高熵热障涂层陶瓷材料：航空航天新型热障涂层“潜力股”

现代航空发动机高压涡轮普遍采用镍基高温合金，其最高工作温度大约是1100℃，四代航空发动机涡轮前温度已经达到1600℃，抵达材料表面温度也有1100℃，此种高温极端环境下材料易变软，导致无法承受高速运动产生的应力，且未来发动机燃气温度有可能超过2000℃，抵达材料表面温度更在1500℃以上，因此仅凭镍基高温合金材料本身已不能适应要求，需要热障涂层来进一步降低材料工作温度。

热障涂层（TBCs）是先进燃气涡轮发动机核心热端部件高压涡轮叶片的关键技术，已经在航空发动机和地面燃气轮机上获得成功应用的热障涂层陶瓷隔热层材料为氧化钇部分稳定氧化锆（YSZ）。由于受高温稳定性、隔热性能等的局限，YSZ已不能满足下一代航空发动机的发展要求。因此，近十几年来，国内外研究人员针对新型热障涂层陶瓷材料、制备工艺、性能表征及性能预测等方面展开了广泛而深入的研究。

高熵热障涂层陶瓷材料以原有材料的结构为基础，在特殊原子占位上引入局部高熵设计，使得材料的某些性能因高熵设计得以改善，从而更好地满足热障涂层使用要求。

目前，绝大部分高熵热障涂层陶瓷材料中的高熵设计均以稀土元素为主，这是由于镧系元素具有原子尺寸差异小、性质相似的特点，更有利于形成稳定的单相固溶体，从而达到调控材料综合性能的目的。其中，高熵稀土锆酸盐陶瓷均具有良好的高温相稳定性、良好的抗烧结性以及超低的热导率，高熵稀土锆酸盐在诸多综合性能的组合上达到了较好的平衡。    

高熵热障涂层陶瓷材料热导率的降低是比较明显的趋势，热膨胀性能和断裂韧性也能得到一定程度的调控。为满足下一代高推重比、低油耗比的高性能航空发动机的研制需求，新一代热障涂层陶瓷候选材料层出不穷。可以预见，高熵稀土锆酸盐、高熵稀土钽酸盐和高熵稀土氧化物等是未来新型热障涂层陶瓷层较有潜力的几种代表材料。