陳海花,董匯澤,謝名財(cái),鄭曙東,李會山,宋民青,喬麗,楊大川,張小威

(1.青海大學(xué),西寧810016;2.青海大學(xué)高能加速器研究機(jī)構(gòu)(KEK),物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所(光子工廠),1-1,筑波,日本茨城305-0801)

納米結(jié)構(gòu)TaC高溫高壓燒結(jié)體硬度的研究

陳?；?,董匯澤1,謝名財(cái)1,鄭曙東1,李會山1,宋民青1,喬麗1,楊大川1,張小威2

(1.青海大學(xué),西寧810016;2.青海大學(xué)高能加速器研究機(jī)構(gòu)(KEK),物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所(光子工廠),1-1,筑波,日本茨城305-0801)

采用國產(chǎn)DS6×800T鉸鏈?zhǔn)搅骓攭簷C(jī)技術(shù),對納米結(jié)構(gòu)碳化鉭(TaC)粉末樣品進(jìn)行了高溫高壓燒結(jié),并進(jìn)行了物理表征。在加載負(fù)荷為29.4 N時(shí),燒結(jié)壓力為3 GPa,燒結(jié)溫度分別為1100℃和1300℃時(shí),測試得到納米結(jié)構(gòu)TaC燒結(jié)體的硬度分別為16.5±0.5和17.2±0.4 GPa。當(dāng)我們把燒結(jié)壓力升高到4 GPa,燒結(jié)溫度仍分別為1100℃和1300℃時(shí),測試得到燒結(jié)體的硬度分別為17.0±0.3和19.2± 0.6 GPa。說明超高壓力更有利于使樣品致密化,并同時(shí)可以降低燒結(jié)溫度。為了比較,我們將添加了體積比為5%鈷(Co)粘結(jié)劑的納米結(jié)構(gòu)TaC粉末燒結(jié)體進(jìn)行了燒結(jié)和硬度測試,發(fā)現(xiàn)其在燒結(jié)壓力為3 GPa、燒結(jié)溫度為1100℃時(shí)的硬度下降為11.3±0.8 GPa。根據(jù)斷裂韌度與硬度和楊氏模量之間的關(guān)系,進(jìn)一步得到了納米結(jié)構(gòu)TaC的平均斷裂韌度為5.0±0.2 MPa m1/2。通過基于密度泛函理論的第一性原理,模擬計(jì)算得到TaC的硬度為20 GPa,并與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行了比較。

TaC;超高壓;納米結(jié)構(gòu);維氏硬度;斷裂韌度

1 概述

在廣袤而神秘的宇宙中,大約90%以上的凝聚態(tài)物質(zhì)均處于10萬大氣壓以上的高壓力之中[1]。在極端壓力條件下,納米材料物態(tài)方程(EOS)、強(qiáng)度以及彈性模量的研究有著非常重要的意義,也是凝聚態(tài)物理及其交叉學(xué)科中的一個(gè)重點(diǎn)。據(jù)研究發(fā)現(xiàn),過渡金屬鉭元素不僅具有硬度適中、膨脹系數(shù)小、富有延展性等獨(dú)特的物理特性,而且具有非常出色的化學(xué)性質(zhì),譬如具有極高的抗腐蝕性,對鹽酸、濃硝酸及“王水”都不反應(yīng),被譽(yù)為“金屬王國”的多面手[2]。鉭的系列化合物TaB、TaC、TaxNx、TaOx等均具有類似的物理化學(xué)特性。因此鉭以及鉭的化合物在基礎(chǔ)研究和應(yīng)用方面吸引了材料界的廣泛興趣[3-5]。早在1949年,人們就已經(jīng)利用各種物理和化學(xué)方法制備和研究了鉭的化合物[6]。碳化鉭(TaC)復(fù)合材料由于具有高的熔點(diǎn)(＞3800℃)、良好的化學(xué)穩(wěn)定性、好的耐腐蝕性、高強(qiáng)度和高的硬度等優(yōu)良的特性,因此在耐高溫、耐磨損等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用和發(fā)展[7,8]。在常溫常壓條件下,TaC具有簡單的NaCl型晶體結(jié)構(gòu),而且可以在碳素晶格中容納大量的空缺位而不引起相變的發(fā)生[9]。通常TaC粉末中常被添加WC、Co以及B4C等粉末化合物以提高燒結(jié)結(jié)構(gòu)的物理性質(zhì)。TaC被用作鋼模具在鋁合金上注射成型的涂層,可形成硬度高、低摩擦耐磨表面。也被用在生產(chǎn)尖銳并具有高硬度、耐磨損的器械中[4,5]。TaC作為涂層材料已被用于軍事火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管C/ C復(fù)合材料的涂層材料中[10]。目前,TaC也被用作硬質(zhì)合金燒結(jié)晶粒長大抑制劑,對抑制晶粒長大有明顯效果[5]。

因?yàn)門aC具有強(qiáng)的共價(jià)-金屬鍵和低的自擴(kuò)散系數(shù),因此其粉末很難進(jìn)行燒結(jié)成型。另外,雜質(zhì)也會影響燒結(jié)條件,比如氧化物雜質(zhì)將會導(dǎo)致微結(jié)構(gòu)的粗化,而造成不均勻燒結(jié)[11]。如果在TaC中添加鎳、鈷、碳化鈮等添加劑雖然可以提高其致密化程度[12,13],但是可能同時(shí)影響了其硬度。Zhang等人[14]在商用TaC粉末中添加了C和B4C后發(fā)現(xiàn)材料的相對密度分別提高了97%(TaC-0.78wt.% C)和98%(TaC-0.36wt.%B4C)。Sciti等人[13]在TaC粉末中通過添加體積比為15%的MoSi2和Ta-Si2化合物,在溫度為1750℃～1850℃時(shí)進(jìn)行燒結(jié),得到了較高的相對密度為～97%的產(chǎn)物。因此,如何更好地控制燒結(jié)溫度、壓力以及其他燒結(jié)條件將是TaC粉末燒結(jié)成型的關(guān)鍵問題。

超高壓力能使凝聚態(tài)物質(zhì)中原子間的相互作用增強(qiáng),原子、分子間距縮短,原子與原子之間更容易成鍵。因此,超高壓力更有利于材料達(dá)到致密化程度,并可以降低材料的燒結(jié)溫度。Yohe[15]曾報(bào)道采用超高壓力4.5 GPa燒結(jié)TaC材料時(shí),溫度僅為1200℃就可以獲得相對密度為93%。然而到目前為止,高壓低溫(溫度低于1600℃)燒結(jié)TaC樣品的文獻(xiàn)報(bào)道很少。我們研究小組于2013年采用金剛石壓砧同步輻射X射線衍射實(shí)驗(yàn)對納米結(jié)構(gòu)TaC(～100nm)的物態(tài)方程、屈服強(qiáng)度和各彈性模量做了初步研究[16],得到了其體彈模量為433 GPa,與超硬材料金剛石的體彈模量接近(443 GPa)[17]。我們發(fā)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)TaC在非靜水壓力約為20 GPa時(shí),樣品開始發(fā)生塑性變形,在極端壓力高達(dá)65.5 GPa時(shí),得到其最大宏觀差應(yīng)力約為22 GPa。我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與Liermann等人[18]的結(jié)果存在差異的原因可能是因?yàn)槌跏紭悠返木Я３叽绮煌?因?yàn)榧{米結(jié)構(gòu)TaC的原子間距比微米級TaC的小,使得原子之間更容易致密化。譬如,Lin等人[19]研究發(fā)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)碳化鎢(WC)的體彈模量為452 GPa,比微米級的WC要大很多。據(jù)研究報(bào)道,納米粉末將比傳統(tǒng)粉末容易在較低溫度燒結(jié),成為良好的燒結(jié)促進(jìn)材料[13]。后來我們燒結(jié)了一塊納米結(jié)構(gòu)TaC陶瓷,燒結(jié)壓力和溫度為3 GPa/1500℃并進(jìn)行了硬度分析,發(fā)現(xiàn)其維氏硬度為17.2 GPa[20]。在前期工作的基礎(chǔ)上,本文將采用國產(chǎn)DS6×800T鉸鏈?zhǔn)搅骓攭簷C(jī)技術(shù),進(jìn)一步對納米結(jié)構(gòu)TaC在燒結(jié)壓力分別為3 GPa和4 GPa,燒結(jié)溫度為700℃～1500℃范圍進(jìn)行燒結(jié)成型,分析溫度、壓力以及添加劑對其在燒結(jié)過程中的影響,并得到納米結(jié)構(gòu)TaC的硬度數(shù)據(jù)。我們的研究結(jié)果將有助于進(jìn)一步深化了解難溶金屬TaC的性能,也為其在工業(yè)、電子、航空等領(lǐng)域的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)參數(shù)和科學(xué)依據(jù)。

2 實(shí)驗(yàn)方法

本次實(shí)驗(yàn)所使用的粉末樣品是由阿拉丁(Aladdin)公司提供的平均晶粒尺寸為＜1μm,純度為99.9%的TaC樣品。高溫高壓燒結(jié)實(shí)驗(yàn)是在四川大學(xué)原子分子物理研究所高壓科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的國產(chǎn)DS6×800T鉸鏈?zhǔn)搅骓攭簷C(jī)裝置上進(jìn)行的,實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)過程已經(jīng)被文獻(xiàn)報(bào)道[21]。在進(jìn)行高溫高壓實(shí)驗(yàn)之前,為了使納米顆粒樣品更加均勻,首先將粉末樣品放入瑪瑙研缽中加入酒精均勻混合后進(jìn)行研磨至3個(gè)小時(shí)。然后將研磨的粉末樣品放入真空爐中進(jìn)行熱處理,目的是為了去除附著在樣品顆粒表面的氧雜質(zhì)。經(jīng)過真空熱處理后粉末樣品以一定的質(zhì)量裝入鋯杯和鉬杯,以便進(jìn)行高溫高壓實(shí)驗(yàn)備用。我們將高溫高壓燒結(jié)成塊的樣品首先進(jìn)行鑲嵌拋光處理,目的是因?yàn)閄射線物相分析、掃描電鏡及維氏硬度測試都將在拋光面上進(jìn)行。通過X射線衍射技術(shù)(XRD,型號DX-2500,丹東,中國)和掃描電子顯微鏡(SEM)觀察燒結(jié)樣品的微觀結(jié)構(gòu)和形貌。燒結(jié)體的硬度是用維氏硬度計(jì)進(jìn)行測量的。

3 結(jié)果與討論

圖1 燒結(jié)實(shí)驗(yàn)組裝Fig.1 The assembly for TaC sintering experiment

圖1為本次實(shí)驗(yàn)所采用的高溫高壓裝置結(jié)構(gòu)示意圖。首先將納米結(jié)構(gòu)TaC粉末樣品放入NaCl包裹體中,目的之一是為了確保樣品處于靜水壓環(huán)境中,目的之二是為了防止樣品和石墨加熱器接觸。然后將包裹體放入組裝好的葉蠟石高溫高壓組裝里。我們使用K型熱電偶來實(shí)時(shí)監(jiān)測反應(yīng)腔體中的溫度變化。腔體內(nèi)壓力的測量方法類似文獻(xiàn)報(bào)道[22]。在加熱樣品之前,將樣品加壓到所需的值,然后升溫到預(yù)先設(shè)定的值,保持時(shí)間為30分鐘。當(dāng)我們將樣品分別加壓和升溫至所需的壓力和溫度后,首先將壓力降至常壓狀態(tài),然后將溫度按每分鐘-15℃的速率降溫至常溫狀態(tài)。先降壓力的目的是為了防止燒結(jié)樣品發(fā)生脆裂現(xiàn)象[23,24]。

圖2所示為納米結(jié)構(gòu)TaC樣品在不同的溫度和壓力條件下燒結(jié)后的X射線衍射圖譜。首先,我們分別將燒結(jié)壓力從0升高到3 GPa,溫度分別在700、900、1100、1300和1500度時(shí),燒結(jié)了五個(gè)塊體陶瓷。然后我們將燒結(jié)壓力從0升高到4 GPa,燒結(jié)溫度分別為1100℃和1300℃,燒結(jié)了兩個(gè)塊體陶瓷。為了進(jìn)行對比,我們在粉末樣品中添加了體積比為5%的鈷(Co)粉作為粘結(jié)劑,在燒結(jié)壓力為3 GPa,燒結(jié)溫度為1100℃時(shí)燒結(jié)了一個(gè)塊體陶瓷。我們將燒結(jié)體分別進(jìn)行了X射線衍射圖譜分析,發(fā)現(xiàn)燒結(jié)后的樣品仍然是純相,樣品沒有發(fā)生任何相變等異象(圖2所示)。說明在我們的實(shí)驗(yàn)條件下,樣品結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定。通過X射線衍射分析后,我們得到了樣品在常溫常壓下的晶胞參數(shù)為a=0.4456nm,晶胞體積為88.478×10-3nm3,與文獻(xiàn)[25]報(bào)道的基本一致。

圖2 燒結(jié)體在不同壓力和溫度下的XRD圖譜Fig.2 X-ray diffraction patterns of the samples sintered at different pressures and temperatures

圖3 燒結(jié)陶瓷在燒結(jié)壓力為3GPa,燒結(jié)溫度分別為700, 900和1100度時(shí)的斷面SEM圖像,內(nèi)插圖表示能譜分析Fig.3 Fracture surface SEM images of sintered ceramics at sintering pressure of 3 GPa and temperature of 700,900 and 1100℃.Insets are the energy spectrum analysis of the ceramics

表1 納米結(jié)構(gòu)TaC陶瓷的相對密度和維氏硬度與不同的燒結(jié)壓力和溫度之間的關(guān)系Table 1 The relative density and Vickers hardness of nano-TaC ceramics at different sintering pressures and temperatures

圖4 燒結(jié)陶瓷在燒結(jié)壓力為3 GPa,燒結(jié)溫度分別為700,900和1100度時(shí)的拋光面SEM圖像。Fig.4 Polished surface SEM images of sintered ceramics at sintering pressure of 3 GPa and temperature of 700,900 and 1100℃

圖3所示燒結(jié)陶瓷在燒結(jié)壓力為3 GPa,燒結(jié)溫度分別為700、900和1100℃時(shí)的斷面SEM圖像。利用阿基米德原理計(jì)算得到相對密度分別為89%, 91%和93%。我們發(fā)現(xiàn)在燒結(jié)壓力為3 GPa,燒結(jié)溫度為700℃～1100℃時(shí)樣品并沒有完全致密,也可以從燒結(jié)陶瓷拋光面的SEM圖像中清晰看出(圖4)。圖3內(nèi)部插圖表示燒結(jié)陶瓷的能譜分析。然后,我們將燒結(jié)溫度分別從0提高到1300℃和1500℃,燒結(jié)壓力仍為3 GPa,燒結(jié)了兩個(gè)陶瓷塊體并計(jì)算得到其相對密度分別為94%和95%,如表1所示。最后,我們將燒結(jié)壓力提高到4GPa,燒結(jié)溫度分別為1100℃和1300℃時(shí)計(jì)算得到燒結(jié)陶瓷的相對密度為95%和97%,發(fā)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)TaC仍沒有完全致密化,如圖4所示。結(jié)合之前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果[16]說明納米結(jié)構(gòu)TaC材料硬度比較高,加上其分子結(jié)構(gòu)的特殊性,很難被壓縮成型。但是通過我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)升高燒結(jié)壓力可以提高相對密度,并同時(shí)可以降低燒結(jié)溫度。譬如,Khaleghi等人[26]采用放電等離子燒結(jié)法,在壓力為30 MPa,溫度為2400℃條件下燒結(jié)TaC (-325 mesh size:＜44μm)樣品,獲得樣品的相對密度為97%。而Kim等人[27]采用相同尺寸的TaC粉末樣品,將壓力提高到80 MPa,溫度為700℃～1000℃,獲得了幾乎一致的相對密度為96%。由此可以看出,在樣品的燒結(jié)過程中,相比于溫度,壓力起著更重要的作用。另外,為了做比較,我們在燒結(jié)壓力為3 GPa、燒結(jié)溫度為1100℃時(shí)燒結(jié)了一塊添加了體積比為5%的鈷(Co)粉的納米結(jié)構(gòu)TaC陶瓷,并能清晰地看到燒結(jié)體完全致密了,如圖5所示。

圖5 體積比為5%鈷粉的納米結(jié)構(gòu)TaC燒結(jié)陶瓷在燒結(jié)條件為3GPa/1100℃的SEM圖像(左邊為斷面SEM圖像,右邊為拋光面SEM圖像)。Fig.5 The SEM image of the nano-TaC-5 wt.%Co ceramic sintered at 3GPa/1100℃

為了進(jìn)一步了解燒結(jié)體的物理性能,我們采用維氏壓痕法對樣品的硬度進(jìn)行了測量[22]。本實(shí)驗(yàn)采用硬度計(jì)的加載負(fù)荷壓力為29.4 N,保壓時(shí)間為15s,樣品的維氏硬度可以從下面的方程中得到

其中d為壓痕中兩條對角線的算術(shù)平均數(shù)[22]。為了更精確地得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),首先將燒結(jié)體表面進(jìn)行拋光,然后在每個(gè)塊燒結(jié)體上測試5～6個(gè)壓痕取其平均值。圖6表示在加載負(fù)荷壓力為29.4 N時(shí),納米結(jié)構(gòu)TaC的維氏硬度隨著燒結(jié)壓力和溫度的變化關(guān)系。從圖中我們很明顯地可以看到,在一定的燒結(jié)壓力條件下,燒結(jié)陶瓷的硬度隨著燒結(jié)溫度的升高而升高。比如,在燒結(jié)壓力為3 GPa,燒結(jié)溫度分別為700、900、1100、1300和1500度時(shí)的硬度分別為10.8 ±0.2,15.5±0.4,16.5±0.5,17.2±0.4和17.5 ±0.6 GPa。然而當(dāng)燒結(jié)壓力升高到4 GPa,燒結(jié)溫度分別為1100℃和1300℃時(shí),測試得到其硬度分別為17.0±0.3和19.2±0.6 GPa。我們發(fā)現(xiàn)在一定的燒結(jié)溫度條件下,硬度與燒結(jié)壓力成正比。譬如,在燒結(jié)溫度為1300℃時(shí),燒結(jié)壓力為3 GPa和4 GPa對應(yīng)的硬度分別為17.2±0.4和19.2±0.6 GPa。說明超高壓更有利于使樣品致密化,而且可以降低燒結(jié)溫度。Khaleghi等人[26]在壓力為30 MPa,溫度為1900℃～2400℃時(shí)獲得TaC的硬度為11 GPa。Bakshi等人[28]采用放電等離子燒結(jié)法(腔體中充有氬氣),在壓力為255 MPa,溫度1850℃時(shí)獲得TaC的硬度為26.3 GPa。2015年,Demirskyi等人[29]采用放電等離子燒結(jié)法,在燒結(jié)溫度為2000℃時(shí)得到微米結(jié)構(gòu)TaC的硬度為14.7 GPa。另外,我們還測試了添加體積比為5%粘結(jié)劑Co粉的納米結(jié)構(gòu)TaC燒結(jié)陶瓷在燒結(jié)壓力3 GPa,燒結(jié)溫度1100℃的硬度為11.4±0.8 GPa,如圖6所示。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)添加了粘結(jié)劑Co粉的燒結(jié)體硬度低于無添加劑的燒結(jié)體,說明摻入了Co添加劑后雖然增強(qiáng)了樣品的致密化程度,但同時(shí)有可能降低了其燒結(jié)硬度。我們通過實(shí)驗(yàn)得到的納米結(jié)構(gòu)TaC的硬度(19.2±1.2 GPa)比WC(17±2 GPa)的硬度要大[30]。

圖6 納米結(jié)構(gòu)TaC燒結(jié)體在加載負(fù)荷為29.4 N時(shí)的硬度隨不同的燒結(jié)壓力和燒結(jié)溫度的變化關(guān)系Fig.6 Vickers hardness of nano-TaC compacts sintered at different pressures and temperatures under the load of 29.4 N

另外,晶體的硬度可根據(jù)Gao的理論計(jì)算方法獲得[31,32],方程如下所示

其中A為比例系數(shù),設(shè)定為740,Na為每個(gè)晶胞中的共價(jià)鍵數(shù),P為密立根重疊部分,vb為鍵量(晶胞體積V與鍵數(shù)Na的比率)。對于TaC,我們根據(jù)基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法,計(jì)算得到P為2.46,V為88.478×10-3nm3。根據(jù)方程(2)計(jì)算得到TaC的硬度為20.5 GPa。通過我們前期的工作[16]發(fā)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)TaC的屈服強(qiáng)度與B6O[33], c-BC2N[34]和γ-Si3N4[35]接近,本次實(shí)驗(yàn)又驗(yàn)證了其硬度值,說明納米結(jié)構(gòu)TaC的硬度比較高,屬于硬質(zhì)類材料。材料的斷裂韌度可以通過Anstis方程估算[36],方程如下表示

其中E為楊氏模量,H壓痕硬度,P為加載壓力,C是從壓痕中心測量裂紋長度。對于TaC,楊氏模量E為511 GPa[16],硬度H為19.2 GPa,加載負(fù)荷為29.4 N,通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到納米結(jié)構(gòu)TaC的平均斷裂韌度為5.0±0.2 MPa m1/2,與Kim等人[27]得到的結(jié)果(5.1±0.3 MPa m1/2)基本一致。

4 結(jié)論

本文利用國產(chǎn)DS6×800T鉸鏈?zhǔn)搅骓攭簷C(jī)技術(shù),高溫高壓燒結(jié)了納米結(jié)構(gòu)TaC,并表征了其硬度。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在燒結(jié)過程中超高壓力更有利于樣品的燒結(jié),并且可以降低燒結(jié)溫度。我們得到在燒結(jié)壓力為3 GPa,溫度分別為1100℃和1300℃時(shí)的硬度為16.5±0.5和17.2±0.4 GPa。燒結(jié)壓力升高到4 GPa,溫度仍分別1100℃和1300℃時(shí),測試硬度為17.2±0.4和19.2±1.2 GPa。另外,我們還測試得到了摻入體積比為5%Co的納米結(jié)構(gòu)TaC燒結(jié)體的硬度,發(fā)現(xiàn)其硬度低于無粘結(jié)劑的燒結(jié)體。通過硬度和楊氏模量之間的關(guān)系,得到了納米結(jié)構(gòu)TaC的斷裂韌度為5.0±0.2 MPa m1/2。最后我們通過基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算得到了TaC的硬度,并與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行了比較。

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Study of the Hardness of Nanostructured HTHP TaC Sinter

CHEN Hai-hua1,DONG Hui-ze1,XIE Ming-cai1,ZHENG Shu-dong1,LI Hui-shan1, SONG Min-qing1,QIAO Li1,YANG Da-chuan1,ZHANG Xiao-wei2
(1.Qinghai University,Xining,China 810016; 2.High Energy Accelerator Research Organization(KEK),Institute of Material Structure Science(Photon Factory),1-1,Tsukuba,ibaraki,Japan 305-0801)

Nano-structured tantalum carbide(TaC)powder sample has been sintered under high temperature and high pressure(HTHP)conditions through domestic DS6×800T hinge type cubic press technology by Qinghai University and the physical characterization of it has been recorded.The hardness of nano-structured TaC sinter are 16.5±0.5 and 17.2±0.4 GPa respectively at temperature of 1100℃and 1300℃under load of 29.4 N and sintering pressure of 3 GPa.When the sintering pressure increases to 4 GPa,the hardness of the sinter are 17.0±0.3 and 19.2±0.6 GPa respectively under the same temperature of 1100℃and 1300℃.The result indicates that the ultrahigh pressure will help to densify the samples and reduce the sintering temperature.For the sake of comparison, we have conducted a sintering and hardness test for nano-structured TaC powder sinter with 5%volume ratio of Co binder.Result shows that when the sintering pressure is at 3GPa and the temperature is at 1100℃,the hardness of it drops to 11.3±0.8 GPa.According to the relationship between fracture toughness and Young modulus,the average fracture toughness of nano-structured TaC has been calculated as 5.0±0.2 MPa m1/2. The hardness of TaC has been calculated as 20 GPa through analog computation according to the first principle calculation based on density function theory.The figure has been compared with the experiment value.

TaC;ultrahigh pressure;nanostructure;Vickers hardness;fracture toughness

TQ164

A

1673-1433(2015)06-0030-06

2015-09-16

陳?；?1982-),女,博士,副教授,主要從事超硬材料,納米材料在高壓下材料的物性研究。E-mail:chenghaihua06@163.com。

青海省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2014-Z-944Q);教育部“春暉計(jì)劃”項(xiàng)目(Z2014016)

陳?；?董匯澤,謝名財(cái),等.納米結(jié)構(gòu)TaC高溫高壓燒結(jié)體硬度的研究[J].超硬材料工程,2015,27(6):30-35.