近日，先進(jìn)陶瓷期刊（Journal of Advanced Ceramics）發(fā)表了華南理工大學(xué)、北方民族大學(xué)和國家和地方先進(jìn)碳基陶瓷制備技術(shù)聯(lián)合工程研究中心聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊關(guān)于碳化硅增強(qiáng)高熵氮化物陶瓷(HEN-SiC)的研究成果，為制備高密度、高性能氮化物高熵陶瓷材料提供了新思路。

論文地址：https://doi.org/10.26599/JAC.2024.9221004

HEN-sic制備路線示意圖

高熵陶瓷最早于2015年被報道，是一類新興的由多種近等摩爾主元素組成的單相固溶陶瓷材料。高熵非氧化物陶瓷因其優(yōu)異的物理和化學(xué)性能，如低導(dǎo)熱性、耐燒蝕性和超高硬度，在航空航天、核能和高速切削等極端工程環(huán)境中具有廣闊的應(yīng)用前景。但是，高熵氮化物陶瓷粉末在燒結(jié)過程中的燒結(jié)活性較差，影響了相關(guān)塊狀陶瓷的致密化和力學(xué)性能。使用相關(guān)的高熵陶瓷粉末來開發(fā)高熵塊體非氧化物陶瓷以及具有高密度和優(yōu)異機(jī)械性能的材料很有必要。

在這項工作中，通過SPS在不同質(zhì)量含量的SiC顆粒作為燒結(jié)助劑下制備了高熵（Hf0.2Zr0.2Ti0.2Nb0.2Ta0.2）N/碳化硅（HEN-SiC）復(fù)合塊體陶瓷。具體是以亞微米級單相（Hf0.2Zr0.2Ti0.2Nb0.2Ta0.2）N（HEN）粉末為原料，SiC顆粒為燒結(jié)助劑，在2100℃下通過火花等離子燒結(jié)（SPS）制備了（Hf0.2 Zr0.2 Ti0.2 Nb0.2 Ta0.2）N/碳化硅（HEN-SiC）的高熵復(fù)合塊體陶瓷。本次研究還包括SiC顆粒含量對HEN-SiC塊體陶瓷致密化、微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。此外，還分析了在SiC顆粒存在和不存在的情況下，復(fù)合塊體陶瓷的致密化和力學(xué)性能（即彎曲強(qiáng)度、硬度和斷裂韌性）增強(qiáng)的機(jī)制。

結(jié)果表明，隨著SiC顆粒含量從0增加到10.0 wt%，復(fù)合塊體陶瓷的相對密度從93.08%±0.13%增加到99.12%±0.12%。與不含SiC顆粒的陶瓷（即維氏硬度為19.16±0.56 GPa，斷裂韌性為3.78±0.09 MPa·m^1/2，彎曲強(qiáng)度為335±11 MPa）相比，SiC顆粒含量為10.0 wt%的高熵復(fù)合塊體陶瓷表現(xiàn)出最佳的力學(xué)性能，即維氏硬度為23.34±0.67 GPa，斷裂韌度為4.35±0.13 MPa·m^1/2，抗彎強(qiáng)度為409±11 MPa。這些結(jié)果表明，SiC顆粒可以分布并填充陶瓷基體中的HEN晶界，通過釘扎晶界和抑制晶粒生長來促進(jìn)復(fù)合材料的致密化。除了層狀/鏈狀結(jié)構(gòu)增韌外，斷裂韌性的增強(qiáng)主要是由于細(xì)晶粒增韌。使用SiC作為燒結(jié)助劑可以促進(jìn)高熵氮化物塊體陶瓷的致密化和斷裂韌性，為制備高密度、高性能的高熵氮化物塊狀陶瓷提供了一種有前景的方法。

編譯整理 YUXI