面向清洁能源和太空探索的现代需求，材料科学家有必要开发，那些全宇宙最极端条件下应用的新材料。高超音速飞行和核技术的最新进展，将一系列难熔过渡金属碳化物、氮化物和二硼化物，即超高温陶瓷ultra-high temperature ceramics (UHTCs) 推到了最前沿。这些材料具有极高的熔点（>4,000°C）、高导热性（>140Wm−1 K−1）和过渡金属-非金属强结合（>600GPa机械刚度），有望在极端环境中应用。

近日，美国印第安纳大学-普度大学安纳波利斯分校 (Indiana University Purdue University Indianapolis) Brian C. Wyatt, Srinivasa Kartik Nemani，Babak Anasori等，在Nature Reviews Materials上发表综述文章，论述了金属–非金属（M–X）化学与超高温陶瓷的高温、热、力学和氧化行为的关系，并讨论了合成和潜在添加剂对其性能的影响。

还介绍了新的研究领域，包括在增材制造、高熵成分和二维材料方面的最新进展，以改善超高温陶瓷UHTCs的加工和性能。对化学-合成-加工关系的关注，将是实现创新设计的关键，从而使超高温陶瓷UHTCs成为极端环境材料。

图1：超高温陶瓷ultra-high temperature ceramics，UHTCs化学、定义和应用

图2：二硼化物、氮化物和碳化物超高温陶瓷的基本结合和性能

图3：超高温陶瓷UHTCs的高温氧化行为

图4：超高温陶瓷UHTCs的加工方法

图5：在超高温陶瓷UHTC复合材料中，各种增强材料及其对性能的影响

图6：超高温陶瓷UHTC发展的未来展望

文献链接：Wyatt, B.C., Nemani, S.K., Hilmas, G.E. et al. Ultra-high temperature ceramics for extreme environments. Nat Rev Mater (2023).

https://doi.org/10.1038/s41578-023-00619-0

https://www.nature.com/articles/s41578-023-00619-0

本文译自Nature

来源：今日新材料

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