烧结压力对碳化钽陶瓷维氏硬度的影响

王菊巍，张振钢，梁 浩，陈海花

（1. 青海大学基础部，青海 西宁 810016；2. 四川大学原子与分子物理研究所，四川 成都 610065）

随着航空航天和军工业的快速发展，超高温陶瓷在军工和航天领域的应用得到了广泛关注[1-4]。目前，火箭回收、低成本火箭发射等高端航天技术在商用航天领域取得了突破性进展。超高温陶瓷因其高硬度、高熔点以及优异的抗氧化性，在航空航天、切割工具等领域有着重要应用。近年来，研究人员针对超高温陶瓷的机械性能开展了大量的研究工作，例如：Zhang 等[5]通过放电等离子烧结（Spark plasma sintering, SPS）技术合成出不同比例的TaC-HfC，并进行了硬度和韧性表征；Zhao 等[4]通过第一性原理计算和密度泛函理论对硼化钨（W2B、WB、WB2、W2B5、WB4）的相稳定性和机械性能进行研究；Kim 等[6]对过渡金属碳化钨（WC）进行高频感应加热烧结(High-frequency induction heating sintering，HFIHS)并进行机械性能测试。作为过渡金属碳化物中的一员，TaC 的熔点在3 300 ℃以上，在超高温陶瓷中占据着至关重要的地位[5-9]。TaC 的高硬度、高强度、优异的抗氧化性和耐磨性引起了人们的浓厚兴趣，大量研究人员对其进行了放电等离子烧结、无压烧结、热压烧结以及掺入不定量的添加剂进行烧结[10-14]。然而，由于TaC 具有极强的化学键，常压条件下很难将TaC 粉末试剂烧结成具有高硬度的块状陶瓷。

对于强化学键化合物的烧结，高温高压（High-pressure high-temperature, HPHT）烧结技术在烧结成本和烧结能力上有着天然的优势。Chen 等[15]对TaB 和纳米尺寸TaC 在3.0～4.0 GPa 压力下进行了高温高压烧结，并对比了TaB 和纳米尺寸TaC 的维氏硬度差异。Zhang 等[9]对微米尺寸TaC 在5.5 GPa 的压力下进行了高压烧结，并详细地分析了微米尺寸TaC 的微观结构及力学性能。……