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低导热系数的热障涂层(TBC)对提高发动机的热效率具有重要作用。在过去的几十年里,很多氧化物陶瓷都被提出作为新型TBC材料。其中Re2B2O7型稀土氧化物因具有导热系数低、热稳定性好以及具有离子导电性等特性,在提高涂层材料热循环寿命方面极具优势。然而,目前面临的挑战是如何进一步降低热导率、提高服役性能。高熵陶瓷是近年来兴起的一类高性能陶瓷材料,通过结构高熵化可以带来高熵效应、迟滞扩散效应、晶格畸变效应以及鸡尾酒效应,进而大大提高材料的性能。本文提出了一种新的非等价态判据方法用于预测单相高熵氧化物的形成,并根据判据要求,采用La2O3、ZnO、MgO、CeO2、WO3、MoO3等原料,利用固相烧结法,成功制备出La2(ZnMgCeWMo)2O7萤石结构高熵氧化物及La2(Zn Mg Zr WMo)2O7、La2(ZnMgHfWMo)2O7、La2(ZnMgSnWMo)2O7三种烧绿石结构高熵氧化物。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜和能谱仪(SEM–EDS)对所得高熵陶瓷的物相组成、显微形貌和元素分布进行了分析,并阐明了高熵形成机理。系统研究了所得高熵陶瓷的热导率、热膨胀系数和热稳定性等热物理性能以及高温CMAS(Ca O、MgO、Al2O3、SiO2)腐蚀性能,为开发新型、高性能TBC材料奠定了基础。主要研究内容包括以下三个方面:(1)Re2B2O7型高熵稀土氧化物的形成判据:在满足容差因子和Pauling第一规则的基础上提出非等价态替代的方法(之前报道都为等价态替代)来作为判定能否形成高熵的判据。基于此判据对La2B2O7的B位进行了非等价态替换设计,结果表明该判据可以用作单相形成与否的有力判据,突破了传统只能使用等价态元素替换的限制,丰富了高熵陶瓷形成的选择性。据此,我们成功地制备出La2(Zn Mg Zr WMo)2O7、La2(ZnMgHfWMo)2O7、La2(ZnMgSnWMo)2O7三种烧绿石结构高熵氧化物及La2(ZnMgCeWMo)2O7萤石型高熵氧化物。通过表面形貌分析,La2(Zn Mg Zr WMo)2O7、La2(ZnMgHfWMo)2O7、La2(ZnMgSnWMo)2O7三种烧绿石结构高熵陶瓷的晶粒均为八面体形,B位离子占位随机无序、分布均匀。La2(ZnMgCeWMo)2O7萤石型高熵氧化物由于B位离子半径较大,在1500℃时发生逆向反应,分解出MgO与CeO2,说明在La2B2O7型稀土氧化物中,当r(A3+)/r(B4+)<1.46时,晶体结构会发生有序-无序的转变。在对照组La2(Zn Mg Ti WMo)2O7与La2(Zn Ni Ti WMo)2O7中离子半径超出判据限制范围,无法生成单相(生成单斜相La2(Zn Mg Ti WMo)2O7与MgO、La2WMoO9、La TiO3等多相化合物),证明我们提出的非等价态判据是可行的。(2)热物理性能研究:对所得四种高熵陶瓷的热导率、热膨胀系数、热稳定性等进行了系统研究,结果表明四种La2B2O7型高熵氧化物都具有较高的热膨胀系数、较低的热导率。随着B位平均离子半径的增加,材料的热膨胀系数与热导率都增加。随着温度的升高,四种材料的热膨胀系数增大,在1200℃时,La2(ZnMgCeWMo)2O7、La2(Zn Mg Zr WMo)2O7、La2(ZnMgHfWMo)2O7、La2(Zn MSn WMo)2O7四种高熵陶瓷热膨胀系数均达到最大,分别为:14.3×10-6K-1、13.9×10-6 K-1、13.4×10-6 K-1、12.6×10-6 K-1。随着温度升高,四种材料的热导率均出现先下降,后升高的现象,除萤石型La2(ZnMgCeWMo)2O7在800℃达到最低的热导率,其余三种材料均在600℃达到最低的热导率,对应值为1.4(W/m·K)、0.8(W/m·K)、1.1(W/m·K)和1.1(W/m·K)。La2(Zn Mg Zr WMo)2O7、La2(ZnMgHfWMo)2O7、La2(ZnMgSnWMo)2O7三种烧绿石结构高熵陶瓷均表现出良好的热稳定性。(3)高温CMAS腐蚀性能:CMAS腐蚀结果发现La2(ZnMgCeWMo)2O7、La2(Zn Mg Zr WMo)2O7、La2(ZnMgHfWMo)2O7、La2(ZnMgSnWMo)2O7四种高熵陶瓷,经过高温CMAS腐蚀后均生成了磷灰石(Ca La4(SiO4)3O)、镁铝尖晶石(Mg Al2O4)及钙铝黄长石(Ca2Al2O7Si)等。腐蚀截面表现为CMAS残留层、结合层以及高熵陶瓷基体三层结构。根据结合层深度可知,La2(ZnMgCeWMo)2O7、La2(Zn Mg Zr WMo)2O7、La2(ZnMgHfWMo)2O7三种高熵陶瓷都具有优异的抗CMAS腐蚀性能,CMAS腐蚀20 h后结合层深度仅为8.3μm、13.5μm、12.57μm,其中La2(ZnMgCeWMo)2O7萤石型高熵氧化物具有最优异的抗CMAS腐蚀性能。