。

这些机理相互作用，使得高熵陶瓷涂层具有优异的力学性能、抗磨损性能和抗氧化性能。