中國粉體網訊 由中國工程院院士、清華大學材料學院教授李龍土等主編的《先進陶瓷（英文）》，從一個毫不起眼的新刊一點點地發展壯大：2016年被SCIE收錄；2019年影響因子僅為2.889；此后三年連續闖過影響因子5.0、10.0和15.0“三道大關”，達到16.9，躍居全球陶瓷學科期刊首位。
下面，我們通過該期刊上的部分優秀論文，一覽先進陶瓷領域的研究熱點及趨勢。
高熵陶瓷：現狀、挑戰與展望
高熵陶瓷（HEC）是無機化合物的固溶體，其具有一個或多個維科夫位置，由等或接近等原子比的多個主元素共享。盡管在嬰兒階段，這個新的材料家族的出現為材料設計和性能剪裁帶來了新的機會。與金屬不同，陶瓷晶體結構和電子結構的多樣性為通過能帶結構工程和聲子工程進行性能調控提供了巨大的空間。除了高熵合金已經發現的強化、硬化和低熱導率外，還具有巨大的介電常數、超離子電導率、嚴重的各向異性熱膨脹系數、強電磁波吸收等新特性，已經在HEC中被發現。針對這一新興領域的快速發展，HuiminXIANG等對高熵陶瓷的結構特征、穩定性和性能預測的理論方法、制備方法、新性能以及應用前景等方面進行了綜述。加工，表征和性能預測的挑戰也被強調。最后，給出了新材料探索、新工藝、基本理解、深入表征和數據庫評估的未來方向。
有機硅聚合物陶瓷的研究進展
聚合物衍生陶瓷（PDCs）技術在先進陶瓷的制備中顯示出巨大的優勢。有機硅聚合物有利于成型過程，通過對有機硅聚合物進行改性或添加填料，可以制備出成分可控的不同硅基陶瓷。值得注意的是，硅酸鹽陶瓷也可以由有機硅聚合物通過引入活性填料來制造，所述活性填料可以在熱解期間與所產生的二氧化硅反應。有機硅聚合物基陶瓷材料具有許多獨特的性能，引起了各個領域的廣泛關注。ShengyangFU等綜述了典型的有機硅聚合物及其制備硅基陶瓷的方法，重點介紹了三維（3D）打印成型技術在有機硅聚合物陶瓷制備中的應用，為制備復雜結構的硅基陶瓷提供了可能。重點介紹了近年來以有機硅聚合物為原料制備典型的非氧化物和硅酸鹽陶瓷的研究進展及其在生物醫學領域的應用。
織構結構陶瓷的制備及其各向異性研究進展
陶瓷材料通常由隨機取向的晶粒和晶間相組成，其性能是沿著各方向的統計平均值，表現出與均勻微觀結構相對應的各向同性。在陶瓷制備過程中，人們采用了一些方法來實現晶粒的定向排列和擇優生長，從而獲得具有各向異性的織構陶瓷。織構顯微結構給予陶瓷在特定方向上的特殊性能，可以有效地拓展其應用領域。在ZhuoZHANG等的綜述中，典型的織構化技術適用于陶瓷材料，如熱加工，磁取向，和模板晶粒生長（TGG）。介紹了幾種典型的織構結構陶瓷，包括α-Al2O3及相關珍珠層仿生陶瓷、Si3N4和SiAlON、h-BN、MB2基超高溫陶瓷、MAX相及其各向異性性能。
稀土鉭酸鹽和鈮酸鹽（RE3TaO7和RE3NbO7）由于其超低的熱導率和比氧化釔穩定的氧化鋯（YSZ）更好的熱穩定性而被認為是下一代燃氣渦輪發動機中有希望的候選熱障涂層（TBC）材料。然而，低的維氏硬度和韌性是RE3TaO7和RE3NbO7的主要缺點，限制了它們作為TBC材料的應用。為了提高材料的硬度，設計并合成了高熵（Y1/3Yb1/3Er1/3）3TaO7、（Y1/3Yb1/3Er1/3）3NbO7和（Sm1/6Eu1/6Y1/6Yb1/6Lu1/6Er1/6）3（Nb1/2Ta1/2）O7。這些高熵陶瓷具有較高的維氏硬度（10.9-12.0GPa）、接近于單主成分RE3TaO7和RE3NbO7的熱膨脹系數（室溫下為7.9×10-6~10.8×10-6℃-1）、良好的相穩定性以及與熱生長Al2O3良好的化學相容性，有望作為熱障涂層的候選材料。
羥基磷灰石生物陶瓷支架的增材制造：分散，數字光處理，燒結，機械性能和生物相容性
采用基于數字光處理（DLP）的增材制造技術制備羥基磷灰石（HA）生物陶瓷支架。討論了HA生物陶瓷支架的分散、DLP制備、燒結、力學性能和生物相容性等關鍵技術。ChengweiFENG等首先研究了分散劑用量、固相含量和燒結溫度對粉體性能的影響。最佳分散劑用量為2wt%，固相含量為50vol%，燒結溫度為1250℃。研究了HA生物陶瓷支架的力學性能和生物相容性。DLP制備的多孔HA生物陶瓷支架具有優異的力學性能和降解性能。從這項研究中，DLP技術顯示了良好的潛力，制造HA生物陶瓷支架。
原位生成游離碳對聚合物SiC陶瓷電磁吸收性能的影響
為了提高聚合物基SiC陶瓷的介電性能，ZhaojuYU等采用烯丙基聚碳硅烷（AHPCS）與二乙烯基苯（DVB）反應制備富碳SiC，制備了一種新型的單源前驅體。1600℃退火后，SiC陶瓷的游離碳含量由6.62wt%提高到44.67wt%。在900-1600℃退火后，所制備的富碳SiC陶瓷發生了由非晶向晶化的相分離，超細SiC納米晶和亂層碳網絡分散在非晶SiC（O）基體中。通過增加自由碳的結構有序度和含量，可以顯著提高富碳SiC陶瓷的介電性能和電磁波吸收性能。在1600℃時，摻石蠟陶瓷在15.2GHz處的最小反射系數（RCmin）為-56.8dB，厚度為1.51mm，有效帶寬為4.43GHz，具有良好的電磁波吸收性能。富碳SiC陶瓷具有優異的化學穩定性、高溫、抗氧化和耐腐蝕性，被認為是惡劣環境的電磁波吸收劑。
YAG：Ce，Mn紅色透明陶瓷在溫白光LED中的應用
JunrongLING等采用固相反應-真空燒結法制備了YAG：Ce，Mn系列透明陶瓷。系統研究了不同Mn2+-Si4+摻雜量對薄膜結構、透過率和發光性能的影響。這些透明陶瓷的平均晶粒尺寸為10-16μm，晶界干凈，在800nm處的透射率高達83.4%。在460nm激發下，在533、590和745nm處出現三個明顯的發射峰，分別歸屬于Ce3+的5d→4f和Mn2+的4T1→6A1躍遷。因此，Mn2+-Si4+對可以通過補償寬的橙紅色和紅色光譜分量來有效地調制發射光譜，以產生高質量的暖白色光。優化后的YAG：Ce，Mn透明陶瓷與藍光LED芯片封裝后，相關色溫（CCT）低至3723K，發光效率（LE）高至96.54lm/W，有望應用于白色發光二極管（WLED）產業。
（Mg1/3Sb2/3）4+摻雜對Ce2Zr3（MoO4）9陶瓷結構和微波介電性能的影響
XuZHOU等采用傳統固相法制備了Ce2[Zr1-x（Mg1/3Sb2/3）x]3（MoO4）9（0.02≤x≤0.10）陶瓷。在700~850℃的燒結溫度范圍內，X射線衍射分析表明，樣品為單相，空間群為R3¯c。利用掃描電子顯微鏡（SEM）對樣品的微觀結構進行了觀察。通過執行Rietveld細化方法，對這些樣品的晶體結構細化進行了詳細的研究。通過遠紅外反射光譜計算和探索的本征性質。利用Phillips-vanVechten-Levine（P-V-L）理論計算并分析了化學鍵參數與微波介電性能的關系。在725℃燒結6h，得到了介電性能優異的Ce2[Zr0.94（Mg1/3Sb2/3）0.06]3（MoO4）9陶瓷（εr=10.37，Q×f=71,748GHz，τf=-13.6ppm/℃，εr為介電常數，Q×f為品質因數，τf為諧振頻率溫度系數）。
反應放電等離子燒結高熵硅化物
金屬硅化物作為一大類材料，由于其優異的高溫抗氧化性和導電導熱性，在高溫抗氧化涂層、集成電路電極薄膜等功能材料方面得到了廣泛的研究。在這些硅化物中，最為人所知的可能是二硅化鉬（MoSi2），它已被廣泛用作空氣中高達1800℃的電阻加熱元件，并在工業規模上生產了數十年。通過合金化，MoSi2基復合材料成為很有前途的高溫結構件。YuanQIN等采用反應放電等離子體燒結技術，在1300℃燒結15min，成功制備出具有密排六方結構的高熵硅化物（（Ti0.2Zr0.2Nb0.2Mo0.2W0.2）Si2）。還測量了所獲得的（Ti0.2Zr0.2Nb0.2Mo0.2W0.2）Si2的楊氏模量、泊松比和維氏硬度。
銀納米粒子分散BaTiO3復合薄膜光催化活性的增強：電荷轉移的作用
表面等離子體共振（SPR）效應可以增強光吸收和光催化活性，但分散的貴金屬納米顆粒（NPs）與半導體基體之間的電荷轉移（CT）機制一直被忽略。SuweiZHANG等通過X射線光電子能譜和光致發光譜，對Ag納米粒子分散的BaTiO3（Ag/BTO）復合薄膜在紫外光下和可見光下Ag納米粒子對BTO的捕獲作用提供了直接而有力的證據。由于AgNPs到BTO的光吸收和有效的CT，Ag25/BTO薄膜在可見光照射下而不是在UV-Vis光照射下表現出最佳的光催化活性。該工作提供了一個有益的見解，設計高效的等離子體光催化劑，通過考慮金屬和半導體之間的CT增強光催化活性的協同作用。
新型Al2O3基聚空心微球（PHM）陶瓷的相演變與性能
Jia-MinWU等以Si3N4和Al2O3為造孔劑制備了新型Al2O3基聚合物空心微球（PHM）陶瓷。研究了Si3N4和Al2O3兩種不同含量的PHM對Al2O3基PHM陶瓷性能的影響。通過調整Al2O3基PHM的含量，獲得了性能增強的Al2O3基PHM陶瓷。X射線衍射（XRD）結果表明，隨著Al2O3含量從10%增加到100%，Al2O3基PHM陶瓷的主相由β-SiAlON（z值從2.9增加到4）向Al2O3轉變。不同的相組成導致Al2O3基PHM陶瓷的性能不同。隨著Al2O3含量的增加，多孔氧化鋁基PHM陶瓷的氣孔率逐漸減小，收縮率、彎曲強度和斷裂韌性先減小后增大。以不同種類的陶瓷PHMs為造孔劑，通過優化PHMs的配比，可以制備出各種新型、高性能的多孔陶瓷。
用于熱障涂層材料的低熱導率高熵熱解物
FeiLI等采用傳統的固相反應法成功制備了稀土鋯酸鹽高熵輝石型結構。使用六種稀土氧化物（La2O3、Nd2O3、Sm2O3、Eu2O3、Gd2O3和Y2O3）和ZrO2作為原料粉末。將等摩爾比的六種稀土氧化物中的五種與ZrO2混合，在不同溫度下燒結，研究反應過程。結果表明，在1000℃加熱后，形成了高熵的高溫超導體（5RE1/5）2Zr2O7。（5RE1/5）2Zr2O7具有高的抗燒結性和優異的熱穩定性。在300-1200℃溫度范圍內，（5RE1/5）2Zr2O7高熵陶瓷的熱導率均小于1W·m-1·K-1。（5RE1/5）2Zr2O7是一種很有潛力的熱障涂層材料。
高堅韌7YSZ片晶的熱噴涂外延生長與開裂
熱噴涂涂層本質上是層狀材料，含有大量的層狀孔隙。因此，有必要對影響涂層性能的層狀孔隙的形成機理進行研究。LinCHEN等在研究中闡述了層狀孔的形成機制，氧化釔穩定的氧化鋯（ZrO2-7重量%的Y2O3，7YSZ）的飛濺，具有高的斷裂韌性和四方相穩定性。有趣的是，異常的外延生長發生在所有的沉積溫度，盡管非常高的冷卻速率，這清楚地表明化學鍵合和完整的接觸在濺射冷卻前的濺射/基板界面。然而，盡管7YSZ的斷裂韌性高，但在所有沉積溫度下都發生了橫向開裂，這表明片層孔是由于在急冷過程中的大應力引起的橫向開裂/開裂。此外，進行斷裂力學分析，它被發現，應力產生的約束效應的收縮的飛濺由局部加熱基板的值約為1.97GPa。這清楚地表明，應力確實足夠大，以在片狀冷卻期間驅動橫向開裂/剝落形成層狀孔。所有這些都有助于理解層狀結合的基本特征，并進一步定制涂層的結構和性能。
熱障涂層局部剝落損傷的綜合評價
熱障涂層（TBC）由于其對基底金屬部件的熱障作用而使熱截面部件能夠在高溫下工作。然而，在長時間的熱暴露或熱循環后，陶瓷頂涂層中可能發生局部濺射。為了全面了解面漆對整體熱段零件的損傷情況，Wei-WeiZHANG等研究了噴涂層直徑和傾斜角度對基體和面漆溫度分布的影響。結果表明，涂層直徑和傾斜角度對涂層和基體的溫度分布都有顯著影響。在襯底的情況下，最大溫度增量位于空間中心。同時，表面（深度）最大溫升隨孔徑的增大而增大，與傾角無關。而在表面涂層的情況下，最大溫度增量出現在噴涂區域的尖角處，且表面（深度）最大溫度增量隨噴涂直徑和傾角的增大而增大。基于局部剝落對涂層和基體溫度分布的影響，可以評價剝落區對熱障涂層熱性能的損傷效應。
鋰離子電池鈦基納米復合負極材料的研究進展
高能量密度負極材料的研究是下一代鋰離子電池電化學儲能裝置廣泛應用的關鍵。鈦基化合物作為負極材料具有優異的高倍率容量和循環穩定性，且安全性優于石墨。然而，鈦基材料仍然存在容量低的問題，這在很大程度上限制了其商業化應用。ShitongWANG等概述了鈦基陽極材料在LIBs的最新發展，并特別強調的是通過合理設計的混合納米復合材料與轉換/合金型陽極的容量提高。這一綜述有望為設計新型鈦基儲能和轉換材料提供指導。
二維碳化物MXene的二氧化碳吸附
BingxinWANG等在氟化鈉（NaF）和鹽酸（HCl）溶液中剝離MAX相（Ti3AlC2和V2AlC）粉末制備二維碳化物MXex（Ti3C2Tx和V2CTx）。所制備的Ti3C2Tx的比表面積（SSA）為21m2/g，并且V2CTx的比表面積（SSA）為9m2/g。在用二甲亞砜插層之后，Ti3C2Tx的SSA增加到66m2/g；V2CTx的SSA增加到19m2/g。在室溫（298K）0-4MPa下考察了它們對CO2的吸附性能。插層Ti3C2Tx的吸附容量為5.79mmol/g，接近許多常見吸附劑的容量。當SSA為496m2/g時，Ti3C2Tx的理論容量達到44.2mmol/g。此外，由于高填充密度，MXene具有非常高的體積吸收能力。本文測得插層Ti3C2Tx的比容量為502V·v-1。該值已經高于大多數已知吸附劑的體積容量。這些結果表明，MXene具有作為新型CO2捕集材料的一些優勢。
A2B2O7系透明陶瓷的研究進展
A2B2O7系統化合物通常呈現三相結構，其結構特征主要取決于rA和rB的離子半徑比（rA/rB），在熱障涂層、發光粉末、快離子導體、光催化劑和高活性放射性核素固定基質等領域具有潛在的應用價值。自2005年以來，La2Hf2O7被制備成透明陶瓷，而A2B2O7透明陶瓷的新應用引起了人們的廣泛關注。ZhengjuanWANG等綜述了A2B2O7系透明陶瓷的研究進展。綜述了A2B2O7透明陶瓷的結構特征、粉體合成方法和燒結工藝。然后系統地介紹了目前報道較多的A2Hf2O7、A2Zr2O7、A2Ti2O7系透明陶瓷。討論了發光材料的潛在應用領域和未來發展趨勢，重點介紹了發光材料、光學元件和其他發光材料。
SiC基材料（整體SiC和SiCf/SiC復合材料）連接的最新進展：連接工藝、連接強度和界面行為
碳化硅（SiC）材料具有密度低、抗熱震性好、耐高溫氧化、耐輻射等優異的綜合力學性能和物理性能，已被廣泛應用于航天、航空、軍工、核電等領域。SiC基材料（整體SiC和SiCf/SiC復合材料）的連接可以在一定程度上解決因其固有脆性大、沖擊韌性低而導致的加工性能差、大型復雜形狀構件難以制造的問題。GuiwuLIU等從SiC基材料、陶瓷連接和接頭強度表征等方面介紹了SiC基材料的連接方法，并將其分為無中間層、金屬中間層、玻璃陶瓷中間層和有機中間層4類。特別是，連接過程（涉及連接技術和參數條件），接頭強度，界面微觀結構，和/或反應產物突出的界面行為的理解和支持面向應用的連接技術的發展。
（編者注：以上圖片皆來自《先進陶瓷（英文）》，如需閱讀原文，請到《先進陶瓷（英文）》官方網站查閱）
（中國粉體網編輯整理/平安）
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