DOI：10.1016/j.jeurceramsoc.2026.118332

东华大学张国军、刘吉轩研究员团队在《Journal of the European Ceramic Society》上发表了题为“CMAS corrosion behavior of a high-entropy rare-earth aluminate ceramic prepared by atmospheric plasma spraying”的论文。研究对象为(La₀.₂Nd₀.₂Sm₀.₂Eu₀.₂Gd₀.₂) AlO₃（HEAO）高熵稀土铝酸盐钙钛矿陶瓷，采用大气等离子喷涂 APS制备块体试样，核心研究 1350 ℃下 CMAS（钙镁铝硅酸盐，航空发动机沙尘熔融腐蚀源）长时（1‑48 h）腐蚀行为与机理，论证该材料作为新一代抗 CMAS 热障涂层（TBC）的潜力。

01研究背景

传统热障涂层＞1200 ℃发生t→m相变，同时熔融CMAS会渗入涂层内部，造成涂层剥落失效，无法满足下一代航空燃气涡轮更高进气温度需求；单组分稀土铝酸盐热导率偏高，而高熵陶瓷凭借晶格畸变、迟滞扩散效应成为TBC候选，其中高熵稀土铝酸盐由于其优异的热学和力学性能，为下一代TBC材料提供了一条很有前途的途径。本研究采用大气等离子喷涂(APS)法制备了(La₀.₂Nd₀.₂Sm₀.₂Eu₀.₂Gd₀.₂) AlO₃（HEAO）陶瓷。系统地研究了HEAO陶瓷在1350℃下长达48 h的CMAS腐蚀行为和机理。

02研究方法

1.制备方法

高熵稀土铝酸盐陶瓷通过HEAO粉末合成、喷涂造粒、大气等离子喷涂 (APS) 制备块体样品。

2.热力学性能对比

3.CMAS腐蚀

实验过程：1350℃下，反应时间1/24/48h。

◆ 腐蚀1h即可生成约28μm薄且致密无裂纹的保护反应层，48h后厚度几乎不再增长，可有效阻止CMAS 继续侵蚀。

◆ CMAS 渗透深度：1-24h内由429μm增至662μm，48h后因反应产物封堵孔隙且熔融CMAS耗尽而基本停止。相比之下，YSZ腐蚀后生成单斜ZrO₂，伴随体积膨胀和组织疏松，36h即被完全腐蚀破坏。

03可视化高温形变分析仪对于此研究的具体帮助

1.工况模拟与实验参数的快速筛选

DSC只能得到CMAS玻璃相转变温度Tg、熔化吸热峰Tm，但不能直接反映熔体对HEAO陶瓷的润湿铺展行为。通过可视化原位观测，直接看到：CMAS 在1223.6 ℃开始熔化，但并未充分铺展；直到≥1340 ℃熔滴才完全铺展，接触角显著下降。这直接证实：本研究选择1350 ℃作为腐蚀温度是合理的，该温度 CMAS充分熔融润湿，模拟航空发动机真实服役条件；如果仅靠DSC，可能误将1230 ℃当作充分腐蚀温度，造成实验条件偏离实际工况。

2.辅助解释腐蚀渗透现象

可视化看到1350 ℃下CMAS熔体流动性极强，解释了为什么APS试样即便有致密保护反应层，初期 CMAS依然可以沿着孔隙通道渗透到试样内部几百微米深度，把“后离线看到的渗透深度”和“高温熔体流动行为”直接关联，机理逻辑闭环。

04总结

本文采用大气等离子喷涂制备了高熵稀土铝酸盐陶瓷，在1350 ℃下开展 CMAS腐蚀测试，得到主要结论：

1.HEAO具备优异抗CMAS腐蚀能力。1350 ℃腐蚀1h即可形成约28 μm的反应层，即使腐蚀延长至48h，该保护层厚度基本保持稳定且无裂纹产生，有效抑制CMAS进一步侵蚀。

2. HEAO多主元稀土阳离子离子半径存在差异，驱动稀土磷灰石相梯度结晶，产生 “温和腐蚀” 行为，缓解局部热应力，维持反应层结构完整性。

3. 优异的抗腐蚀性能为协同机制：一方面HEAO对CMAS本征化学反应活性较低；另一方面可快速生成致密梯度磷灰石阻挡层。尽管高温下CMAS熔体黏度降低会造成一定渗透，但材料不会发生灾难性失效。后续需优化成分与微观结构，拓宽材料适用温度范围，进一步提升性能。

中环电炉设备介绍

可视化高温形变分析仪，光学非接触法测量材料烧结过程膨胀收缩。材料在变温过程中形状、尺寸及物态变化在线实时观测，并通过智能化数据采集与图像处理系统给出直观、准确的数据及图形报告，产品性能与国际同类产品相当，处于国内领先水平。可视化高温形变分析仪用于材料研发与制造，有助于精确制定材料烧结工艺或热处理工艺，提高产品质量，降低生产成本。

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◆ 高温测试：最高使用温度1600℃/2000℃

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可视化高温接触角测试仪，可实现高温高真空表界面性能测试，是研究高温下不同熔体与相应基体间的接触角变化规律的专用科研装置，可实现高温、高真空条件下材料的表界面性能测试。该仪器能够对低熔点材料在升、降温过程中的收缩、变形、熔化、润湿、铺展及凝固行为进行图像化、定量化表征。

主要功能

◆可静态测量液/固接触角，也可动态测量升降温过程中接触角随时间或温度变化的规律；

◆ 可在线获取接触角θ、液滴直径D、液滴高度H、液滴体积V等参数，用于计算熔体的表面张力，进而评价熔体对基体材料的润湿性。