通过核-环结构提高（V, Zr, Nb, Ta）C高熵陶瓷的硬度和韧性

《Journal of the American Ceramic Society》：Enhanced hardness and toughness in (V, Zr, Nb, Ta)C high-entropy ceramics via core-rim structure

高熵陶瓷（HECs）因应用潜力大但韧性不足成为研究难点。本研究通过调控短程有序-长程无序结构，采用火花等离子烧结制备出具有Core-rim复合结构的(V,Zr,Nb,Ta)C陶瓷，结合第一性原理计算证实该结构可在保持21.1 GPa高硬度的同时将断裂韧性提升至8.3 MPa·m1/2，为开发兼具高硬度与高韧性的HECs提供了新思路。

　　

摘要

高熵陶瓷（HECs）因其广泛的应用潜力而受到广泛关注；然而，它们相对较低的断裂韧性仍然是实际应用中的一个关键挑战。在这项研究中，通过利用短程有序性和长程无序性的特点，采用火花等离子烧结技术制备了具有新型内部“核心-边缘”结构的（V, Zr, Nb, Ta）C基高熵陶瓷。随后，利用第一性原理密度泛函理论（DFT）计算研究了所合成材料的性能。结果表明，与具有单相微观结构的HECs相比，在（V, Zr, Nb, Ta）C中引入“核心-边缘”结构有效地提高了断裂韧性，同时没有牺牲硬度。压痕测试显示其硬度为21.1 GPa，断裂韧性为8.3 MPa·m^1/2。这些发现表明，能够使脆硬陶瓷自增韧的微观结构设计策略为开发兼具高硬度和高韧性的HECs提供了一条有前景的途径。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。