高熵合金是近年发展起来的新型多主元合金,一般由五种及五种以上等摩尔或约摩尔元素组成。随着研究的深入,关于高熵的概念也逐渐应用到陶瓷领域。高熵陶瓷一般是指由五种或五种以上金属元素和一种非金属元素组成的具有简单晶体结构的陶瓷材料。高熵陶瓷具有优异的力学性能、热物理性能、抗辐照性能和耐蚀性能等。但其中大部分的研究集中在高熵氧化物陶瓷、高熵碳化物陶瓷以及高熵硼化物陶瓷等,对高熵硅化物陶瓷的研究很少。而过渡金属硅化物中Mo Si₂的应用最为广泛,可作为在空气中使用温度达到1800℃以上的高温发热体。本文根据高熵陶瓷的设计思路,采用放电等离子烧结的方法,选择过渡金属元素为主元制备不同体系的高熵硅化物,研究通过添加不同的第二相对高熵硅化物物相、微观结构和性能的影响。首先选择过渡金属Ti、Zr、Nb、Mo、W五种金属单质和单质Si为原料,通过放电等离子体烧结技术,在1300℃保温15 min成功制备了高熵硅化物(Ti_0.2Zr_0.2Nb_0.2Mo_0.2W_0.2)Si₂。研究发现,该高熵硅化物在室温下具有密排六方晶体结构,说明通过高熵化将只能在高温下稳定的b-Mo Si₂稳定到了室温。然而,部分锆元素与材料中难以避免存在的氧杂质结合,形成了少量氧化锆杂相。所获得的高熵硅化物的硬度为12.09±0.5 GPa,介于各单组分硅化物的硬度之间。材料的硬度受多种因素的影响,如气孔率、晶粒大小、杂质含量和界面特征等。考虑到体系中锆元素与氧元素结合生成氧化锆杂相,于是我们通过加入少量活泼元素Al与氧元素生成氧化铝,从而让锆元素进入高熵相中,改善高熵硅化物的微观形貌和性能。实验结果发现,铝吸收了体系内的氧杂质,但是锆元素与硅反应生成单相Zr Si₂,并没有增加高熵相中的锆含量。通过DFT理论构建了一个密排六方晶体结构的2×3×1的超级晶胞,根据DFT预测的晶格参数与XRD结果得到的晶格参数非常吻合,而且晶体结构中五种金属元素随意改变阳离子位置时,晶格参数和总能级变化都很小,这也表明这样的原子排列是可取的。同时添加Al元素后高熵硅化物的硬度从12.09±0.5 GPa提高到13.58±0.6 GPa。由于金属单质粉末特别是锆粉末在实验操作过程中具有一定危险性,所以我们也开展了以二硅化物粉末作为原料制备高熵硅化物(Ti_0.2Hf_0.2Nb_0.2Mo_0.2W_0.2)Si₂的研究,并进一步在高熵硅化物(Ti_0.2Hf_0.2Nb_0.2Mo_0.2W_0.2)Si₂中加入20vol%Si C制备复合高熵硅化物。研究结果表明,两种材料均在1400℃合成了密排六方晶体结构的高熵材料。XRD和SEM结果显示,在这个体系中的氧杂质与铪元素结合形成了氧化铪,初步判断这与元素的电负性有关。Si C的存在明显改善了高熵硅化物的杨氏模量、维氏硬度和断裂韧性,其中断裂韧性提高了近40%。