多元高熵碳化物合成及其燒結瓷金之開發研究

Development of High-entropy Carbides and Their Cermets

葉欲安

指導教授 ： 葉均蔚

國立清華大學/工學院/材料科學工程學系/碩士(2010年)

摘要

近年來本實驗室利用高熵合金作為TiC瓷金結合劑，發現對TiC晶粒細化及硬度-韌性組合甚優於Ni及(Ni,Mo)的結合劑；本論文為進一步利用高熵合金的優點開發性能更好的瓷金，首先對碳化物強化材予以高熵化及探討其特性，即選取與C有強鍵結的五個元素以機械合金法合成五元等莫耳(CrNbTiVW)Cx(x= 0.93, 1.0, 1.1)碳化物奈米粉末，而後將高熵碳化物奈米粉末在無結合劑下固相燒結成高熵碳化物塊材，探討不同石墨添加量、燒結溫度、燒結時間及氣氛對燒結效果、微結構、相種類及機械特性的影響，並與已知的單元或二元碳化物做比較，以評估高熵碳化物的高熵效應。
其次，以能燒結成計量比(CrNbTiVW)C1.0的奈米粉末與Ni及高熵合金Co1.5CrFeNi1.5Ti0.5結合劑混合球磨24小時及壓胚，在真空及Ar+10% H2中進行1380 ℃液相燒結為瓷金，分析其微結構及機械性質優劣，並探討其機制。
結果發現，(CrNbTiVW)C1.0奈米粉末燒結成的塊材可藉由高熵效應突破各碳化物固溶度限制而得到單一FCC固溶相，1450 ℃真空燒結，具有最佳的機械性質組合，硬度值為HV 2241，K1C值為4.4，此硬度與混合法則相近，但以奈米硬度量測，硬度可達32GPa，高於混合法則所推算的23 GPa。雖然此高熵碳化物與不同結合劑液相燒結相當緻密，但因混合度不足，奈米碳化物團聚而導致晶粒粗化至3～5 μm且晶粒間鄰接性高，故硬度及韌性較差。

關鍵字

碳化物

參考文獻

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