高熵硼化物-氧化物多相复合材料

硬度超部分稳定氧化锆

以 B₄C 与九种过渡金属氧化物为原料，经热力学设计并经 Y₂O₃ 稳定，制备出兼具高硬度、高模量与高韧性的新型多相陶瓷复合材料。

Qian, Yang · Qi, Liu · Liang, Xu · Liu, Jingjing · 季伟 · Xie, Jingjing · 王为民 · Zhengyi, Fu · Zou, Ji

Journal of Materials Science and Technology 2027

具体参数

维氏硬度

{'zh': '23.07', 'en': '23.07'} GPa

杨氏模量

{'zh': '384.42', 'en': '384.42'} GPa

断裂韧性

{'zh': '5.71', 'en': '5.71'} MPa m1/2

抗弯强度

{'zh': '570.80', 'en': '570.80'} MPa

技术优势

硬度显著高于氧化锆陶瓷

优化 Y₂O₃ 含量后，复合材料的维氏硬度 (4.9 N) 达 23.07 GPa，明显优于传统氧化物陶瓷。

韧性与强度优于多数高熵硼化物

断裂韧性 5.71 MPa·m¹ᐟ²、抗弯强度 570.80 MPa，高于多数典型高熵硼化物陶瓷。

相变增韧机制可调控

通过改变 Y₂O₃ 含量调控四方相 (Hf, Zr)O₂ 在裂纹扩展中的相变程度，从而优化韧性。

应用场景

• 先进结构陶瓷：以更高硬度替代部分稳定氧化锆，用于承载与耐磨结构件。
• 机械工程耐磨部件：高硬度与足够韧性使部件在摩擦工况下延长寿命。
• 航空航天热防护材料：高熔点组分与良好力学性能适配热防护系统的苛刻要求。
• 高温结构材料：在高温下保持结构与力学稳定性，可用于高温承载部件。