Creation of high strength high entropy oxynitrides by reversely using instability of forced solid solution phase.

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K03761
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 18010:Mechanics of materials and materials-related
• Research Institution: Tomakomai National College of Technology
• Principal Investigator: Asami Hiroki 苫小牧工業高等専門学校, 創造工学科, 准教授 (00547961)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 末松 久幸 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (30222045) ; 高澤 幸治 苫小牧工業高等専門学校, 創造工学科, 准教授 (20331952)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 硬質セラミックス / MA-PECS / ハイエントロピーセラミックス

Outline of Final Research Achievements

In this study, we developed high-entropy ceramics by using the MA-PECS process, in which non-metallic elements are also other-componentized.At first, (Al,Ti,Cr,Zr,Nb)N sintered compacts were successfully prepared by the MA-PECS process using h-AlN, TiN, CrN, ZrN, and NbN powders as raw powders.It was also found that the sintered plate has excellent hardness of more than HV1900.
Furthermore, by replacing some of the raw powders with TiC and ZrC powders, they succeeded in fabricating (Al,Ti,Cr,Zr,Nb)(C,N) sintered compacts with very high mechanical properties (HV 2050, Kic=4.7).

Free Research Field

硬質セラミックス材料

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

研究者が調査した範囲において，バルク体として単相固溶体と言える(Al,Ti,Cr,Zr,Nb)N系焼結体を作製した報告例はまだなく，これが可能であることを示した点において，まず学術的な意味があると言える．また，TaやHfなどの希少性の高い元素の含まれた窒化物や炭化物を使うことなく，HV2000以上の高硬度を有するセラミックス材料が作製可能であることを明らかにしたことは，産業的にも意義が非常に高いと言える．一定の靭性値も保有しているため，結合相とのマッチングが合えば，長年の課題となっているWC-Co系超硬合金の代替としても利用していけるものであると考える．