[发明专利]功能梯度碳化物

权利要求书

1.一种5族金属碳化物的功能梯度碳化物主体，包括：

本体组合物区，所述本体组合物区包含至少70重量％的5族金属碳化物的菱面体ζ-相碳化物；

富γ-相区，所述富γ-相区具有在所述碳化物主体的表面处的富γ-相组合物；以及

相组成梯度区，所述相组成梯度区从富γ-相组合物区过渡到表面下梯度深度处的本体组合物区。

2.根据权利要求1所述的功能梯度碳化物主体，其中所述富γ-相组合物区为70重量％至100重量％γ-相。

3.根据权利要求1所述的功能梯度碳化物主体，其中所述相组成梯度区基本上连续地从所述富γ-相组合物区过渡到所述本体组合物区。

4.根据权利要求1所述的功能梯度碳化物主体，其中所述富γ-相组合物区对于从表面的第一深度具有基本上均匀的碳对5族金属原子比，并且然后在梯度深度处连续过渡到所述本体组合物区。

5.根据权利要求4所述的功能梯度碳化物主体，其中所述第一深度为2微米至30微米。

6.根据权利要求1所述的功能梯度碳化物主体，其中所述梯度深度为5微米至50微米。

7.根据权利要求1所述的功能梯度碳化物主体，其中所述碳化物主体为基本上纯碳化物。

8.根据权利要求1所述的功能梯度碳化物主体，其中所述碳化物主体具有约10GPa至约25GPa的表面硬度HK0.1。

9.根据权利要求1所述的功能梯度碳化物主体，其中所述碳化物主体具有约10MPa√m至约15MPa√m的本体断裂韧度。

10.根据权利要求1所述的功能梯度碳化物主体，其中所述碳化物主体具有在表面处的残余压缩应力。

11.根据权利要求1所述的功能梯度碳化物主体，其中所述5族金属为钽。

12.根据权利要求11所述的功能梯度碳化物主体，其中所述富γ-相组合物区具有约0.78至约1.0的碳对钽原子比。

13.根据权利要求1所述的功能梯度碳化物主体，其中所述5族金属为铌。

14.根据权利要求13所述的功能梯度碳化物主体，其中所述富γ-相组合物区具有约0.73至约1.0的碳对铌原子比。

15.根据权利要求1所述的功能梯度碳化物主体，其中所述5族金属为钒。

16.根据权利要求15所述的功能梯度碳化物主体，其中所述富γ-相组合物区具有约0.7至约0.88的碳对钒原子比。

17.一种制备功能梯度碳化物主体的方法，所述方法包括：

获得5族金属碳化物基底，所述5族金属碳化物基底具有包含至少70重量％的菱面体ζ-相碳化物的本体组合物区；以及

在渗碳温度下用含碳气体处理所述5族金属碳化物基底的表面以形成富γ-相区，所述富γ-相区具有富γ-相组合物区和从表面处的所述富γ-相组合物区过渡到所述表面下梯度深度处的所述本体组合物区的相组成梯度区。

18.根据权利要求17所述的方法，其中获得包括通过以下步骤形成所述5族金属碳化物基底：

组装5族金属源粉末和碳源粉末的粒状混合物；以及

烧结所述粒状混合物以形成5族金属碳化物基底，所述5族金属碳化物基底具有包含至少70重量％的所述菱面体ζ-相碳化物的所述本体组合物区。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述5族金属源粉末为金属的5族金属粉末或5族金属氢化物粉末，并且其中所述碳源粉末为γ-相5族金属碳化物粉末。

20.根据权利要求18所述的方法，其中所述粒状混合物选自：钽源粉末和碳源粉末的混合物，所述混合物具有约0.64至约0.68的碳对钽原子比；铌源粉末和碳源粉末的混合物，所述混合物具有约0.67至约0.68的碳对铌原子比；以及钒源粉末和碳源粉末的混合物，所述混合物具有约0.61至约0.62的碳对钽原子比。

21.根据权利要求18所述的方法，其中所述烧结在约1350℃至约1900℃的烧结温度下进行。

22.根据权利要求17所述的方法，其中所述渗碳温度为约1270℃至约1500℃。