高熵碳化物的成分工程设计，以实现高达3700°C的优异抗氧化性能

本研究通过优化（Hf,Zr, Ta,W）C系列中氧化产物的比例，开发出非等摩尔Hf0.2Zr0.2Ta0.3W0.3C高熵碳化物，其结构包含高熔点W骨架和(Hf,Zr)6Ta2O17阻挡层，体积比5.5:4.5时抗氧化性达3700°C，较等摩尔产品提升近100%，经长期氧化及热循环测试验证。

摘要

在3000°C以上具有优异抗氧化性能的高熵碳化物（HECs）在超高温应用中需求量很大。然而，相关研究却很少。本文报道了一种非等摩尔比（Hf_0.2Zr_0.2Ta_0.3W_0.3）C HEC的研制，其抗氧化性能可达到3700°C。我们通过系统地调整(Hf, Zr, Ta, W)C系列中氧化产物的比例实现了这一成果。具体而言，首先证实了(Hf, Zr)₆Ta₂O₁₇/W双结构的关键作用：高熔点的W作为骨架稳定了熔融的(Hf, Zr)₆Ta₂O₁₇，而(Hf, Zr)₆Ta₂O₁₇则有效阻挡了氧的扩散，并包裹了W以抑制其氧化。接下来，我们优化了(Hf, Zr)₆Ta₂O₁₇与W的体积比，发现5.5:4.5的比例对HECs的抗氧化性能最为有利。后续研究表明，这种优化后的氧化产物结构不仅提高了热稳定性，还进一步增强了HECs的抗氧化性能，使得非等摩尔比(Hf_0.2Zr_0.2Ta_0.3W_0.3）C的抗氧化性能相比之前报道的等摩尔比(Hf_0.25Zr_0.25Ta_0.25W_0.25)C提高了近100%。通过延长氧化测试时间和进行热循环测试，也验证了其卓越的抗氧化性能。这项工作介绍了一种能够在超高温氧化环境中使用的新型材料。