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蘭州化物(wù)所高熵碳化物(wù)陶瓷研究獲新進展
來源：固體潤滑國(guó)家重點實驗室 時(shí)間(jiān)：2023-07-21

高熵材料是近年(nián)發展起來的一(yī)類新興材料，其高熵的熱(rè)力學特征表現出諸多新奇特性，為(wèi)前沿領域提供了(le)重大科學啓示和(hé)廣闊研究空間(jiān)。高熵碳化物(wù)陶瓷以其獨特的組成、微(wēi)觀結構和(hé)良好的力學性能(néng)等備受研究者青睐。

近期，中國(guó)科學院蘭州化學物(wù)理研究所固體潤滑國(guó)家重點實驗室高溫摩擦學課題組在高性能(néng)高熵陶瓷材料的設計、制備及摩擦學性能(néng)研究方面獲新進展。

針對高熵碳化物(wù)陶瓷制備困難的問(wèn)題，研究人(rén)員(yuán)以石墨作(zuò)為(wèi)碳源，采用氧化物(wù)碳熱(rè)還原法，結合高能(néng)球磨及放電等離子燒結技術(shù)，制備了(le)高緻密的單相高熵陶瓷塊體材料，材料結晶性好、純度高、成分均勻、抗磨損性能(néng)優異（圖1）。此外(wài)，研究人(rén)員(yuán)通(tōng)過添加少(shǎo)量金(jīn)屬鋁，可(kě)明(míng)顯降低(dī)高緻密高熵陶瓷塊體的燒結溫度。相關研究成果發表在Tribology International（2021,157:106883; 2023,184:108471）上(shàng)。

研究人(rén)員(yuán)提出了(le)利用單相高熵碳化物(wù)陶瓷自(zì)身組成元素提供潤滑性能(néng)的策略，開(kāi)展了(le)單相高熵碳化物(wù)陶瓷摩擦誘導自(zì)潤滑行(xíng)為(wèi)研究。通(tōng)過調控高熵陶瓷體系的組成（(Hf-X-Nb-Ta-Ti)C, X為(wèi)Mo, W, V, Zr），發現了(le)系列在高溫真空環境下(xià)具有自(zì)潤滑性能(néng)的單相高熵碳化物(wù)陶瓷材料，其摩擦系數(shù)最低(dī)可(kě)達0.1（圖 2）。這(zhè)主要(yào)是由于高熵陶瓷材料在高溫摩擦誘導作(zuò)用下(xià)，在磨損表面生成了(le)具有潤滑性能(néng)的非晶碳膜（圖3）。此外(wài)，研究人(rén)員(yuán)通(tōng)過調控(HfMoNbTaTi)C系高熵陶瓷的高溫潤滑組元Mo，獲得了(le)在大氣高溫工(gōng)況下(xià)具有自(zì)潤滑性能(néng)的單相高熵陶瓷材料。相關研究成果先後發表在Scripta Materialia（2023,227:115273）、Journal of the American Ceramic Society（2023,106:4987-4996）和(hé)Journal of the European Ceramic Society（2023,43:5099-5107）上(shàng)。

相關研究獲中國(guó)發明(míng)專利授權3項（ZL202010946401.1, ZL202111451319.2, ZL202211459351.X）。

上(shàng)述工(gōng)作(zuò)第一(yī)作(zuò)者分别為(wèi)蘭州化物(wù)所助理研究員(yuán)孫奇春和(hé)蘭州理工(gōng)大學聯合培養碩士生陳文邦。

以上(shàng)工(gōng)作(zuò)得到了(le)國(guó)家重點研發計劃、國(guó)家自(zì)然科學基金(jīn)委、甘肅省青年(nián)科技人(rén)才托舉工(gōng)程等項目的支持。