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具有碳化学计量偏差的新型高熵(TiVNbMoW)C4.375的合成、力学及其高温摩擦学性能

高熵碳化物陶瓷作为一种新型结构陶瓷，因其具有高硬度、高强度、良好的化学稳定性和优异的抗蠕变性，在高温、重载及强腐蚀等苛刻环境具有潜在的应用前景。然而，由于高熔点和低晶格扩散系数，高熵碳化物陶瓷通常很难形成均匀的固溶体，致使最终制备的材料难以接近全致密，从而严重影响其在实际应用中的可靠性。为突破这一瓶颈制约，本文利用TiC、V₈C₇、NbC、Mo₂C和WC五种具有不同碳化学计量的二元碳化物来制备高致密的高熵（TiVNbMoW）C_4.375，研究了碳空位对缺碳高熵（TiVNbMoW）C_4.375的形成能力和力学性能的影响。结果表明：尽管初始二元碳化物具有不同的晶体结构和碳化学计量，但所制备的高熵碳化物为单一岩盐结构，并且具有相对较高的密度（98.1%）和良好的机械性能，其硬度为19.4±0.4 GPa，断裂韧性为4.02 MPa·m^1/2。此外，高熵（TiVNbMoW）C_4.375在室温（RT）和800 ℃下均表现出较低的摩擦系数（0.4~0.5），磨损率随着温度的升高而逐渐增加，这主要是由于摩擦表面发生高温氧化形成了低硬度的氧化膜从而加剧了磨损。在800 ℃时，氧化产物V₂O₅和MoO₃等低剪切强度和层状结构易铺展形成润滑膜和转移膜可有效改善高熵（TiVNbMoW）C_4.375的高温摩擦学行为。高熵（TiVNbMoW）C_4.375的磨损机制主要是室温晶粒拔出和脆性断裂引起的磨粒磨损，以及高温反应产生的氧化磨损。以上结果对高熵陶瓷作为高温服役条件下的滑动部件的合成具有很好的指导和参考价值。