TaC含量驱动的近共晶Re0.1Ta1.6W0.6(TaC)x复合材料高温力学性能优化研究

为解决航空航天领域对超高温材料的迫切需求，研究人员通过真空电弧熔炼制备了Re0.1Ta1.6W0.6(TaC)x（x=0.35-0.7）难熔复合材料。该材料以BCC固溶体为基体、Ta2C碳化物为增强相，在1450℃下屈服强度突破800 MPa，其中过共晶组分更在1750℃保持719 MPa高强度，为下一代超高温结构材料设计提供了新策略。

　　

随着航空发动机和超高音速飞行器的发展，材料在1600-2200℃极端环境下的性能瓶颈日益凸显。传统镍基高温合金因熔点限制难以突破1200℃门槛，而钽、钨等难熔金属合金又面临高温软化和室温脆化的双重困境。尽管近年来 refractory high-entropy alloys（RHEAs）展现出优异的高温强度，但NbMoTaW等典型RHEAs的室温断裂应变仅2.6%，严重制约工程应用。如何平衡材料在极端温度下的强度与塑性，成为该领域亟待解决的科学难题。

针对这一挑战，中国的研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表创新成果。通过调控TaC含量（x=0.35-0.7），设计出Re_0.1Ta_1.6W_0.6(TaC)_x系列复合材料，采用真空电弧熔炼技术制备样品，结合X射线衍射（XRD）和显微结构表征分析相组成，并通过高温压缩试验评估力学性能。研究发现：

相组成与显微结构
XRD证实所有组分均含体心立方（BCC）基体和Ta₂C相。随着TaC含量增加，初生Ta₂C体积分数从23.7%（x=0.35）线性增至40.1%（x=0.7），显微结构从亚共晶经近共晶（x=0.5）转变为过共晶。

力学性能对比
近共晶组分（x=0.5）展现优异平衡性：1450℃屈服强度达800 MPa，室温压缩塑性良好；而过共晶组分（x=0.7）虽在1750℃保持719 MPa超高强度，但室温脆性显著。三维连续网络状Ta₂C骨架是强化的关键。

结论与意义
该研究通过精确调控Ta₂C碳化物空间分布，突破难熔材料强度-塑性倒置关系。近共晶设计为航空发动机热端部件提供新候选材料，其强化机制（三维网络骨架+高熔点W基体）为后续超高温材料开发指明方向。团队特别指出，过共晶组分在1750℃的卓越性能使其成为极端环境应用的潜在解决方案。