導讀：為了構建晶格畸變等微觀結構對高熵稀土二硅酸鹽陶瓷耐CMAS腐蝕性能的影響，本文采用固相反應法制備了高熵稀土二硅酸鹽陶瓷材料：(Y_0.25Sc_0.25Er_0.25Yb_0.25)₂Si₂O₇(RESO1), (Y_0.2Sc_0.2Er_0.2Yb_0.2Lu_0.2)₂Si₂O₇(RESO2) 和 (Y_0.2Sc_0.2Er_0.2Yb_0.2Gd_0.2)₂Si₂O₇(RESO3)。RESO3陶瓷具有最大的晶格畸變，增強了遲滯擴散效應，從而抑制了Ca²⁺離子對陶瓷晶粒的侵蝕。因此RESO3樣品具有最佳的耐腐蝕能力，在1300℃腐蝕48h后，反應層僅為18.36 μm。在1500℃腐蝕48h后，樣品依然有殘余熔鹽的剩余，表現出最佳的抵抗CMAS腐蝕的能力。

SiC纖維增強SiC陶瓷基復合材料（SiC-CMCs）具有優異的熱學和力學性能，有望成為先進燃氣輪機發動機與航空發動機熱端構件的新一代材料。然而SiC-CMCs易受高溫水氧和熔融CMAS腐蝕。因此，引入環境障涂層（EBCs）對其進行保護是至關重要的。高熵稀土二硅酸鹽具有與SiC-CMCs相匹配的熱膨脹系數，較低的熱導率以及良好的損傷容限，是極具潛力的EBCs候選材料。目前，對于其耐腐蝕能力的研究，往往歸因于活性稀土元素（如Gd、Y）易生成磷灰石產物阻擋層，進而抑制CMAS腐蝕進行。然而，高熵陶瓷中的晶格畸變效應影響陶瓷與CMAS的反應-析出過程。為了進一步改善高熵稀土二硅酸鹽的耐CMAS腐蝕能力，構建微結構與耐腐蝕能力的關系是必要的。

沈陽工業大學材料學院王占杰團隊設計了三種不同的高熵稀土二硅酸鹽陶瓷體系，并探究了晶格畸變與耐CMAS腐蝕行為的關系。結果表明：在1300℃腐蝕時，較大晶格畸變能抑制陶瓷與CMAS的反應-析出過程，減緩Ca²⁺對陶瓷的侵蝕。RESO3樣品具有最大的晶格畸變，導致良好的耐腐蝕能力。在1500℃腐蝕時，其耐腐蝕能力不僅與陶瓷的晶格畸變相關，而且與其等效離子半徑大小有關。隨著反應溫度的提高，CMAS熔體活性增強，熔體會沿著晶界滲透，而RESO3樣品具有最大的等效離子半徑會較快的生成反應產物，降低殘余CMAS熔體活性，從而抑制后續的腐蝕過程。相關研究結果以題為“Investigation on the relation of microstructures and CMAS corrosion resistance of high entropy RE disilicates”發表在國際腐蝕領域頂刊Corrosion Science上。材料學院碩士研究生肖國政為第一作者，王超副教授和吳玉勝教授為本文的共同通訊作者，本校功能材料專業本科生沈琪雨同學參與了本文的研究工作。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.corsci.2023.111727

圖1 陶瓷的微結構與表征：(a-c) (xRE_1/x)₂Si₂O₇陶瓷的SEM圖及EDS元素圖譜；(d) (xRE_1/x)₂Si₂O₇陶瓷的XRD圖譜；(e) (xRE_1/x)₂Si₂O₇陶瓷的XRD精修；(f) (xRE_1/x)₂Si₂O₇陶瓷的晶格畸變度；(g) β相結構的示意圖。

圖2陶瓷耐腐蝕性能：(a-f) (xRE_1/x)₂Si₂O₇陶瓷1300 ℃-48 h腐蝕表面及截面圖；(g)和(h) 在1300 ℃下經CMAS腐蝕48 h后的XRD圖譜及反應層厚度與單主元厚度對比圖；(a’-i’) (xRE_1/x)₂Si₂O₇陶瓷1500 ℃腐蝕截面圖；(j’) 在1500 ℃下經CMAS腐蝕2 h后的XRD圖譜；(k’)稀土元素腐蝕截面出各相中的含量變化曲線。

圖3環硅酸鹽相和磷灰石相的晶體結構示意圖