热障涂层是保护燃气轮机和航空发动机热端部件免受极端高温侵蚀的关键屏障。然而，当前行业标准的氧化钇稳定氧化锆（YSZ）涂层存在诸多致命缺陷：在1200摄氏度以下会发生不可控的相变，超过900摄氏度后热导率因热辐射急剧上升，且极易受到CMAS熔盐腐蚀和水分降解的破坏。这些局限性迫使全球行业迫切寻求能在1200至1500摄氏度区间内持续服役的下一代热障涂层材料。
高熵陶瓷（HECs）因其独特的四重协同效应成为解决上述挑战的明星候选者。这类材料由四个以上元素占据晶格位点，形成单相结构，兼具高熵效应带来的相稳定性、慢扩散效应抑制的二次相生成、严重晶格畸变提升的力学性能以及鸡尾酒效应带来的意外性能提升。近日，昆明理工大学材料科学与工程学院冯景教授与陈林博士团队设计并评估了一种新型钽酸盐高熵陶瓷涂层，成功将工作温度推升至1500摄氏度。
该研究成果于2026年2月8日发表于国际**期刊《先进陶瓷》（Journal of Advanced Ceramics）。研究团队采用空气等离子喷涂（APS）技术，将Yb3+、Y3+、Ta5+和Nb5+阳离子完全溶解至ZrO2晶格中，制备出厚度约150微米的单相萤石结构陶瓷涂层，并搭配120微米厚的粘结层。在随后的严苛测试中，涂层在1500摄氏度下经历了614次热冲击、1150摄氏度下12830次热疲劳以及1100摄氏度下384小时的等温退火，始终保持着优异的结构完整性和稳定的萤石晶体结构。
冯景教授指出，1500摄氏度热冲击下的主要失效因素源于涂层与粘结层间巨大的热应力，这由温度梯度及热膨胀系数、力学性能的不匹配引起。而在1150摄氏度热疲劳过程中，热生长氧化物（TGO）层的渐进增厚是裂纹形成的驱动力，一旦TGO厚度与波纹半径之比超过0.32，裂纹便会萌生。研究揭示了两种截然不同的失效机制：热冲击导致界面横向裂纹扩展并合并，最终引发涂层剥落；热疲劳则因粘结层累积氧化生成NiCr2O4氧化物，当氧化物层过厚且刚度增加时，驱动裂纹扩展导致表面剥落。
陈林博士强调，高工作温度、卓越的隔热性能与长寿命的协同验证了该钽酸盐高熵陶瓷作为下一代高性能氧化物热障涂层的潜力，为先进涂层系统的设计优化提供了关键指导。未来研究将聚焦于提升涂层的抗氧化与抗烧蚀性能，并在真实发动机工况下评估其表现，以加速其在下一代航空航天推进系统中的应用。
对于中国航空发动机及燃气轮机行业而言，这一突破不仅标志着我国在高温热障涂层材料基础理论研究上已达到国际领先水平，更为解决国产发动机“卡脖子”的高温材料难题提供了极具价值的技术路径，有望推动国产高端热端部件在极端工况下的可靠性实现质的飞跃。