原文出自Journal of Advanced Ceramics (先进陶瓷)期刊

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Wang Y, Zhang L, Xue T, et al. Densified micro-zone molten salt method for scale-up synthesis of high-entropy ceramic powders. Journal of Advanced Ceramics, 2026, https://doi.org/10.26599/JAC.2026.9221273

文章DOI：10.26599/JAC.2026.9221273

ResearchGate：Densified micro-zone molten salt method for scale-up synthesis of high-entropy ceramic powders

基金支持：

本工作得到了国家自然科学基金(U23A20559、52202025和52304319)、武汉城市圈协同创新科技项目(2025070604020038)、湖南省"湖湘英才"项目(No.2024RC3164)、武汉科技大学"十四五"湖北省优势特色学科(群)项目(2023A0307)的资助。

一、导读

熔盐法已广泛应用于实验室合成高熵陶瓷粉体，但目前仍缺乏可工业化应用的途径。本工作首次开发了一种致密微区熔盐法（DMMS），可用于大批量合成锆酸盐、铪酸盐、硅酸盐及碳化物等高熵陶瓷粉体。DMMS的“致密”块体仅允许表面熔盐的微量蒸发，内部“微区”熔盐池则在相对较低温度下促进高熵相的形成。DMMS不仅能大幅减少熔盐用量，还能显著降低高温过程中熔盐的挥发率，减轻对生产设备的侵蚀。本工作可直接将“致密”熔盐块体置于传统隧道窑内，有望实现工业级大批量合成高熵陶瓷粉体原料。

二、研究背景

氧化物、硅化物及碳化物等高熵陶瓷在热防护、催化与超导等领域有着广阔应用前景，开发低成本、规模化的高熵陶瓷粉体合成方法是其推动应用的关键。熔盐法通过促进反应物在液态介质中的溶解与扩散，有效解决了固-固反应中扩散路径长的问题，显著降低了反应温度与时间；同时盐介质可通过水洗去除，这保障了产物纯度且实现金属盐的回收再利用。但传统熔盐法仍存在不足：一是高温下熔盐易挥发，需过量熔盐维持液相环境，导致熔盐消耗量大、合成成本高；二是大量熔盐挥发也会严重腐蚀生产设备；二是盐/反应物的“粉末”状合成模式限制了批次产量，不利于工业化生产。基于此，本文开发了一种致密微区熔盐法，其可高效规模化合成高熵陶瓷粉体，同时显著降低了熔盐的用量与挥发损耗。

三、文章亮点

1.单相(La_0.2Nd_0.2Sm_0.2Eu_0.2Gd_0.2)₂Zr₂O₇（HEZO）在1200 ℃热处理过程中仅有~10 wt.%的熔盐挥发，而传统CMS法所合成产物存在偏析相，且盐损失高达95 wt.%。

2.DMMS的“致密化”块体仅允许表面熔盐的少量蒸发，内部“微区”熔盐池则有效促进了高熵相的形成。

3.以DMMS法所合成粉体烧结制备了HEZO陶瓷，其力学性能和耐腐蚀性能均优于同工艺制备的La₂Zr₂O₇陶瓷。

4.本工作所开发的DMMS具有以下优势：1）微区熔盐池有利于低温下形成高熵相；2）致密块体显著抑制盐挥发，既最大限度减少熔盐对高温设备的腐蚀，也有利于熔盐的重复利用；3）熔盐用量少，合成成本低；4）适用于各类高熵陶瓷粉体的合成。

四、研究结果及结论

1) 合成工艺

当盐料比为1:1时，采用DMMS在1200 ℃热处理2 h后即可制得纯相HEZO。采用Rietveld法对合成样品的相组成进行分析，结果表明其为烧绿石型结构。所合成样品的SEM图显示HEZO呈多面体形貌，EDS结果表明其稀土元素、锆元素及氧元素在整个区域均匀分布。

图1 DMMS所制得HEZO粉体的XRD、SEM和EDS表征

2) 大批量合成

以尺寸25×25×140 mm³的典型样品为例，如果单台窑车可容纳~8820个该样品，其对应HEZO粉体的单批次产量可高达1102.5 kg。DMMS无需专用设备即可实现大批量生产，其低盐挥发特征、吨级生产能力及与工业窑炉的良好兼容性，使其有望成为规模化合成高熵陶瓷粉体原料的有效路径。

图2 不同尺寸样品在高温热处理前后的照片、产率、盐挥发率以及XRD图谱

3) 机理分析

DMMS的核心在于构建“致密微区”反应区域：“致密”仅允许极少量熔盐从块体表面蒸发，内部“微区”熔盐池则在相对较低温度下促进HEZO固溶相的形成。

图3 DMMS合成机理图

4) 普适性

为了验证DMMS方法对其它高熵陶瓷粉体的适用性，本工作进一步合成了六元/七元高熵锆酸盐、铪酸盐、硅酸盐和碳化物。XRD、SEM及TEM等表征证实DMMS对合成高熵陶瓷粉体材料的普遍使用性。

图3 六元和七元高熵锆酸盐粉体的表征结果

五、作者简介

王永新（第一作者），硕士毕业于武汉科技大学，现于东北大学冶金学院攻读博士学位，主要研究高熵陶瓷及新型耐火浇注料结合剂。

黄仲(通讯作者)，武汉科技大学先进耐火材料全国重点实验室副教授，2019年获日本北海道大学工学博士，先后入选湖北省“楚天学者计划”和武汉市“武汉英才计划”；担任《Tungsten》、《Journal of Iron and Steel Research International》等期刊青年编委、《Materials》特刊编委；主要从事功能耐火材料与高技术陶瓷研究；主持/参与国家自然科学基金重点项目、面上项目及青年项目等各类科研项目共计10余项，在Journal of Advanced Ceramics、Journal of the American Ceramic Society及Angewandte Chemie-International Edition等期刊上以第一作者/通讯作者发表学术论文50余篇。

曹金晖(通讯作者)，长沙理工大学能源与动力学院讲师，入选湖南省“湖湘青年英才”计划，主要从事金属陶瓷涂层与新能源材料的应用基础研究，主持/参与国家自然科学基金面上项目、青年项目等各类科研项目6项。以第一作者或通讯作者在Angewandte Chemie-International Edition、Energy Storage Materials、Nano Energy、ACS Applied Materials & Interfaces及Nano Research等期刊发表SCI期刊论文30余篇，授权国家发明专利5项。

张少伟(通讯作者)，英国埃克塞特大学工程、数学及物理学院首席教授，1996年获日本名古屋工业大学工学博士，入选英国皇家化学学会会士、英国材料学会会士及英国皇家学会工业会士等；兼任Refractory Manual特刊主编、Journal of the American Ceramic Society及Universal Journal of Carbon Research副主编、Interceram、Science and Engineering of Composite Materials及Advances in Applied Ceramics等期刊编委；主要从事先进陶瓷和高温复合材料的加工、微观结构和性能研究；先后获得日本耐火物学会“若林”奖、英国材料、矿物和矿业学会Verulam Medal奖等。

《先进陶瓷（英文）》（Journal of Advanced Ceramics）期刊简介

《先进陶瓷（英文）》于2012年创刊，清华大学主办，清华大学出版社出版，清华大学新型陶瓷材料全国重点实验室提供学术支持，创刊主编为中国工程院院士、清华大学李龙土教授，主编为中国科学院院士、清华大学林元华教授、苏州国家实验室周延春教授、广东工业大学林华泰教授和哈尔滨工业大学张幸红教授。该刊主要发表先进陶瓷领域的高质量原创性研究和综述类学术论文，涉及先进陶瓷的制备、结构表征、性能评价的各个细节，尤其侧重新材料研制和先进陶瓷基础科学研究等重要方面，致力于在世界先进陶瓷领域搭建学术交流平台，引领和促进先进陶瓷学科的发展。已被SCIE、Ei Compendex、Scopus、DOAJ、CSCD等数据库收录。现为月刊，2025年发文量为202篇；2025年6月发布的影响因子为16.6，连续5年位列Web of Science核心合集“材料科学，陶瓷”学科33种同类期刊第1名；2024年11月入选“中国科技期刊卓越行动计划二期”英文领军期刊项目；2025年入选中国科学院文献情报中心期刊分区表材料科学1区Top期刊。2023年起，本刊结束与国际出版商的合作，改由清华大学出版社自主研发、拥有自主知识产权的科技期刊国际化数字出版平台SciOpen独家发布，标志着该刊结束多年来“借船出海”的办刊模式，回归本土独立运营，也是我国优质英文期刊中最早回归国产平台的期刊之一。

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