華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院褚衍輝研究團隊通過多尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計，成功制備了兼具超強力學(xué)強度和高隔熱性的高熵多孔硼化物陶瓷材料。同時，該材料還展現(xiàn)出了2000℃高溫穩(wěn)定性。相關(guān)研究成果近日刊發(fā)于國際期刊《先進材料》。

隨著飛行速度的不斷提升，新一代高超聲速飛行器對隔熱材料的力學(xué)強度、熱導(dǎo)率和耐溫性提出了更嚴苛的要求。兼具優(yōu)異力學(xué)強度及隔熱屬性的多孔陶瓷材料一直是科學(xué)家的追求目標，然而，這兩種屬性在一定程度上是相互制約的。

“如果通過簡單降低多孔陶瓷的相對密度，可顯著提高材料的隔熱性能，但這往往會導(dǎo)致材料力學(xué)強度大幅下降。同時，傳統(tǒng)多孔陶瓷材料耐溫性能普遍低于1500℃，高溫服役過程中常面臨著體積收縮、力學(xué)性能衰減等問題。”褚衍輝介紹。

圖片:640 (50).png

高熵多孔硼化物陶瓷材料樣品

研究團隊制備出的這種高熵多孔硼化物陶瓷材料，其優(yōu)異性能源于“三大法寶”，即微觀尺度上構(gòu)筑的超細孔、納米尺度上強晶間界面結(jié)合，以及原子尺度上嚴重晶格畸變。

據(jù)介紹，在微米尺度上，團隊通過超高溫快速合成技術(shù)在數(shù)十秒內(nèi)完成燒結(jié)，抑制晶粒生長，進而在材料內(nèi)構(gòu)筑均勻分布的亞微米級超細孔隙。在納米尺度上，團隊通過進一步固溶反應(yīng)，建立晶粒之間強界面結(jié)合。在原子尺度上，團隊通過引入9元陽離子嚴重晶格畸變，提高晶格內(nèi)部的應(yīng)力場和質(zhì)量場波動，提高硼化物的本征力學(xué)強度。

在力學(xué)性能測試中，該高熵多孔陶瓷材料展現(xiàn)出了出色的高溫壓縮強度、優(yōu)異的高溫隔熱性能和熱穩(wěn)定性，在航空航天、能源化工領(lǐng)域?qū)⒂袕V闊的應(yīng)用前景。