编号：NMJS09521
篇名： （WZrNbTaM）C（M=Cr，Ni，Ti）基高熵碳化物陶瓷的制备及性能研究
作者： 张家泰
关键词： 高熵陶瓷; 力学性能; 电磁波吸收; 电化学腐蚀; 摩擦磨损;
机构：山东大学
摘要： 高熵陶瓷作为一种新型材料,其设计来源于高熵合金的概念,因此同样具备了高熵效应。与传统陶瓷材料相比,高熵陶瓷的组成成分更加复杂多样,且这些元素的比例相对均匀。这种独特的结构设计和多元素组成赋予了高熵材料许多优异的特性,例如高熔点、高硬度、优异的抗氧化性和抗烧蚀性等,因此在一些高温应用、电子器件、航空航天和制备工业等领域具有良好的应用前景。近年来发表的论文报道了采用放电等离子和热压烧结等不同工艺制备的高熵碳化物,然而有许多问题同样亟待研究,例如较高的制备温度和相对较差的断裂韧性。作为高熵碳化物的不利因素,这可能会限制其在更广泛场景中的潜在应用。因此本文结合以上要点,对高熵碳化物的物相组成、微观结构和一系列性能进行了探究,主要研究内容和结论如下: (1)通过碳热还原反应,在1900℃下成功制备出了高熵碳化物(WZrNbTaM)C(M=Cr,Ni,Ti)粉体。通过物相分析和微观结构表征,证明形成了元素分布均匀、比例相同的单一相碳化物固溶体。经过测试后得到三种高熵陶瓷样品的电磁参数,发现磁性元素的掺加改善了材料的磁损耗、介电损耗及两者间的耦合效果,有效提高了阻抗匹配和电磁波吸收性能。相比于(WZrNbTaTi)C,(WZrNbTaNi)C的最小反射损耗和最大有效吸收带宽分别提高了 3 7.2%和48.6%,达到了-48.79 dB和4.16 GHz,而且在保持高性能的同时还维持了超薄的厚度(1.17 mm)。 (2)通过加入金属粉体,在1600℃下使用快速热压烧结法成功合成了致密度较高的(WZrNbTaCr)C-Co-Ni、(WZrNbTaNi)C-Co-Ni 和(WZrNbTaTi)C-Co-Ni 样品。其中金属相均匀分散在高熵陶瓷颗粒间,促进了液相传质和气孔排除,有效降低了高熵陶瓷的制备温度。对样品进行了力学性能和电化学腐蚀性能的探究,(WZrNbTaNi)C-Co-Ni表现出优秀的综合力学性能,硬度、断裂韧性和抗弯强度达到了 19.76 GPa、6.61 MPa·m1/2和497.72 MPa,而(WZrNbTaCr)C-Co-Ni表现出良好的耐腐蚀性。 (3)通过加入 SiCw,制备了高熵复相陶瓷(WZrNbTaTi)C-x SiCw(x=0,5%,10%,15%,20%)。其中SiCw分散均匀,与高熵陶瓷基体结合情况良好,形成了致密度较高的材料。对样品的力学性能和摩擦磨损性能进行探究,发现晶须的掺入改善了材料的综合性能。硬度和断裂韧性在含量为15%时达到最高,分别为22.56 GPa和6.78 MPa·m1/2;抗弯强度随晶须含量的提高而增加,当含量为20%时达到了 639.23 MPa。同时SiCw阻止了微裂纹的扩展和氧化磨损的产生,提高了材料的耐磨性。