摘要
金属及高温合金的纯度是保证材料性能的一项重要指标，因此熔炼坩埚的选材也就成为了影响金属及高温合金纯度的关键因素。传统坩埚材料如石墨坩埚会由于具有耐高温、抗热震性能好、易加工以及价格低廉等优点，广泛的应用于熔炼铀和铀合金领域。但由于铀和铀合金具有很高的反应活性，很容易在高温下与石墨和CO反应而引起碳污染。超高温陶瓷如碳化钛、碳化锆、碳化铪、碳化钒、碳化铌、碳化钽等金属元素在第ⅣB、VB和ⅥB族的碳化物陶瓷，熔点超过3000℃。过渡金属与碳原子间的强共价键使它们具有高硬度、刚度和熔点。强的共价键和一定程度的金属键使得这些陶瓷有能力在极端条件下服役。但是，这也使得这些陶瓷难以烧结致密，成型、加工困难。 本文将过渡金属氧化物粉体和碳源混合煅烧可以制备氧含量低、粒径小的碳化物复合粉体，然后热压烧结制备固溶体陶瓷，利用过渡金属碳化物之间的固溶性促进致密化。制得了致密度在98%以上的TaC基固溶体陶瓷，并探讨了第二组元种类对其组织结构和力学性能的影响。在制得的(Ta5Ti)C6、(Ta5Zr)C6、(Ta5Nb)C6和(Ta5Cr)C6四种陶瓷中，(Ta5Cr)C6的致密度最高，为99.5%。(Ta5Ti)C6、(Ta5Nb)C6和(Ta5Cr)C6的晶粒尺寸均大于TaC陶瓷晶粒尺寸，约为21μm。(Ta5Zr)C6的晶粒尺寸最小为6.2μm。四种固溶体陶瓷的维氏硬度均大于TaC陶瓷，(Ta5Cr)C6硬度最高，为22.5GPa；(Ta5Ti)C6最低，为18.5GPa，可见固溶体陶瓷之间的硬度高低与第二组元碳化物的硬度高低不一致。(Ta5Nb)C6断裂韧性最高，为3.2MPa*m1/2，(Ta5Cr)C6最低，为2.6MPa*m1/2。 根据热力学平衡的计算，初步判断，在其他条件相同的情况下，(Ta5Zr)C6耐蚀性最佳，而(Ta5Cr)C6耐蚀性最差。从表面形貌难以判断材料的耐腐蚀能力的高低，但是可以根据形貌初步判断受侵蚀的部位和侵蚀产物。关于表面晶粒的来源，有三种可能性。一是晶粒被侵蚀，留下低指数、能量低的晶面；二是在材料本身与熔融铈接触过程中，发生了质量转移，形成了更稳定的晶粒；三是晶粒被溶解后，降温过程中又从熔体中析出，附着、生长在材料表面。有待后续进一步的研究给出确切的答案。
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