Achieving Superhardness and Enhanced Toughness in High‐Entropy Boride‐Based Composites by Tailoring Their Multi‐Scale Microstructures
Source abstract
Abstract
Abstract Unlike strong yet tough high entropy alloys, high entropy ceramics normally exhibit good hardness but poor strength and fracture toughness. To overcome this obstacle, B 4 C‐(Zr 0.2 Hf 0.2 Nb 0.2 Ta 0.2 Ti 0.2 )B 2 composites with a unique hierarchical microstructure are designed and prepared by boronizing reaction sintering of dual‐phase multicomponent carbides. In the as‐obtained composites, massive platelet‐like aggregations assembled by core‐rim structured (Zr 0.2 Hf 0.2 Nb 0.2 Ta 0.2 Ti 0.2 )B 2 fine grains are distributed randomly in the B 4 C matrix. Such special microstructure makes B 4 C‐(Zr 0.2 Hf 0.2 Nb 0.2 Ta 0.2 Ti 0.2 )B 2 composites exhibit excellent mechanical properties. An extra toughening mechanism of crack bridging is provided in as‐obtained composites (fracture toughness of 4.70 ± 0.08 MPa m 1/2 ) by the interaction between cracks and platelet‐like diboride aggregations whilst fine‐grained microstructures guarantee high flexural strength (633 ± 25 MPa). More importantly, during producing indents, homogenization of core‐rim structured (Zr 0.2 Hf 0.2 Nb 0.2 Ta 0.2 Ti 0.2 )B 2 alongside more difficult lattice glides caused by short‐range ordering and rough glide planes containing different‐dimension transition metal atoms cooperatively induce increased indentation volume work and consequently unparalleled Vickers hardness (>54 GPa at 1.96 N), which is confirmed by in‐depth transmission electron microscopy characterizations. This work gives a new inspiration to design high‐performance high‐entropy ceramics via multi‐scale microstructure tailoring and composition tuning.
Source: crossref · Quality: baseline
Research context
OpenAlex topics: Advanced materials and composites · Boron and Carbon Nanomaterials Research · High Entropy Alloys Studies
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
State Key Laboratory of Advanced Technology for Materials Synthesis and Processing Wuhan University of Technology Wuhan 430070 China
Hubei Longzhong Laboratory Xiangyang 441000 China
School of Materials Science and Engineering Zhengzhou University Zhengzhou 450001 China
Funding
National Natural Science Foundation of China
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