近日，先進陶瓷期刊（Journal of Advanced Ceramics）發表了華南理工大學、北方民族大學和國家和地方先進碳基陶瓷制備技術聯合工程研究中心聯合研發團隊關于碳化硅增強高熵氮化物陶瓷(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異的物理和化學性能，如低導熱性、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境中具有廣闊的應用前景。但是，高熵氮化物陶瓷粉末在燒結過程中的燒結活性較差，影響了相關塊狀陶瓷的致密化和力學性能。使用相關的高熵陶瓷粉末來開發高熵塊體非氧化物陶瓷以及具有高密度和優異機械性能的材料很有必要。

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

結果表明，隨著SiC顆粒含量從0增加到10.0 wt%，復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，彎曲強度為335±11 MPa）相比，SiC顆粒含量為10.0 wt%的高熵復合塊體陶瓷表現出最佳的力學性能，即維氏硬度為23.34±0.67 GPa，斷裂韌度為4.35±0.13 MPa·m^1/2，抗彎強度為409±11 MPa。這些結果表明，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復合材料的致密化。除了層狀/鏈狀結構增韌外，斷裂韌性的增強主要是由于細晶粒增韌。使用SiC作為燒結助劑可以促進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