[發明專利]一種高熵金屬碳化物陶瓷粉體的制備方法

有效

• 申請號: 202210047092.3
• 申請日: 2022-01-14
• 公開（公告）號: CN114349005B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 楊振文;牛士玉;孫孔波;木瑞潔;王穎
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C01B32/90
• 分類號: C01B32/90;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 蔡運紅

本發明為高熵金屬碳化物陶瓷粉體的制備方法，首先將高熵金屬碳化物陶瓷塊體作為正極，Mo絲材作為負極，電極間隙中充滿介電液；在保護氣環境中對正、負極之間施加脈沖電壓，脈沖電壓擊穿介電液產生高頻火花放電，對高熵金屬碳化物陶瓷塊體在介電液中進行蝕除，形成高熵金屬碳化物陶瓷粉體；收集排出的介電液，得到介電懸濁液；然后將介電懸濁液靜置后按照不同的轉速范圍進行離心，依次得到微米級、亞微米級、納米級、亞十納米級這四種尺度的高熵金屬碳化物陶瓷粉體；最后將四種高熵金屬碳化物陶瓷粉體分別用去離子水洗滌并進行真空冷凍干燥，即可獲得干燥后的高熵金屬碳化物陶瓷粉體。

技術領域

本發明屬于高熵陶瓷材料技術領域，尤其涉及一種高熵金屬碳化物陶瓷粉體的制備方法。

背景技術

高熵金屬碳化物陶瓷具有單一相固溶體組織，通常是5種及以上過渡族金屬原子隨機占據陽離子位點，碳原子占據陰離子位點而形成的結構，其中金屬原子的半徑、晶格結構和鍵能不同。相較于傳統的二元或三元金屬碳化物陶瓷，高熵金屬碳化物陶瓷具有熱力學的高熵效應、結構的晶格畸變效應、動力學的遲滯擴散效應以及性能上的“雞尾酒”效應。憑借優異的高溫抗氧化性和綜合力學性能，高熵金屬碳化物陶瓷塊體是制備固體火箭發動機喉襯以及高速切削刀具等極端環境服役結構部件的優良候選材料；高熵金屬碳化物粉體(微米級或亞微米級)可作為增強相強化傳統合金，并為3D打印、三維立體快速成型等技術提供優質原料。此外，由于良好的高溫穩定性以及類貴金屬的表面反應性和化學穩定性，高熵金屬碳化物納米顆粒(納米級或亞十納米級)作為新型的活性材料在高溫多相催化和能量轉化，如乙苯脫氫、電化學析氫等領域具有巨大潛力。

現有技術中普遍通過熱壓燒結或等離子體燒結等方法制備致密、高強度的高熵金屬碳化物陶瓷塊體，但高熵金屬碳化物陶瓷粉體的制備技術屈指可數。由于各金屬主元具有各異的理化性質，如熔點、相容性等，不易在微納尺度下實現各元素的均勻混合，這是導致高熵金屬碳化物陶瓷粉體制備困難的主要原因。現有研究表明二元金屬碳化物粉體高溫燒結(2222K)、二元金屬氧化物粉體碳熱還原(2273K～2473K)、金屬粉體燒結-碳化(1873K)等方法可成功制備微米級高熵金屬碳化物陶瓷粉體，但均需極高的溫度及較長的反應時間。金屬粉體機械誘導合金化-碳化和金屬鹽液相前驅體制備工藝可獲得亞微米級高熵金屬碳化物陶瓷粉體，然而，機械誘導合金化制備時間長，控制要求高；金屬鹽液相前驅體制備工藝繁復，不利于實際量產，且后續的高溫處理易導致粉體粗化和燒結。二元金屬氯化物離子聚合-碳熱解(1173K)法可制備納米級高熵金屬碳化物陶瓷粉體，其適用的高熵金屬碳化物體系范圍較窄，聚合前驅體制備-熱解-碳化等復雜的流程以及苛刻的操作環境不適合工業化生產，且合成過程中的含溴聚離子體會對環境造成污染。因此，設計一種簡便高效低耗的高熵金屬碳化物陶瓷粉體多尺度制備工藝對于推進其研究進程及實際工程應用具有重要意義。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，提出一種高熵金屬碳化物陶瓷粉體的制備方法。

本發明解決所述技術問題采用的技術方案為：

1.一種高熵金屬碳化物陶瓷粉體的制備方法，其特征在于，該方法包含以下步驟：

步驟1：將高熵金屬碳化物陶瓷塊體作為正極，Mo絲材作為負極，電極間隙中充滿介電液；在保護氣環境中對正、負極之間施加脈沖電壓，脈沖電壓產生高頻火花放電，對高熵金屬碳化物陶瓷塊體在介電液中進行蝕除，形成高熵金屬碳化物陶瓷粉體；該粉體隨介電液排出電極間隙，收集排出的介電液，得到介電懸濁液；

步驟2：將介電懸濁液靜置3～5h，然后進行第一次離心，離心速率為200～300rpm，時間為10～15min，分離得到微米級高熵金屬碳化物陶瓷粉體；

步驟3：將分離出微米級高熵金屬碳化物陶瓷粉體后的介電懸濁液進行第二次離心，離心速率為2000～3000rpm，時間為10～15min，分離得到亞微米級高熵金屬碳化物陶瓷粉體；