【摘 要】
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过渡金属碳化物由于具有极高的熔点,较高的硬度和良好的热学、电学性能,优异的耐腐蚀性等性能,而在发动机、火箭飞行器、切削刀具等领域得到广泛的应用。高熵碳化物陶瓷是在过渡金属碳化物的基础上,通过多组元引入的高熵效应,有望使其综合性能得到提升。本文针对五组元高熵碳化物陶瓷材料体系,提出简单易行的单相形成能力判据,优化筛选出亚稳定体系（TiHfCrMoW）C高熵陶瓷。采用碳热还原工艺制备过渡金属碳化物复合
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过渡金属碳化物由于具有极高的熔点,较高的硬度和良好的热学、电学性能,优异的耐腐蚀性等性能,而在发动机、火箭飞行器、切削刀具等领域得到广泛的应用。高熵碳化物陶瓷是在过渡金属碳化物的基础上,通过多组元引入的高熵效应,有望使其综合性能得到提升。本文针对五组元高熵碳化物陶瓷材料体系,提出简单易行的单相形成能力判据,优化筛选出亚稳定体系（TiHfCrMoW）C高熵陶瓷。采用碳热还原工艺制备过渡金属碳化物复合粉体,进而热压烧结制备出单相致密的（TiHfCrMoW）C高熵碳化物陶瓷材料,并通过热处理调控材料的显微组织和力学性能。通过对高熵陶瓷单相判据相关性分析得出初始畸变量判据与熵形成因子（EFA）相关性最高。初步阐明畸变量与混合焓是高熵碳化物陶瓷单相形成能力的关键判据,简化了对高熵陶瓷体系的设计依据。在此基础上筛选出亚稳定（TiHfCrMoW）C高熵陶瓷体系,通过实验验证该体系在2500℃是单相,而2000℃是复相,证明了所提出的单相形成能力判据的有效性。探究碳含量和烧结温度对（TiHfCrMoW）Cx高熵陶瓷物相和显微组织的影响。当碳量为0.93时,可制备单相（TiHfCrMoW）C0.93高熵陶瓷,无残留氧化物和游离碳的存在。（TiHfCrMoW）C0.93高熵陶瓷的单复相转变温度约为2100℃。阐明了（TiHfCrMoW）C0.93高熵陶瓷的致密化行为,并采用1800℃/h-2100℃/0.5h两步法烧结工艺成功制备出单相致密的（TiHfCrMoW）C0.93高熵陶瓷,其致密度、维氏硬度和断裂韧性分别为99.2%、23.0±0.6 GPa和4.57±0.58 MPa·m1/2。详细研究了热处理温度与保温时间对（TiHfCrMoW）C0.93高熵陶瓷脱溶析出后的物相和显微组织影响,结果表明:最佳的热处理温度为1800℃。在1800℃保温4h后单相（TiHfCrMoW）C0.93高熵陶瓷转变为复相陶瓷,其物相组成主要为“富Hf相”与“贫Hf相”的多组元固溶体。阐明热处理过程中物相和显微结构的演化过程,析出相首先从晶界处开始形核,并沿着晶界长大,而随着热处理时间延长,析出相逐渐开始从晶粒内部形核。热处理后所获得的复相高熵碳化物陶瓷的维氏硬度有所提高,但断裂韧性随之下降。
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