Improved damage tolerance and oxidation resistance of (Ti 0.2Zr 0.2Hf 0.2Nb 0.2Ta 0.2)B 2–SiC by introducing chopped carbon fibers

材料科学 断裂韧性 晶体缺陷 抗弯强度 微观结构 X射线晶体学 复合材料 分析化学(期刊) 结晶学 物理 色谱法 光学 化学 衍射
作者
Feilong Huang,Hailong Wang,Fang Cheng,Mingliang Li,Gang Shao,Jinpeng Zhu,Yanchun Zhou
出处
期刊:Journal of Advanced Ceramics [Springer Nature]
卷期号:13 (1): 101-112 被引量:9
标识
DOI:10.26599/jac.2024.9220844
摘要

High-entropy diborides (HEBs) are considered as promising high temperature structure materials owing to their high melting point and excellent thermal stability. However, the intrinsic brittleness is the main obstacle that seriously limits their practical applications. To overcome with this obstacle, carbon fibers (Cf) with outstanding mechanical properties are used in the present work as a first attempt to improve the damage tolerance of HEBs. The as-prepared Cf/(Ti0.2Zr0.2Hf0.2Nb0.2Ta0.2)B2–SiC composite (Cf/HEB–SiC) shows a high relative density (97.9%) and good mechanical properties with flexural strength of 411±3 MPa and fracture toughness of 6.15±0.11 MPa·m1/2. More importantly, the damage tolerance parameter (Dt) has increased from 0.10 m1/2 for HEB–SiC to 0.29 m1/2 for Cf/HEB–SiC. Through microstructural analysis and Vickers indentation of composite, the toughening mechanisms are disclosed. The carbon fibers coated with carbon coatings demonstrate a unique capacity for prolonging the crack propagation path, which promotes the reliability of composite effectively. Moreover, the Cf/(Ti0.2Zr0.2Hf0.2Nb0.2Ta0.2)B2–SiC composite also exhibits good static oxidation resistance in the temperature range of 1100~1500 ℃ in air due to the formation of the protective oxide layer constituting of multicomponent oxides (Zr)HfTiO4 and (Zr)Hf6Ta2O17 embedded in a continuous SiO2 glass. These results are promising and this primary work can be used as a reference to the synthesis of Cf/HEBs for thermal protection materials under high temperature serving conditions.
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