[發明專利]一種高熵陶瓷基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110797589.2
• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113321510B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 劉偉;孫同臣;陳昊然;楊良偉;楊小健;張寶鵬;劉俊鵬;于藝;裴雨辰
• 申請（專利權）人: 航天特種材料及工藝技術研究所
• 主分類號: C04B35/56
• 分類號: C04B35/56;C04B35/622;C04B35/84;C04B35/83;C04B35/80
• 代理公司: 北京格允知識產權代理有限公司 11609
• 代理人: 劉曉

本發明涉及一種高熵陶瓷基復合材料及其制備方法。所述方法包括如下步驟：(1)配制包含(Ti_x1Zr_x2Hf_x3Nb_x4Ta_x5)C高熵陶瓷粉體和酚醛樹脂的高熵陶瓷料漿；(2)利用所述高熵陶瓷料漿浸漬多孔碳/碳坯體，然后依次進行固化和高溫裂解的步驟，得到高熵陶瓷基復合材料中間體；(3)將步驟(2)得到的高熵陶瓷基復合材料中間體中進行液硅熔滲反應，制得高熵陶瓷基復合材料。本發明方法制備的高熵陶瓷基復合材料包含高模量、耐高溫的(Ti_x1Zr_x2Hf_x3Nb_x4Ta_x5)C基體和SiC基體，具有優異的力學和高溫抗燒蝕性能。

技術領域

本發明屬于陶瓷基復合材料制備技術領域，尤其涉及一種高熵陶瓷基復合材料及其制備方法。

背景技術

高熵陶瓷是一種新型的含有多種組元的單相固溶體陶瓷，其各組元含量相近，構型熵高，具有比傳統陶瓷更高的強度、模量、硬度、熔點和更好的耐腐蝕性能。碳化物高熵陶瓷具有巖鹽結構，具有很強的共價鍵特征及很高的熔點，可應用于各種極端服役環境，是新一代熱結構材料的重要發展方向。

Sarker等人(參見：Nature Communications 2018,9,4980-4988)計算了Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W等金屬的碳化物所能形成的56種五元高熵陶瓷形成能力，并選擇制備了其中的9種。褚衍輝等人(參見：Journal of the American Ceramic Society 2019,103,500-507)研究了(Hf_0.2Zr_0.2Ta_0.2Nb_0.2Ti_0.2)C高熵陶瓷的氧化行為，表明高熵陶瓷具有良好的高溫抗氧化性能。中國專利申請CN201810703177.6利用熱壓燒結技術制備了ZrHfTaNbTiC超高溫高熵陶瓷材料。從以上的研究報道中可以得知，碳化物高熵陶瓷具有優異的力學和耐高溫抗氧化性能，但是高熵陶瓷材料卻存在脆性大、韌性差等問題。

目前，高熵陶瓷材料常被用作基體材料的涂層或與碳化硅等添加劑復合制備超高溫陶瓷復合材料；而以高熵陶瓷材料作為基體與碳纖維復合制備連續碳纖維增強的高熵陶瓷基復合材料卻未見報道。

發明內容

為了解決現有技術存在的技術問題，本發明提供了一種高熵陶瓷基復合材料及其制備方法。本發明方法制備的高熵陶瓷基復合材料包含有高模量、耐高溫的(Ti_x1Zr_x2Hf_x3Nb_x4Ta_x5)C基體和SiC基體，具有優異的力學和高溫抗燒蝕性能。

為了實現上述目的，本發明在第一方面提供了一種高熵陶瓷基復合材料的制備方法，所述方法包括如下步驟：

(1)配制包含(Ti_x1Zr_x2Hf_x3Nb_x4Ta_x5)C高熵陶瓷粉體和酚醛樹脂的高熵陶瓷料漿；

(2)利用所述高熵陶瓷料漿浸漬多孔碳/碳坯體，然后依次進行固化和高溫裂解的步驟，得到高熵陶瓷基復合材料中間體；

(3)將步驟(2)得到的高熵陶瓷基復合材料中間體中進行液硅熔滲反應，制得高熵陶瓷基復合材料。

優選地，所述(Ti_x1Zr_x2Hf_x3Nb_x4Ta_x5)C高熵陶瓷粉體為由Ti、Zr、Hf、Nb、Ta和C元素組成的單相共溶體；其中，x1+x2+x3+x4+x5＝1，且x1、x2、x3、x4、x5的數值在15％～25％之間。