新型高速飞行器正朝着更快速度方向发展，对材料耐高温、抗烧蚀等综合性能提出了更为苛刻的要求。 来自中科院上硅所等单位的研究人员首次系统研究了5 MW/m2热流下Cf/(Ti0.2Zr0.2Hf0.2Nb0.2Ta0.2)C-SiC高熵陶瓷基复合材料的空气等离子烧蚀行为，提供了温度高达 2430°C 的准真实高超音速服役环境。

Cf/(Ti0.2Zr0.2Hf0.2Nb0.2Ta0.2)C-SiC复合材料具有优异的抗烧蚀性能，线性衰退率为~2.89 μm/s，质量衰退率为~2.60 mg/s，可归因于样品表面形成的致密稳定的氧化物层。 (Ti0.2Zr0.2Hf0.2Nb0.2Ta0.2)C在烧蚀中心被氧化成高熵氧化物(TiZrHfNbTa)Ox，形成具有均匀分散的(TiZrHfNbTa)Ox微球的高粘性SiO2熔体。而在烧蚀中心的边缘，在冷却过程中会发生沉淀，氧化物层变成板状（Hf0.5Zr0.5O2）'骨架，被（TiNbTaO7-y）'纳米晶体和连续的SiO2熔体包围。

相比之下，(Ti0.2Zr0.2Hf0.2Nb0.2Ta0.2)C氧化生成(Hf0.5Zr0.5O2)’和(TiNbTaO7-y)’在烧蚀过渡区和温度较低的外部区域占主导地位。烧蚀过程中形成的多相氧化物为超高温下的内部材料提供了稳定且高度自愈的保护层。

相关研究成果以Ablation behavior and mechanisms of Cf/(Ti0.2Zr0.2Hf0.2Nb0.2Ta0.2)C-SiC high-entropy ceramic matrix composites为题，发表在复合材料领域顶级期刊Composites Part B: Engineering。

论文链接

https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.110177

微观形貌、晶体结构解析及元素组成分析

复合材料在高温烧蚀和降温过程中的物相转变示意图

来源：上海硅酸盐研究所。