Si含量对(TiAlCrZrNb)-Si_(X)-N高熵薄膜微观结构、力学性能和断裂韧性的影响

摘要

为了得到力学性能和断裂韧性都更为优异的薄膜,采用磁控溅射技术,在Si衬底上沉积了不同Si含量的(TiAlCrZrNb)-Si_(x)-N(x=0,4%,8%,12%,16%)高熵陶瓷纳米复合膜。采用X射线衍射仪、扫描电镜、高分辨率透射电镜和纳米压痕仪研究了Si元素的加入对所制薄膜微观结构、力学性能和断裂韧性的影响。结果表明,随着Si元素的掺入,薄膜的力学性能和断裂韧性都先升高后降低,这种趋势归因于形成的纳米复合结构。当Si含量为4%(体积比)时,(TiAlCrZrNb)-Si_(x)-N薄膜具有最好的综合力学性能,其最大硬度和弹性模量分别为22.7 GPa和192.0 GPa,此时断裂韧性也达到最好,径向裂纹长度C为6.760μm,K_(IC)为1.77 MPa·m^(1/2)。