Abstract
近年來本實驗室利用高熵合金作為WC超硬合金與TiC瓷金的結合劑，發現對WC與TiC的晶粒細化及硬度－韌性組合更優於Ni、Co等傳統結合劑；去年葉欲安學長則利用高熵合金觀念設計出新的多元高熵碳化物(CrNbTiVW)Cx（x＝0.93, 1.0, 1.1），並加入Ni與Co1.5CrFeNi1.5Ti0.5結合劑與該碳化物作機械合金混合球磨，並在Ar + 10% H2氣氛中進行1380 oC液相燒結為瓷金，但硬度及韌性反而較傳統瓷金差。歸因於球磨製程導致混合度不足，奈米碳化物晶粒粗化至3 ~ 5 μm且晶粒間鄰接性高。 本論文即延續多元高熵碳化物的研究，希望能進一步開發出性能更好的多元高熵碳化物及其瓷金。首先選取與C有強鍵結的五個元素以機械合金法合成五元等莫耳(MoNbTiWZr)C碳化物奈米粉末，而後將此粉末在無添加結合劑下進行高溫爐管燒結及真空熱壓燒結成高熵碳化物塊材，並探討不同燒結溫度、不同爐管氣氛對燒結效果、微結構、相種類及機械特性的影響。其次，將Mo、Nb、Ti、W、Zr及C粉末加入Ni或Co結合劑，一起球磨48小時得到奈米瓷金粉末，接著在Ar + 10% H2與真空中進行1380 oC、1420 oC與1450 oC液相燒結為瓷金，分析其微結構及機械性質優劣，並探討其機制。 Mo、Nb、Ti、W、Zr及C粉末經球磨48小時可得尺寸約100 nm的奈米碳化物粉末(MoNbTiWZr)C，經由穿透式電子顯微鏡分析此碳化物確實為奈米晶的FCC多元固溶碳化物；球磨過程碳化物的形成機制為先合金化再碳化物化，合金化的順序為Zr、Ti、Nb、Mo、W。 此粉末壓胚經水平式爐管AV1450-1h燒結可得緻密度78.0 %與微硬度值HV0.025 3098 ± 91。(MoNbTiWZr)C粉末利用真空熱壓法燒結，HP1450-1h可得緻密度93.2 %，硬度值HV2 2308 ± 88，K1C值5.4 ± 0.3，此一特性優於葉欲安之(CrNbTiVW)C高熵碳化物塊材。 (MoNbTiWZr)C與結合劑Ni、Co以爐管製程燒結成瓷金，雖然1450 oC僅可使Ni和Co達到液相燒結，但仍無法使(MoNbTiWZr)C具有良好的燒結效果，可歸因於Ni和Co對高熵碳化物基地相的潤濕性不佳，因此緻密度不甚理想，且晶粒間的鄰接性高。(MoNbTiWZr)C + 10 vol% Ni－VV1450-1h可得緻密度94.3 %，硬度值HV30 1593 ± 45，K1C值8.3 ± 0.3；(MoNbTiWZr)C + 10 vol% Co－AV1450-1h可得緻密度96.2 %，硬度值HV30 1538 ± 55，K1C值6.8 ± 0.9。因此未來應再選擇更好的結合劑及燒結條件以改進微結構及性能。