相变增韧高熵碳化物

硬度不减，韧性翻倍

在碳化物固溶体基体中引入原位亚稳氧化锆颗粒，利用应力诱导相变实现裂纹屏蔽增韧，突破高熵陶瓷本征脆性瓶颈。

Hou, Jiaojiao · Yang, Qiankun · Zhu, Shuya · 张勇 · 严定舜 · 甘科夫 · 李志明

Nature Communications 2023

具体参数

硬度

{'zh': '21.0', 'en': '21.0'} GPa

断裂韧性

{'zh': '5.89', 'en': '5.89'} MPa·m½

技术优势

硬度不减，韧性翻倍

21.0 GPa高硬度配合5.89 MPa·m½韧性，远超混合法则预测及已有HECs，让超硬材料同时具备抗断裂能力成为可能。

裂纹会“刹车”

亚稳t-ZrO₂在应力下相变为m-ZrO₂，引发裂纹偏转、桥接和分叉，从根源上屏蔽裂纹扩展，而非简单增加路径曲折度。

工艺简单，原位生成

亚稳ZrO₂颗粒在烧结过程中原位析出，无需额外添加或复合步骤，利用HEC自身的组分灵活性即可实现。

应用场景

• 极端环境结构件：替代因脆性易失效的超高温陶瓷，用于高应力、热冲击耦合的发动机部件等。
• 切削刀具：兼具高硬度与抗崩刃性，胜任高速干切削或断续切削。
• 耐磨涂层：涂层在承受强摩擦或冲击时不易开裂剥落，延长服役寿命。
• 先进陶瓷装甲：高韧性与硬度协同耗散冲击能，避免单一硬脆材料的多裂纹粉碎。