近日，华南理工大学材料app与工程学院研究员褚衍辉团队通过多尺度结构设计，成功制备出兼具超强力学强度和高隔热的高熵多孔硼化物陶瓷材料。同时，该材料还展现出了2000摄氏度高温稳定性。相关成果发表于《先进材料》。

制备出的材料样品。受访者供图

随着新一代高超声速飞行器飞行速度的不断提升，对隔热材料的力学强度、热导率和耐温性提出了更严苛的要求，兼具优异力学强度及隔热属性的多孔陶瓷材料一直是app家的追求目标。然而，这两种属性在一定程度上相互制约，对于传统的多孔陶瓷来说往往难以兼得。如果通过简单降低多孔陶瓷的相对密度，可显著提高材料的隔热性能，但这往往会导致材料力学强度的大幅下降。同时，传统多孔陶瓷材料耐温普遍小于1500摄氏度，高温服役过程中常面临着体积收缩、力学性能衰减等问题，无法满足日益严苛的服役需求。

针对上述问题，褚衍辉团队通过多尺度结构设计，成功制备出高熵多孔硼化物陶瓷材料。该材料的优异性能源于“三大法宝”，即微观尺度上构筑的超细孔、纳米尺度上强晶间界面结合，以及原子尺度上严重晶格畸变。

褚衍辉（右一）与团队在实验室。受访者供图

论文共同通讯作者褚衍辉表示，在微米尺度上，团队通过超高温快速合成技术在数十秒内完成烧结，抑制晶粒生长，进而在材料内构筑均匀分布的亚微米级超细孔隙；在纳米尺度上，通过进一步固溶反应，建立晶粒之间强界面结合；在原子尺度上，通过引入9元阳离子严重晶格畸变，提高晶格内部的应力场和质量场波动，提高硼化物的本征力学强度。

据他介绍，团队通过X 射线衍射和精修计算、高精度CT成像、高分辨透射电子显微镜、电镜能谱、透射电镜能谱等方式，证实了所制备的材料在结构、元素均匀性上均有着优异表现。

在对制备出的材料进行力学性能测试时，团队发现在50%气孔率下，其压缩强度为337 兆帕，显著高于已报道的多孔陶瓷材料。在1500摄氏度高温原位压缩测试中，其力学强度保持率大于95%，达到332兆帕。特别是，材料在1800和2000摄氏度的高温下由脆性断裂行为转变为压缩塑性变形行为，压缩过程中伴随着材料的致密化，最终在约49%应变下强度达到了690 兆帕。相较于目前已报道的其他多孔陶瓷，该材料展现出了出色的高温压缩强度。

团队还发现，所制备出的材料同时展现出优异的高温隔热性能和热稳定性。材料在50%气孔率下，热导率可低至0.76瓦/米·度^?1。在进行1000、1500、2000摄氏度高温热处理后，材料的体积尺寸几乎未发生任何变化（2000摄氏度时收缩率仅为2.4%），力学强度无衰减，具有出色的高温热稳定性。

论文共同通讯作者、华南理工大学副教授庄磊表示，该高熵多孔陶瓷材料在航空航天、能源化工领域具有广阔的应用前景。（来源：明升中国app报 朱汉斌）

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