高熵陶瓷固溶结构的透射电镜研究

郭晓杰^1,2，鲍伟超¹，刘吉轩³，王新刚¹，张国军³，许钫钫¹

1. 中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室2. 中国科学院大学材料科学与光电子功能中心3. 东华大学功能材料研究所纤维材料改性国家重点实验室

摘 要：高熵会带来热力学上的高熵效应、结构上的晶格畸变效应、动力学上的迟滞扩散效应以及性能上的"鸡尾酒"效应,通过高熵设计来提高陶瓷材料的性能是目前研究的热点,而通过透射电镜揭示高熵结构及其与性能相关性的研究还很缺乏。本研究以相应金属氧化物、碳化硼和石墨为原材料,在制备高熵硼化物和高熵碳化物粉体的基础上,利用放电等离子体烧结制备得到高熵（TiZrHfNbTa）B₂和（TiZrHfNbTa）C陶瓷。采用透射电子显微镜及其能谱分析手段对两种高熵陶瓷进行了纳米尺度和原子尺度的结构表征,发现过渡金属元素固溶后保持了晶体结构的完整性,五种元素分布均匀,但在原子尺度存在固溶元素的浓度振荡、原子离散和晶格应变。本工作获得的原子尺度的固溶结构信息将有助于对高熵陶瓷构效关系的理解,并为高熵陶瓷的组分和结构设计提供实验依据。

关键词：高熵陶瓷;透射电镜;纳米尺度结构;原子尺度结构;