C空位对TiC硬质合金及高熵陶瓷材料性能的影响

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硬质合金领域应用最广泛的材料为WC硬质合金,具有高硬度、耐磨性、耐腐蚀性等优异性能,但WC密度较高(15.63 g/cm~3),限制了其应用,随着科技的发展,对于材料性能的要求越来越高,急需开发新的材料满足科技发展的需要。TiC在硬质合金领域的重要性仅次于WC,且具有比WC更高的熔点,耐高温性、抗氧化性更优,密度仅为WC硬质合金的1/3。此外,近几年高熵陶瓷的出现也为材料领域的研究提供了新思路。TiC及高熵陶瓷均具备替代WC硬质合金的可能性,因此,本课题对这两种材料进行了研究。通过添加非化学计量比TiC0.4在TiC中引入C空位,研究了球磨工艺、烧结温度以及TiC0.4含量对TiC硬质合金性能的影响。研究结果表明,TiC0.4的添加降低了TiC硬质合金的烧结温度,改善了其韧性,机械合金化2 h的混合粉体在1600℃下制备的TiC-14 wt.%TiC0.4硬质合金获得了最佳综合性能,硬度和韧性分别为22.5 GPa和5.2 MPa·m1/2。通过添加金属单质Ti、V和Zr在TiC中原位合成空位,研究了机械合金化时间、烧结温度以及金属单质的种类和含量对TiC硬质合金性能的影响。结果表明,V和Zr的添加改善了TiC-Ti硬质合金的韧性,机械合金化20 h、1600℃制备的9TiC-0.5Ti-0.5Zr硬质合金的综合性能最好,硬度和韧性分别为23.32 GPa和5.35 MPa·m1/2。制备了两种不同组成的高熵陶瓷材料,(Ti VNb Zr)C-x Ti和(Ti VNb Zr Ta Hf)C-x Ti高熵陶瓷,研究了机械合金化时间、Ti含量以及烧结温度对其性能的影响,获得了综合性能较好、韧性较高的高熵陶瓷材料。其中(Ti VNb Zr)C-x Ti高熵陶瓷中综合性能最好的为机械合金化10 h、1700℃下制备的(Ti VNb Zr)C-1Ti高熵陶瓷,硬度和韧性分别为20.3 GPa和6.95 MPa·m1/2;(Ti VNb Zr Ta Hf)C-x Ti高熵陶瓷中机械合金化30 h、1700℃下制备的(Ti VNb Zr Ta Hf)C-3.5Ti综合性能最好,硬度和韧性分别为21.31 GPa和7.58 MPa·m1/2。
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