通过调控价电子浓度增强高熵难熔陶瓷的塑性
材料科学
2021-07-02 v2
摘要
自下而上设计高熵陶瓷是一种有前景的方法，可实现高温下兼具高硬度和抗断裂性的独特材料。本文提出了一个简单但基本的设计准则——价电子浓度（VEC）> ~9.5 e-/f.u.，以填充费米能级处的成键金属态——用于选择可能形成岩盐结构（B1）高熵陶瓷的元素组成，这些陶瓷具有增强的塑性（降低的脆性）。选择单相B1 (HfTaTiWZr)C和(MoNbTaVW)C作为代表性体系，因其特定的VEC值，进行了合成和测试。不同载荷和深度下的纳米压痕阵列统计显示，(HfTaTiWZr)C（VEC=8.6 e-/f.u.）硬而脆，而(MoNbTaVW)C（VEC=9.4 e-/f.u.）硬且比(HfTaTiWZr)C具有显著更高的抗断裂性。第一性原理分子动力学模拟和电子结构分析表明，(MoNbTaVW)C在拉伸和剪切变形下改善的抗断裂性可能源于材料内在的能力，即在拉伸屈服点后发生局部晶格转变，以及相对容易激活晶格滑移。为跟踪力学性能随温度的变化而进行的额外模拟表明，(MoNbTaVW)C可能在约900-1200K下保持良好的抗断裂性，而(HfTaTiWZr)C在所有研究温度下预计仍保持脆性。
引用
@article{arxiv.2102.02455,
title = {Enhancing plasticity in high-entropy refractory ceramics via tailoring valence electron concentration},
author = {Davide G. Sangiovanni and William Mellor and Tyler Harrington and Kevin Kaufmann and Kenneth Vecchio},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.02455},
year = {2021}
}