陕西科技大学发现用于超高温的新型隔热材料：分级多孔高熵陶瓷

盖世汽车讯 隔热材料是高超声速飞行器热防护系统（TPS）的重要组成部分。近年来，高熵陶瓷因其由多组分和扭曲晶格引起的声子散射而具有较低的热导率，在隔热领域引起了极大的关注。在可用的各种选择中，多孔高熵碳化物（PHEC）陶瓷因其固有特性（例如高熔点、优异的高温稳定性、低密度和优异的隔热性能）已成为TPS的有希望的候选材料。

图片来源：期刊《Advanced Ceramics》

通常，多孔高熵碳化物陶瓷是使用各种方法制造的，例如模板法、直接发泡法和部分烧结法。为了合成这些陶瓷，通常使用金属碳化物或氧化物作为起始材料，采用固态方法。这需要大量的研磨来分散各种成分，并需要极高的加工温度来加速原子的扩散。

但该方法能耗大，球磨过程中会引入杂质，破坏化学计量，影响构型熵；高温烧结导致晶粒长大，纳米孔隙消失，难以调控PHEC陶瓷的孔隙率和孔结构；此外，该固相法还限制了高熵碳化物的成型和加工。

据外媒报道，近日，陕西科技大学（Shaanxi University of Science and Technology）欧阳海波教授团队报道了自发泡法制备多孔（Ta0.2Nb0.2Ti0.2Zr0.2Hf0.2）C高熵陶瓷及其微观结构、抗压强度和热导率。

该工作不仅解释了多孔（Ta0.2Nb0.2Ti0.2Zr0.2Hf0.2）C高熵陶瓷独特的分级孔隙结构和优异的抗压、隔热性能的形成机理，而且提供了一种经济、便捷的制备多孔超高温陶瓷的策略。

研究团队在期刊《Advanced Ceramics》上发表了相关研究成果。“在本报告中，我们以市售的金属氯化物和糠醇为前体，采用自发泡法合成了多孔（Ta0.2Nb0.2Ti0.2Zr0.2Hf0.2）C高熵陶瓷。这种方法的灵感来自于FA的自发泡行为。”

陕西科技大学材料科学与工程学院教授欧阳海波介绍说：“以金属氯化物为催化剂，通过氟化石墨自缩合，可以制备出含有钛、锆、钽、铌、铪等元素的聚合物泡沫，再通过热解和碳热还原过程，将泡沫聚合物转化为多孔陶瓷。”

“PHEC陶瓷由2μm大小的微球构成，孔隙率高达91.3%，且具有相互连通的框架。这些微球由高熵碳化物颗粒（20纳米）组成，导致PHEC陶瓷中存在丰富的界面和纳米级孔隙。由于其独特的分级结构，制备的PHEC陶瓷具有出色的抗压强度（28.1±2 MPa）和室温下极低的热导率（0.046 W·m−1·K−1）。这使其成为超高温应用中有前途的隔热材料，”欧阳教授表示。

然而，目前仍需要进一步研究以探索多孔（Ta0.2Nb0.2Ti0.2Zr0.2Hf0.2）C高熵陶瓷作为新型隔热材料的抗氧化性。