TiC-TiO2双相协同调控突破高熵碳化物陶瓷(NbMoTaW)C的硬度-强度-韧性权衡

（编辑推荐）本研究创新性提出TiC-TiO2双相工程策略，通过固溶强化（solid solution strengthening）和原位增韧（in-situ toughening）协同作用，使高熵碳化物陶瓷（HECs）同时实现20.23 GPa维氏硬度、857 MPa抗弯强度和4.97 MPa·m1/2断裂韧性，突破传统性能权衡瓶颈，为高性能HECs设计提供新范式。

　　

Highlight

TiC固溶强化与TiO₂原位增韧的协同效应，使(NbMoTaW)C基高熵碳化物（HECs）展现出前所未有的硬度-强度-韧性组合性能。

2.1 材料制备

采用NbC、TaC、Mo₂C、WC和TiC商业粉末（纯度≥99%）为原料，通过球磨混合（转速540 r/min，球料比10:1）和放电等离子烧结（SPS）制备(NbTaMoW)C-xTiC系列样品（x=0-1）。

相组成与微观结构

XRD显示所有样品均为单相面心立方（FCC）结构（图1a-c）。随着TiC添加，晶格收缩率达1.91%，DFT计算证实晶格畸变增强。TEM观察到晶界处存在5-20 nm的TiO₂颗粒，源自氧杂质的原位反应。

TiC诱导固溶强化

通过Rietveld精修和电子结构分析发现，TiC引入导致显著的d轨道杂化和电荷重分布（图3d），使费米能级处态密度（DOS）提升37.5%，从而增强共价键强度和结构稳定性。

结论

(1) TiC固溶使HEC晶格畸变能提升至1.97 eV，维氏硬度提高18.6%；

(2) 晶界TiO₂通过裂纹偏转/桥接（图5e-f）使断裂韧性突破5 MPa·m^1/2，媲美传统ZrO₂增韧陶瓷；

(3) 建立"氧杂质定向转化"新策略，为高性能HECs设计提供普适性方案。