近日，先进陶瓷期刊（Journal of Advanced Ceramics）发表了华南理工大学、北方民族大学和国家和地方先进碳基陶瓷制备技术联合工程研究中心联合研发团队关于碳化硅增强高熵氮化物陶瓷(HEN-SiC)的研究成果，为制备高密度、高性能氮化物高熵陶瓷材料提供了新思路。

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

HEN-sic制备路线示意图

高熵陶瓷最早于2015年被报道，是一类新兴的由多种近等摩尔主元素组成的单相固溶陶瓷材料。高熵非氧化物陶瓷因其优异的物理和化学性能，如低导热性、耐烧蚀性和超高硬度，在航空航天、核能和高速切削等极端工程环境中具有广阔的应用前景。但是，高熵氮化物陶瓷粉末在烧结过程中的烧结活性较差，影响了相关块状陶瓷的致密化和力学性能。使用相关的高熵陶瓷粉末来开发高熵块体非氧化物陶瓷以及具有高密度和优异机械性能的材料很有必要。

在这项工作中，通过SPS在不同质量含量的SiC颗粒作为烧结助剂下制备了高熵（Hf0.2Zr0.2Ti0.2Nb0.2Ta0.2）N/碳化硅（HEN-SiC）复合块体陶瓷。具体是以亚微米级单相（Hf0.2Zr0.2Ti0.2Nb0.2Ta0.2）N（HEN）粉末为原料，SiC颗粒为烧结助剂，在2100℃下通过火花等离子烧结（SPS）制备了（Hf0.2 Zr0.2 Ti0.2 Nb0.2 Ta0.2）N/碳化硅（HEN-SiC）的高熵复合块体陶瓷。本次研究还包括SiC颗粒含量对HEN-SiC块体陶瓷致密化、微观结构和力学性能的影响。此外，还分析了在SiC颗粒存在和不存在的情况下，复合块体陶瓷的致密化和力学性能（即弯曲强度、硬度和断裂韧性）增强的机制。

结果表明，随着SiC颗粒含量从0增加到10.0 wt%，复合块体陶瓷的相对密度从93.08%±0.13%增加到99.12%±0.12%。与不含SiC颗粒的陶瓷（即维氏硬度为19.16±0.56 GPa，断裂韧性为3.78±0.09 MPa·m^1/2，弯曲强度为335±11 MPa）相比，SiC颗粒含量为10.0 wt%的高熵复合块体陶瓷表现出最佳的力学性能，即维氏硬度为23.34±0.67 GPa，断裂韧度为4.35±0.13 MPa·m^1/2，抗弯强度为409±11 MPa。这些结果表明，SiC颗粒可以分布并填充陶瓷基体中的HEN晶界，通过钉扎晶界和抑制晶粒生长来促进复合材料的致密化。除了层状/链状结构增韧外，断裂韧性的增强主要是由于细晶粒增韧。使用SiC作为烧结助剂可以促进高熵氮化物块体陶瓷的致密化和断裂韧性，为制备高密度、高性能的高熵氮化物块状陶瓷提供了一种有前景的方法。

编译整理 YUXI