[發明專利]一種高韌性耐氧化的織構化高熵陶瓷及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010724840.8
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111943682B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 郭偉明;張巖;張威;許亮;林華泰
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: C04B35/58
• 分類號: C04B35/58;B26D1/00;C04B35/64
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 彭玉婷

本發明屬于陶瓷材料技術領域，公開了一種高韌性耐氧化的織構化高熵陶瓷及其制備方法和應用。該織構化高熵陶瓷的分子式為(Hf_xZr_yTa_zCr_nTi_m)B₂，其中，0.1≤x≤1，0.1≤y≤1，0.1≤z≤1，0.1≤n≤1，0.1≤m≤1，且滿足x+y+z+n+m＝1；該陶瓷是將金屬氧化物的混合粉體模壓制成坯體，在真空條件下，升溫至1400～1600℃進行熱處理，經研磨過篩制得(Hf_xZr_yTa_zCr_nTi_m)B₂織構化高熵陶瓷粉末，采用放電等離子燒結將該粉末升溫至1000～1400℃時充入保護氣氛，然后升溫至1800～2200℃煅燒制得。該織構化高熵陶瓷具有均一固溶體相的、高韌性的、耐氧化，且沿c?軸定向生長的織構化形貌。可應用在超高溫耐氧化或刀具領域中。

技術領域

本發明屬于陶瓷材料技術領域，更具體地，涉及一種高韌性耐氧化的織構化高熵陶瓷及其制備方法和應用。

背景技術

高熵硼化物陶瓷與碳化物陶瓷是新一類的超高溫陶瓷材料，引起了研究者們廣泛的興趣，其具有高熔點、高硬度、良好的抗腐蝕性能與抗氧化性能，且明顯優于一元或者二元硼化物或者碳化物陶瓷，有望成為在航空航天、汽車發動機、超音速飛行器、核反應堆等極端環境應用的候選者，由于高熵陶瓷由五種或者五種以上的元素組成，其可以解決單相陶瓷在實際應用的局限性，如損傷容限差和臨界抗氧化能力差。

對于高熵陶瓷其也存在陶瓷的通性，即斷裂韌性低，且由于硼化物和碳化物存在強的共價鍵和低的擴散系數，使得其很難燒結致密，雖然其優于一元或者二元硼化物或者碳化物陶瓷，但是已報道的通過高能球磨和放電等離子燒結制備的硼化物與碳化物陶瓷的致密度均93%，在2300℃高溫下制備的(Hf-Ta-Zr-Nb)C陶瓷材料才能達到了99%致密度。為了改善其燒結性能，專利CN201811196871.X和專利CN201910223884.X通過硼熱還原法和硼熱碳熱還原法制備易于燒結的高熵固溶體粉末，通過2000℃放電等離子燒結后致密度可以達到95.0~99.2%，文獻報道的通過硼熱碳熱還原法與SPS結合，2000℃制備的(Ti_0.2Hf_0.2Zr_0.2Nb_0.2Ta_0.2)B₂的致密度達到97.9%。因此，通過采用易于燒結的粉末、提高燒結溫度與外加壓力，可以有效提高其致密度。

近年來，關于高熵陶瓷的研究多在于其致密化的提高，高熵粉末的提純，性能的改善等，還未有關于織構化高熵陶瓷的制備和性能改善的研究。傳統制備織構化陶瓷的方法主要有熱加工方法，采用模板晶粒長大法，強磁場準直法，經注漿成型后燒結而成，但是這些方法成本高而且操作復雜。

發明內容

為了解決上述現有技術存在的不足和缺點，提供一種高韌性耐氧化的織構化高熵陶瓷。該陶瓷具有均一固溶體相的、高韌性的、耐氧化、沿c-軸定向生長的織構化高熵陶瓷。

本發明另一目的在于提供上述高韌性耐氧化的織構化高熵陶瓷的制備方法。

本發明再一目的在于提供上述高韌性耐氧化的織構化高熵陶瓷的應用。

本發明的目的通過下述技術方案來實現：