近日，華南理工大學材料科學與工程學院褚衍輝研究員課題組成功開發出兼具超強力學強度和耐高溫的高熵多孔碳化物陶瓷材料。這種可耐3600℃高溫的高熵碳化物陶瓷材料，在航空航天、新能源等需耐受極端高溫的領域具有廣闊的應用前景，突破了相關領域的研究瓶頸。

該成果于6月5日首次發表于先進材料（advanced materials）期刊，論文地址：https://doi.org/10.1002/adma.202507254

(Hf, Ta, Zr, W)C高熵碳化物氧化產物結構表征和3600℃抗氧化性能

圖片來源：華南理工大學新聞網

在高溫環境下實現卓越的耐氧化性一直是超高溫材料在相關應用中所期望的，然而能在2000℃以上穩定服役的材料屈指可數。比如，2000℃已逼近難熔合金的耐溫極限；碳基復合材料（比如C/C）雖然具有更優異的耐溫性（3000℃），但碳材料在370℃有氧環境中便會發生氧化，導致力學性能顯著下降；超高溫陶瓷熔點雖然大于3000℃，但由于其抗氧化溫度始終未能突破3000℃，嚴重制約了新一代先進空天飛行器熱防護系統的開發。

本次華南理工大學研究團隊自主搭建了超高溫激光氧化測試平臺，以Hf、Ta、Zr元素為基礎，設計了不同組分的高熵碳化物陶瓷，并測試了在2400-3000℃下的抗氧化性能。發現（Hf, Ta, Zr, W）C高熵碳化物的超高溫抗氧化性能主要得益于生成的具有超高熔點的鎢合金。相比其他元素，鎢元素的表面氧原子吸附能最高，導致氧化難度最大，而除鎢以外的其余元素則會優先氧化，并包裹于鎢合金表面，進一步阻礙鎢合金的氧化。在此原理基礎上，鎢合金彌散分布于氧化物層，可作為高熔點骨架，提高氧化物黏度，進而有效降低氧化物的高溫揮發，阻礙氧氣向內部基體滲透。測試結果驗證其抗氧化性達到2.7 μm·s^?1（3600℃），顯著優于已報道的其他超高溫材料。

該研究受到了審稿人的高度評價，一致認為是超高溫材料領域的重大突破。論文通訊作者為華南理工大學莊磊副教授、褚衍輝研究員；第一作者為華南理工大學博士研究生文子豪、劉譯文。

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