中国粉体网讯 现代航空发动机高压涡轮普遍采用镍基高温合金，其最高工作温度大约是1100℃，四代航空发动机涡轮前温度已经达到1600℃，抵达材料表面温度也有1100℃，此种高温极端环境下材料易变软，导致无法承受高速运动产生的应力，且未来发动机燃气温度有可能超过2000℃，抵达材料表面温度更在1500℃以上，因此仅凭镍基高温合金材料本身已不能适应要求，需要热障涂层来进一步降低材料工作温度。
热障涂层（TBCs）是先进燃气涡轮发动机核心热端部件高压涡轮叶片的关键技术，已经在航空发动机和地面燃气轮机上获得成功应用的热障涂层陶瓷隔热层材料为氧化钇部分稳定氧化锆（YSZ）。由于受高温稳定性、隔热性能等的局限，YSZ已不能满足下一代航空发动机的发展要求。因此，近十几年来，国内外研究人员针对新型热障涂层陶瓷材料、制备工艺、性能表征及性能预测等方面展开了广泛而深入的研究。
近日，中国建筑材料科学研究总院有限公司所属国检集团研究团队在《Ceramics Internatioal》发表了题为《高熵氧化物陶瓷的合成、微观结构和热物理性能》的论文。国检集团万德田团队探讨了高熵稀土锆酸盐陶瓷的致密化合成及微观结构和热物理性能，探索其在热障涂层领域的应用前景。
该研究主要是采用冷等静压结合无压烧结法合成出致密度为93.7%RD的高熵氧化物陶瓷。对其微观结构和物理性质进行了系统表征，探索出其本征硬度为7.9GPa，抗弯强度为187.9MPa。此外，弹性模量和剪切模量分别从25℃时的148.05GPa和56.68GPa下降到1200℃时的117.44GPa和44.63GPa。在25-1200℃温度范围内，热扩散系数从0.0053cm3/s 降至0.0041cm3/s，热膨胀系数为11.0×10-6K-1。高熵氧化物陶瓷优异的隔热性能及其与镍基超合金相似的热膨胀系数表明，该材料在隔热涂层领域具有广阔的应用前景。
什么是高熵热障涂层陶瓷材料？
高熵热障涂层陶瓷材料以原有材料的结构为基础，在特殊原子占位上引入局部高熵设计，使得材料的某些性能因高熵设计得以改善，从而更好地满足热障涂层使用要求。
目前，绝大部分高熵热障涂层陶瓷材料中的高熵设计均以稀土元素为主，这是由于镧系元素具有原子尺寸差异小、性质相似的特点，更有利于形成稳定的单相固溶体，从而达到调控材料综合性能的目的。其中，高熵稀土锆酸盐陶瓷均具有良好的高温相稳定性、良好的抗烧结性以及超低的热导率，高熵稀土锆酸盐在诸多综合性能的组合上达到了较好的平衡。
几种典型高熵热障涂层陶瓷材料性能优缺点的对比
高熵热障涂层陶瓷热导率、热膨胀系数和断裂韧性比较
高熵热障涂层陶瓷材料热导率的降低是比较明显的趋势，热膨胀性能和断裂韧性也能得到一定程度的调控。为满足下一代高推重比、低油耗比的高性能航空发动机的研制需求，新一代热障涂层陶瓷候选材料层出不穷。可以预见，高熵稀土锆酸盐、高熵稀土钽酸盐和高熵稀土氧化物等是未来新型热障涂层陶瓷层较有潜力的几种代表材料。
来源：中国建材总院
罗学维等：高熵热障涂层陶瓷材料研究进展
（中国粉体网编辑整理/空青）
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