[發(fā)明專利]一種高熵二硼化物-碳化硅復(fù)相陶瓷、制備方法及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110866044.2
• 申請(qǐng)日: 2021-07-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113698209B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-01-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王東;冉松林;丁祥;金星;李慶歸
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽工業(yè)大學(xué)科技園有限公司
• 主分類號(hào): C04B35/573
• 分類號(hào): C04B35/573;C04B35/58;C04B35/626;C04B35/645
• 代理公司: 合肥昊晟德專利代理事務(wù)所(普通合伙) 34153
• 代理人: 王林

本發(fā)明涉及復(fù)相陶瓷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高熵二硼化物?碳化硅復(fù)相陶瓷、制備方法及其應(yīng)用；該復(fù)相陶瓷包括如下摩爾組分的混合料：過(guò)渡金屬碳化物(碳化鈦、碳化鋯、碳化鉿、碳化鈮、碳化鉭、碳化釩、碳化鉻、碳化鉬、碳化鎢)中的5～9種，每種0～1份，碳化硼粉2.5～9份，硅粉7.5～18份，碳化硅粉0～27份；該高熵二硼化物?碳化硅復(fù)相陶瓷密度＜5.3g/cm³，致密度≥95％，維氏硬度Hv5≥19GPa；本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了輕質(zhì)、高強(qiáng)、高硬高熵二硼化物?碳化硅復(fù)相陶瓷的快速原位自生制備，且燒結(jié)溫度低，因而在超高溫材料、超硬材料、陶瓷刀具等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)相陶瓷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高熵二硼化物-碳化硅復(fù)相陶瓷、制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

超高溫材料通常指服役溫度超過(guò)2000℃的一類材料。通常包括難熔金屬、炭材料和超高溫陶瓷(過(guò)渡金屬的硼化物、碳化物和氮化物)。

高熵硼化物、碳化物、氮化物強(qiáng)度高、硬度大并具有傳統(tǒng)超高溫陶瓷材料不具備的高熵效應(yīng)，而獲得優(yōu)異的抗氧化和耐腐蝕性。對(duì)新型超高溫防熱材料、耐磨損、抗氧化高速切削工具和鉆頭等機(jī)械零件的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用具有重要價(jià)值。

盡管高熵硼化物陶瓷具有優(yōu)異的性能，但仍然存在燒結(jié)難、脆性大、服役可靠性差等缺點(diǎn)，主要?dú)w結(jié)于以下原因：第一，由于金屬硼化物具有高熔點(diǎn)(TiB₂的熔點(diǎn)2980℃，ZrB₂的熔點(diǎn)3040℃，TaB₂的熔點(diǎn)3100℃，高的共價(jià)鍵配位特性和低的自擴(kuò)散系數(shù),使得傳統(tǒng)的燒結(jié)工藝難以獲得致密材料；第二，由于其難燒結(jié)特性，就需要較高的燒結(jié)溫度,但是高溫?zé)Y(jié)獲得高致密度的同時(shí)必然引起晶粒長(zhǎng)大甚至異常長(zhǎng)大,導(dǎo)致陶瓷強(qiáng)度降低；第三、也因該類陶瓷的高溫?zé)Y(jié)特點(diǎn)，使得較為成熟的纖維增韌與相變?cè)鲰g等方法難以應(yīng)用于其組織設(shè)計(jì)上，導(dǎo)致其脆性大、可靠性差。

目前，高熵二硼化物陶瓷復(fù)合材料普遍采用硼碳熱還原制粉結(jié)合高溫?zé)Y(jié)的方法制備。該方法制備的單相和復(fù)相二硼化物高熵陶瓷存在晶粒尺寸較大、易引入氧污染阻礙燒結(jié)，導(dǎo)致高熵效應(yīng)及增強(qiáng)相對(duì)材料性能的提升有限。

鑒于上述缺陷，本發(fā)明創(chuàng)作者經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研究和實(shí)踐終于獲得了本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決采用硼碳熱還原制粉結(jié)合高溫?zé)Y(jié)的方法制備得到的高熵二硼化物陶瓷復(fù)合材料存在晶粒尺寸較大、易引入氧污染，導(dǎo)致高熵效應(yīng)及增強(qiáng)相對(duì)材料性能的提升有限的問(wèn)題，提供了一種高熵二硼化物-碳化硅復(fù)相陶瓷、全組分可控制備方法及其應(yīng)用。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開(kāi)了一種高熵二硼化物-碳化硅復(fù)相陶瓷，包括以下組分：過(guò)渡金屬碳化物粉末中的任意5～9種、碳化硼粉、硅粉末、碳化硅粉，所述過(guò)渡金屬包括碳化鈦、碳化鋯、碳化鉿、碳化釩、碳化鈮、碳化鉭、碳化鉻、碳化鉬、碳化鎢。

所述組分的摩爾份數(shù)分別為：過(guò)渡金屬碳化物粉末每種1～5份，碳化硼粉為過(guò)渡金屬碳化物總份數(shù)的0.5～1倍，硅粉為過(guò)渡金屬碳化物總份數(shù)的1.5～2倍，碳化硅粉為過(guò)渡金屬碳化物總份數(shù)的0～3倍。

所述過(guò)渡金屬碳化物粉末純度＞98％，粒度0.5～3μm。

所述硅粉末純度＞99％，粒度0.5～3μm。

所述碳化硅粉末純度＞99％，粒度0.5～3μm。

本發(fā)明還公開(kāi)了一種上述高熵二硼化物-碳化硅復(fù)相陶瓷的制備方法，包括以下步驟：

S1：將過(guò)渡金屬碳化物粉末、碳化硼粉、硅粉、碳化硅粉和無(wú)水乙醇放入球磨罐中，加入氧化鋯磨球，在球磨混料機(jī)上以100r/min的速度混合24小時(shí)；

S2：將步驟S1中得到的混合漿料蒸干，然后在80℃下干燥24h；

S3：將步驟S2經(jīng)干燥后的混合粉末研細(xì)，過(guò)200目標(biāo)準(zhǔn)篩；