[發(fā)明專利]一種高硬度的鉿基三元固溶體硼化物陶瓷及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110088777.8
• 申請(qǐng)日: 2021-01-22
• 公開（公告）號(hào): CN112830792B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃梓鍵;郭偉明;張巖;許亮;林華泰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/58
• 分類號(hào): C04B35/58
• 代理公司: 廣東廣信君達(dá)律師事務(wù)所 44329
• 代理人: 彭玉婷

本發(fā)明屬于陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種高硬度的鉿基三元固溶體硼化物陶瓷及其制備方法和應(yīng)用。該硼化物陶瓷的分子式為(Hf_aMe1_bMe2_c)B₂，其中0.1≤a≤0.9，0b0.9，0c0.9，且a+b+c＝1；Me1和Me2為Zr、Ta或Ti，該陶瓷是將HfO₂、Me1和Me2氧化物、B₄C、碳粉加入溶劑經(jīng)球磨得到混合粉體，經(jīng)壓模后所得坯體放入石墨坩堝中，升溫至1400～1600℃保溫，進(jìn)行真空熱處理得到鉿基三元固溶體硼化物粉體；采用放電等離子燒結(jié)將上述三元固溶體硼化物粉體升溫至1000～1400℃時(shí)充入保護(hù)氣氛，然后升溫至1900～2100℃，壓力為10～100MP煅燒制得。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種高硬度的鉿基三元固溶體硼化物陶瓷及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

二硼化鉿(HfB₂)作為超高溫陶瓷(UHTC)，因其具有極高的熔點(diǎn)(3380℃)、高楊氏模量(～500GPa)、高硬度(18-21GPa)、優(yōu)異的高溫性能和化學(xué)穩(wěn)定性而受到人們的關(guān)注。HfB2陶瓷有望應(yīng)用于超音速航空航天工業(yè)和高溫部件(3000℃)等領(lǐng)域。與單組分材料相比，固溶體陶瓷的制備可以有效提高硼化物陶瓷的燒結(jié)性，克服致密化的挑戰(zhàn)。固溶體材料表現(xiàn)出更好的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性。MeB2(Me＝Zr/Ta/Ti)的固溶體極大地改善了HfB₂陶瓷的致密化、組織和力學(xué)性能。因此，固溶體陶瓷在高溫領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。合成三元固溶體硼化物粉末和燒結(jié)陶瓷的報(bào)道很少。文獻(xiàn)有報(bào)道采用熔鹽法制備了單相(Ta_1/3Nb_1/3Ti_1/3)B₂粉末，其直徑為20～40nm，長度為100～200nm，呈納米棒狀。但該方法無法合成單相(Hf_1/3Zr_1/3Ti_1/3)B₂粉，其中硼化物相(TiB₂)仍存在。此外，三元硼化物的力學(xué)性能以及固溶元素對(duì)其燒結(jié)性能的影響尚未確定。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足和缺點(diǎn)，提供一種高硬度的鉿基三元固溶體硼化物陶瓷。該陶瓷具有均一固溶體相、組元穩(wěn)定和硬度高的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明另一目的在于提供上述鉿基三元固溶體硼化物陶瓷的制備方法。

本發(fā)明再一目的在于提供上述鉿基三元固溶體硼化物陶瓷的應(yīng)用。

本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種高硬度的鉿基三元固溶體硼化物陶瓷，其特征在于，所述硼化物陶瓷的分子式為(Hf_aMe1_bMe2_c)B₂，其中0.1≤a≤0.9，0b0.9，0c0.9，且a+b+c＝1；所述Me1和Me2為Zr、Ta或Ti，所述陶瓷是將HfO₂、Me氧化物ZrO₂、Ta₂O₅、TiO₂中任意兩種、B₄C、碳粉加入溶劑經(jīng)球磨混合得到混合粉體，經(jīng)壓模后所得坯體放入石墨坩堝中，升溫至1400～1600℃保溫，進(jìn)行真空熱處理得到(Hf_aMe1_bMe2_c)B₂鉿基三元固溶體硼化物粉體；采用放電等離子燒結(jié)將上述三元固溶體硼化物粉體升溫至1000～1400℃時(shí)充入保護(hù)氣氛，然后升溫至1900～2100℃，壓力為10～100MP煅燒制得。

優(yōu)選地，所述(Hf_aMe1_bMe2_c)B₂鉿基三元固溶體硼化物粉體的純度95.0～99.9wt％，粒徑為0.1～1μm。