【摘 要】
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高熵碳化物陶瓷因其特殊的结构形式展现出了高硬度、高温稳定性和抗氧化性等优良的热、力学性能,在未来航空航天和特种装备领域有很大的应用潜力,成为当前材料领域的研究热点之一。但高熵碳化物体系的特殊结构熵对其热、力学性能的影响机制目前并不清晰,这极大地影响了它的可设计性和实际中的应用。针对高熵碳化物陶瓷（TiNbTaZrHf）C,本文研究了它的致密化烧结,并以此为基础,探索了其高温热传输特性的变化规律。为
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高熵碳化物陶瓷因其特殊的结构形式展现出了高硬度、高温稳定性和抗氧化性等优良的热、力学性能,在未来航空航天和特种装备领域有很大的应用潜力,成为当前材料领域的研究热点之一。但高熵碳化物体系的特殊结构熵对其热、力学性能的影响机制目前并不清晰,这极大地影响了它的可设计性和实际中的应用。针对高熵碳化物陶瓷（TiNbTaZrHf）C,本文研究了它的致密化烧结,并以此为基础,探索了其高温热传输特性的变化规律。为建立相应的高熵碳化物陶瓷设计理论提供了基础。论文首先采用过渡金属和碳单质粉体,通过放电等离子烧结在1700℃直接原位合成与烧结了高熵碳化物（TiNbTaZrHf）C。相比于报道的碳化物固溶烧结,合成与烧结温度降低明显,均接近200℃。这主要是由于金属单质比碳化物拥有更高的活性,且原位形成的中间碳化物具有更加细小的晶粒尺寸。实验结果发现,单质金属粉末首先在1300℃形成各自相对应的碳化物组分,在1700℃出现（TiNbTaZrHf）C相,1900℃合成反应基本完成同时烧结块体致密度达到93.7%。合成相纳米压痕硬度达到了29 GPa,弹性模量为486.9±63 GPa。加入5 vol.%Al作为烧结助剂,在相同烧结温度下烧结体致密度达到96.3%。掺杂Al元素分布在合成产物晶粒间隙,促使气孔的排除,并抑制了晶粒长大。产物晶粒尺寸由3μm细化为1-2μm;抗弯强度至少提高了38%,在1900℃时为486 MPa;弹性模量和硬度分别为524.6 GPa和30.6 GPa。对获得的致密高熵陶瓷（TiNbTaZrHf）C块体的导热性能随着温度的变化规律进行了初步的探究。研究发现,高熵产物的比热容与对应中间碳化物的简单算术平均值在常温至1500℃范围内基本相当,而热导则从常温的基本一致变化为上升明显。且上升趋势随着温度的增加而增强。从热力学的相关理论分析看,结构熵的特殊性质,不随温度变化,可能是导致上述变化的重要因素。
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