导读：为了系统研究平均RE³⁺离子半径对高熵稀土二硅酸盐微观结构及CMAS腐蚀行为的影响，本文设计并制备了11种不同摩尔比的高熵稀土二硅酸盐陶瓷材料：(Gd_x1Y_x2Er_x3Yb_x4Lu_x5)₂Si₂O₇ (x1+x2+x3+x4+x5=1)，即 ((5RExi)₂Si₂O₇) 材料。精确调控平均RE³⁺离子半径可直接控制相成分和腐蚀行为。增大平均RE³⁺离子半径可诱导高熵稀土二硅酸盐发生β→γ→δ相变，其β/γ和γ/δ相界处的关键转变半径分别为0.886和0.9 Å。所有 ((5RExi)₂Si₂O₇)组分在1300 °C下均表现出优异的CMAS耐腐蚀性能。在1500 °C的超高温度下，CMAS腐蚀同时涉及晶界腐蚀和晶粒溶解。随着平均RE³⁺离子半径的增大，主导腐蚀模式逐渐从晶界腐蚀转向晶粒溶解。

SiC_f / SiC陶瓷基复合材料 (CMCs) 具有优异的机械性能和高温抗蠕变性能，成为高推重比航空发动机热端部件的理想候选材料。然而，SiC-CMCs的失效通常由暴露于高温腐蚀介质引起。因此，使用环境屏障涂层 (EBCs) 保护SiC-CMCs免受热腐蚀至关重要。高熵稀土二硅酸盐(nRE)₂Si₂O₇ 具有与SiC-CMCs相匹配的热膨胀系数，较低的热导率以及良好的损伤容限，是极具潜力的EBCs候选材料。目前合成 (nRE)₂Si₂O₇ 的关键挑战在于预测特定成分能否形成具有理想相和晶体结构的单相体系。然而，多种主RE³⁺离子在固溶体中的掺入不仅影响相组成，还会深刻改变晶体结构本身，进而影响晶格常数、晶格畸变和空位浓度等参数。因此，精确调控 (nRE)₂Si₂O₇ 的晶体结构对性能优化至关重要。

沈阳工业大学材料学院王占杰团队设计了十一种不同的高熵稀土二硅酸盐陶瓷体系，并探究了平均RE³⁺离子半径与高熵稀土二硅酸盐微观结构和耐CMAS腐蚀行为的关系。结果表明：随着平均RE³⁺离子半径的增大，这些材料的相组成逐渐从β型向δ型转变，同时各相区内的RE-O键长增加，[REO₆]晶格畸变程度也逐步降低。在1300°C条件下进行CMAS腐蚀实验时，通过反应沉淀机制可形成致密的环硅酸盐腐蚀产物层，其形成主要受相组成、RE-O键长及晶格畸变程度的共同调控。当温度升至1500°C时，晶界腐蚀与晶粒溶解成为主要腐蚀形式。此时由磷灰石和再沉淀的(5RE_xi)₂Si₂O₇构成的腐蚀产物可通过溶解-沉淀机制生成，其腐蚀行为主要取决于平均RE³⁺离子半径。

相关研究结果以题为“Tuning structure and CMAS corrosion behavior in high-entropy RE disilicate via average RE³⁺ ionic radius”发表在国际腐蚀领域顶刊Corrosion Science上。材料学院硕士研究生焦志国与肖国政为共同第一作者，王超副教授为本文的通讯作者。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.corsci.2025.113280

图1 陶瓷的微结构与表征：(a) ((5RExi)₂Si₂O₇)陶瓷的XRD图谱；(b) RE₂Si₂O₇的相变图和β、γ、δ相结构的示意图；(c) ((5RExi)₂Si₂O₇)陶瓷的XRD精修图和RE-O键长以及晶格畸变度图谱；(d) ((5RExi)₂Si₂O₇)陶瓷的SEM图及EDS元素图谱。

图2陶瓷1300°C耐腐蚀性能：(a) ((5RExi)₂Si₂O₇)陶瓷在1300 ℃经CMAS腐蚀24 h和48 h腐蚀截面图；(b) 在1300 ℃下经CMAS腐蚀48 h后的反应层厚度图；(c) R1和R10陶瓷试样在1300 ℃下经CMAS腐蚀24 h后的截面局部放大图；(d) R3、R7、R9和R11陶瓷试样在1300 ℃下经CMAS腐蚀24 h后的XRD图和其中各相的含量图。

图3陶瓷1500°C耐腐蚀性能：(a) ((5RExi)₂Si₂O₇)陶瓷在1500 ℃下经CMAS腐蚀2 h、24 h和48 h的腐蚀截面图；(b) R3、R7、R9和R11陶瓷试样在1500 ℃下经CMAS腐蚀24 h后的XRD图。