【摘 要】
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Ti（C,N）基金属陶瓷作为刀具领域硬质合金的理想替代材料,具有红硬性高、造价低等优点。为提高金属陶瓷力学性能,金属陶瓷的硬质相采用Ti（C,N）基固溶体。目前多阴离子组元高熵陶瓷和高熵陶瓷粉体的研究较少。本文制备了单相高熵碳氮化物粉体,探究煅烧工艺对粉体物相和形貌的影响,并用粉体制备高熵陶瓷和金属陶瓷,探究其组织结构与力学性能间的关系。过渡金属氧化物可以在氮气气氛下与碳反应生成过渡金属碳化物和氮
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Ti（C,N）基金属陶瓷作为刀具领域硬质合金的理想替代材料,具有红硬性高、造价低等优点。为提高金属陶瓷力学性能,金属陶瓷的硬质相采用Ti（C,N）基固溶体。目前多阴离子组元高熵陶瓷和高熵陶瓷粉体的研究较少。本文制备了单相高熵碳氮化物粉体,探究煅烧工艺对粉体物相和形貌的影响,并用粉体制备高熵陶瓷和金属陶瓷,探究其组织结构与力学性能间的关系。过渡金属氧化物可以在氮气气氛下与碳反应生成过渡金属碳化物和氮化物,热力学计算结果表明Ti O2、V2O5、Nb2O5、Ta2O5、Mo O3、WO3均可在1400℃以上反应生成过渡金属碳化物和氮化物,且氮化物可与碳反应生成碳化物。将混合后的原料粉煅烧,通过反应和固溶扩散得到固溶体,提高煅烧温度和保温时间可促进体系固溶。当(Ti0.2V0.2Nb0.2Mo0.2W0.2)(C0.9N0.1)体系的原料粉中碳粉与氧化物粉的摩尔比由33:8降低到30:8;(Ti0.2V0.2Nb0.2Ta0.2Mo0.2)(C0.9N0.1)体系的原料粉中碳粉与氧化物粉的摩尔比由32:7降低到30:7时,体系组态熵提高,可在1600℃下保温4h制备(Ti0.2V0.2Nb0.2Mo0.2W0.2)(C0.9N0.1)和(Ti0.2V0.2Nb0.2Ta0.2Mo0.2)(C0.9N0.1)高熵碳氮化物粉体。通过热压烧结制备（Ti,V,Nb,Ta,Mo）（C,N）和（Ti,V,Nb,Mo,W）（C,N）陶瓷分别可在1532℃和1700℃完成致密化过程。1600℃和1700℃制备的（Ti,V,Nb,Ta,Mo）（C,N）陶瓷存在Nb、Ta、Mo元素富集区,1900℃制备的（Ti,V,Nb,Ta,Mo）（C,N）陶瓷则无明显元素偏聚,致密度随烧结温度升高先增加后减小。1700℃下可制备过渡金属元素分布均匀的（Ti,V,Nb,Mo,W）（C,N）陶瓷,致密度为98.01%。1600℃制得（Ti,V,Nb,Ta,Mo）（C,N）陶瓷的硬度和断裂韧性最高,维氏硬度为20.7GPa,断裂韧性4.87MPa·m1/2。1470℃真空烧结制备的（Ti,V,Nb,Mo,W）（C,N）-x Co金属陶瓷含有（Mo,W）xC析出相,随着金属相含量增加（Mo,W）xC相减少。1370℃制备的（Ti,V,Nb,Mo,W）（C,N）-x Co金属陶瓷体系内（Mo,W）xC析出相含量较1470℃多,同样随着金属相含量增加（Mo,W）xC析出相减少。两种温度下制备的金属陶瓷的陶瓷相均存在元素偏聚。1370℃制备的（Ti,V,Nb,Mo,W）（C,N）-25Co硬度和断裂韧性分别为1401.4HV30和10.17MPa·m1/2;（Ti,V,Nb,Ta,Mo）（C,N）-10Co为1731.7HV30和7.32MPa·m1/2。
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