与传统陶瓷材料相同，高熵陶瓷(HEC)虽然拥有极佳的硬度、耐磨性以及热稳定性，但较低的断裂韧性严重制约了其在工业界尤其是刀具行业中的发展。改善高熵陶瓷的脆性，提升断裂韧性仍然是其面向实际应用的关键所在。本研究通过第一性原理密度泛函理论(DFT)系统地研究了(Ti, Ta, Nb, Zr, V)(C,N)的晶体、力学、电子和热力学性质，并采用火花等离子烧结法合成了碳氮化物陶瓷。结果表明：(Ti, Ta, Nb, Zr, V)(C,N)陶瓷由于C、N双阴离子的加入使其构型熵有了进一步提升，不再需要很高的烧结温度。在烧结温度为1600℃，保温时间为10 min，烧结压力为30 MPa时，制备的陶瓷具有硬度22.24 GPa、断裂韧性10.67 MPa·m^1/2和弯曲强度1290 MPa的最优力学性能，这意味着(Ti, Ta, Nb, Zr, V)(C,N)具有成为高性能切削刀具材料的潜力。

本工作的计算得到了西安工业大学高算混合云服务平台的支持，机电工程学院王东课题组相关研究以“Enhancing hardness-toughness synergy through entropy gain effects: Implications for ceramic cutting tool materials”为题发表在《Journal of Alloys and Compounds》。

网页链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S092583882402718X

DOI：10.1016/j.jallcom.2024.176131