[發明專利]一種過渡金屬碳氮化物高熵陶瓷及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201910973975.5
• 申請日: 2019-10-14
• 公開（公告）號: CN110590372A
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 馬世卿;王任飛;楊治剛;王志;秦勝建;吳紅亞;張光磊
• 申請（專利權）人: 石家莊鐵道大學
• 主分類號: C04B35/58
• 分類號: C04B35/58;C04B35/622;C04B35/626
• 代理公司: 11569 北京高沃律師事務所
• 代理人: 趙曉琳

本發明提供了一種過渡金屬碳氮化物高熵陶瓷及其制備方法和應用，屬于高熵陶瓷技術領域。本發明提供的過渡金屬碳氮化物高熵陶瓷由金屬主元和非金屬主元組成，所述金屬主元由Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta和W中的五種或者五種以上的元素組成；所述非金屬主元由C和N組成。本發明提供的過渡金屬碳氮化物高熵陶瓷材料力學性能較好，斷裂韌性為7.3～11.7MPa·m^1/2，高溫硬度為26～44GPa，強度為1050～1680MPa。本發明還提供了上述過渡金屬碳氮化物高熵陶瓷材料的制備方法，本發明提供的制備方法操作簡單，容易實施。

技術領域

本發明涉及高熵陶瓷技術領域，尤其涉及一種過渡金屬碳氮化物高熵陶瓷及其制備方法和應用。

背景技術

高熵陶瓷，由于其多金屬主元(即金屬主元數量大于等于5種，且各金屬主元的原子占比相近)的特點，使得這類陶瓷具有極高的化學混亂度，即具有極高的構型熵，可顯著提高陶瓷的穩定性，進而有效彌補單一/簡單成分陶瓷的力學性能、耐高溫性和抵抗氧化、腐蝕等性質，可進一步拓展陶瓷的應用范圍。

梁浩等人在專利CN109734451A中公開了一種過渡金屬二硼化物高熵陶瓷及其制備方法，報道將過渡金屬硼化物粉末按照等摩爾比混合后，經預壓和高溫燒結，得到性能優異的二硼化物高熵陶瓷。但是該專利所述二硼化物原料成本高、市場上難以獲得，而且還需要高熔點材料包裹封裝，而高熵陶瓷本身就是高熔點材料，尋找包裹這類材料的高熔點包裹材料更是非常困難，因此難以工業推廣。與上述方法類似，王一光等人在專利CN108439986A中和褚衍輝等人在專利CN108911751A中分別公開了一種(ZrHfTaNbTi)C高熵陶瓷及其制備方法，開創了碳化物高熵陶瓷，但碳化物高熵陶瓷的力學性能仍無法滿足人們的需求。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種過渡金屬碳氮化物高熵陶瓷材料及其制備方法和應用，本發明提供的過渡金屬碳氮化物高熵陶瓷材料的原料成本較低，制備方法簡單，且力學性能較好。

本發明提供了一種過渡金屬碳氮化物高熵陶瓷，所述過渡金屬碳氮化物高熵陶瓷包括金屬主元和非金屬主元，所述金屬主元由Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta和W中的五種或者五種以上元素組成；所述非金屬主元由C和N組成。

優選的，所述過渡金屬碳氮化物高熵陶瓷的化學式為：(Ti_aV_bCr_cZr_dNb_eMo_fHf_gTa_hW_i)(C_xN_y)，其中a+b+c+d+e+f+g+h+i＝1，且a～i中至少有5個值＞0；x+y＝1，且x、y均＞0。

優選的，所述過渡金屬碳氮化物高熵陶瓷的晶體結構為金屬元素與非金屬元素嵌套形成的面心立方結構。

優選的，所述過渡金屬碳氮化物高熵陶瓷包括下列化學式中的任意一種：

(Ti_0.2V_0.2Zr_0.2Nb_0.2Ta_0.2)(C_0.5N_0.5)；

(Ti_1/9V_1/9Cr_1/9Zr_1/9Nb_1/9Mo_1/9Hf_1/9Ta_1/9W_1/9)(C_0.7N_0.3)；