高熵材料是近年逐渐发展起来的一类由多种（一般是五种及以上）元素以等摩尔比或者近似等摩尔比组成的新型材料,包括高熵合金、高熵陶瓷、高熵金属间化合物等。高熵陶瓷又包含高熵氧化物陶瓷、高熵硼化物陶瓷、高熵碳化物陶瓷、高熵硅化物陶瓷和多阴离子高熵陶瓷等。相比较于单组分过渡金属碳化物陶瓷,多组元固溶后的高熵碳化物陶瓷的力学性能、抗氧化性能、高温性能、抗辐照性能等都有不同程度的改善和提升,因此被认为是极端环境下结构组件的有力候选材料。此外,相比较于单组分碳化物陶瓷,高熵碳化物陶瓷丰富的组分设计空间赋予其在结构和性能上丰富的可设计性,这也进一步决定了其广泛的应用潜质。虽然目前针对高熵碳化物陶瓷的研究取得了一定的进展,但是在组分设计和性能提升上仍然有许多亟待解决的问题。主要有,一,高熵合金中的相关规律和效应在高熵陶瓷中是否有普适性;二,单相高熵碳化物陶瓷形成的统一判据尚未真正明确;三,单组元过渡金属碳化物陶瓷的制备工艺是否适用于高熵碳化物陶瓷;四,如何通过优化制备工艺实现对高熵碳化物陶瓷的微结构及性能的调控;五,高熵碳化物陶瓷的组分、微结构与性能之间的内在联系尚未明晰;六,晶格碳空位、氧杂质等缺陷和第二相是如何影响高熵碳化物陶瓷的性能等。针对以上问题,本文从制备工艺与微结构和性能的关系、元素组成和组分含量的调节对相组成和微结构的影响、第二相对陶瓷性能的强化机制以及晶格缺陷与力学性能和热导率的关联等方面进行了探究。这些系统性的研究结果可以为高熵碳化物陶瓷的组分设计、制备方法及性能提升提供理论指导。致密度是影响陶瓷块体性能的重要因素之一。与单组分过渡金属碳化物陶瓷类似,高熵过渡金属碳化物陶瓷也难以烧结致密化。通过几种碳化物粉末共混后烧结得到的高熵碳化物陶瓷的致密度普遍低于95%,严重影响其力学性能和热导率。针对以上问题,有必要通过改进制备工艺提高高熵碳化物陶瓷的致密度。采用不同的原料和工艺方法烧结制备了具有较高致密度的单相(Ti0.2Zr0.2Nb0.2Ta0.2W0.2)C高熵碳化物陶瓷,包括以金属粉末和石墨为原料的单质法（HEC-E）、以碳化物粉末为原料的碳化物法（HEC-C）和以氧化物粉末和石墨为原料的氧化物法（HEC-O）。结果表明,虽然三个样品的XRD图谱均为单相,但是其致密度、微观形貌、氧含量及力学性能均存在一定的差别。其中HEC-C样品的相对密度为95.7%,维氏硬度最低,但所有元素都是均匀分布的。HEC-E样品的致密度为98.2%,但是原料金属粉末的粒径影响了陶瓷材料中金属元素的分布。HEC-O样品的致密度为99.9%,但由于Zr O2的反应温度较高,出现了Zr和O同时富集的区域,且其氧含量为1.80 wt.%。该研究通过对高熵碳化物陶瓷的不同制备工艺进行对比,证明了单组分碳化物陶瓷材料的反应烧结工艺同样适用于高熵碳化物陶瓷体系,且通过调整制备工艺可以有针对性的调控高熵碳化物陶瓷的致密度、微观形貌及力学性能。该研究也为高熵碳化物陶瓷材料的设计和制备提供了不同的工艺方法和路线。虽然通过氧化物工艺制备的(Ti0.2Zr0.2Nb0.2Ta0.2W0.2)C的致密度高达99.9%,但是样品中存在Zr和O元素富集的现象。针对该元素分布不均匀的问题,通过调节高熵体系的元素种类,采用相同的氧化物工艺制备了(Ti0.2Hf0.2Nb0.2Ta0.2W0.2)C高熵碳化物陶瓷。研究发现,高熵碳化物相为面心立方结构,且其中5种金属元素和C元素的分布是均匀的。此外制备的(Ti0.2Hf0.2Nb0.2Ta0.2W0.2)C高熵碳化物陶瓷中存在残余石墨,且残余石墨的含量从样品的中心至边缘梯度降低。进一步对这种梯度材料的产生机理进行探究,结果表明,放电等离子烧结（SPS）过程中轴向压力导致样品内部气压从中心至边缘呈现梯度减小的趋势,影响烧结过程中的化学反应,最终导致中心部位残余石墨的含量较高,高熵相的晶粒尺寸更小,并最终生成具有梯度变化微观形貌和硬度的高熵碳化物陶瓷材料。该研究结果进一步揭示了通过氧化物工艺方法得到的高熵碳化物陶瓷材料的微结构特征,同时也表明石墨第二相可以有效细化高熵碳化物相的晶粒尺寸。通过氧化物工艺制备的(Ti0.2Zr0.2Nb0.2Ta0.2W0.2)C和(Ti0.2Hf0.2Nb0.2Ta0.2W0.2)C的元素分布和微结构存在明显的差异,说明高熵碳化物体系中元素的种类和含量会影响其微结构,但是具体的机理和关系尚不明确。因此,为探究元素组成和组分含量的调节对高熵碳化物相组成和微结构的影响,本文调控了高熵体系的元素组成和含量,探究了通过相同的工艺制备的不同组分（TixZrxHfyNbxTaxWx）C六元高熵碳化物陶瓷的相组成、晶格参数和微观形貌的差异。结果表明:随着样品组成中Zr和Hf两种元素总摩尔含量的增大,高熵相的晶格参数逐渐增大。与(Ti0.2Zr0.2Nb0.2Ta0.2W0.2)C相比,Hf含量不同的六元高熵碳化物陶瓷的氧含量明显降低,且元素的分布都是均匀的。该研究结果表明,通过调节高熵体系中的元素组成和含量可以改变体系的混合熵值,并最终实现对产物微结构的调控。虽然发现石墨第二相可以细化高熵碳化物的晶粒,但是石墨相对材料性能的影响尚不明确。与单组分碳化物陶瓷类似,高熵碳化物陶瓷材料也存在韧性低的问题。此外,晶格畸变引起的声子散射使得高熵碳化物陶瓷材料的热导率低于单组分碳化物陶瓷。针对以上问题,本文以制备的双相高熵碳化物粉末为原料,以石墨为第二相添加剂,制备了不同石墨含量的(Ti0.2Zr0.2Hf0.2Nb0.2Ta0.2)C/石墨复相陶瓷,探究石墨对高熵碳化物陶瓷的致密度、微结构、力学性能和热导率的影响。结果表明,添加的石墨相有效除去了高熵碳化物粉末表面的氧杂质,提高了材料的致密度,并细化了高熵相的晶粒尺寸。高熵碳化物陶瓷的断裂韧性也随石墨相含量的增加而明显增大,主要的增韧机理是石墨导致的应力分散和裂纹偏转引起的新裂纹的萌生。此外,石墨的除氧效果有效提高了高熵碳化物陶瓷材料的热导率。其中,石墨的添加量为2 vol%的复相陶瓷的室温热导率约为19 W·m-1·K-1,是没添加石墨的HEC样品的1.58倍。该研究结果表明石墨第二相对高熵碳化物陶瓷性能的影响与单组分过渡金属碳化物陶瓷是一致的。该研究也为降低非氧化物高熵陶瓷材料的氧含量、提高热导率提供了解决方法和思路。第IV和V族过渡金属碳化物具有较宽的非化学计量比,且碳空位的存在会显著影响陶瓷材料的致密化、力学性能和热导率等。但是碳空位与高熵碳化物陶瓷材料微结构和性能之间的关系尚不明确,因此有必要开展针对非化学计量比高熵过渡金属碳化物的研究。以(Ti0.2Zr0.2Hf0.2Nb0.2Ta0.2)C高熵碳化物粉末为原料,通过添加金属Hf调控元素含量,制备了不同非化学计量的缺碳（TiaZraHfbNbaTaa）C1-x(HEC1-x)高熵碳化物陶瓷。结果表明,金属Hf进入到高熵碳化物的晶格中,生成单相的缺碳HEC1-x,且高熵碳化物陶瓷的晶格参数与其元素组成和含量密切相关。金属Hf在烧结过程中可以有效降低HEC1-x的烧结温度并提高HEC1-x陶瓷的致密度。能谱的结果表明,在所有样品中金属元素和碳元素的分布都是均匀的。随着碳空位浓度的增大,HEC1-x陶瓷的O元素的含量不断增大。此外,单相HEC1-x的硬度、弹性模量、断裂韧性以及热导率均随碳空位浓度的增大而减小。该研究结果表明,与单组分碳化物类似,高熵碳化物体系也存在一定范围的非化学计量。而且碳空位、氧杂质等缺陷的浓度的增大同样会显著影响高熵碳化物陶瓷材料的力学性能和热导率。