[發明專利]一種基于金屬預合金化的高熵陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202210336920.5
• 申請日: 2022-03-31
• 公開（公告）號: CN114605154B
• 公開（公告）日: 2023-03-03
• 發明（設計）人: 祖宇飛;田洪亮;王梓;劉應軍;李丹丹;代吉祥;沙建軍;陳國清
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C04B35/56
• 分類號: C04B35/56;C04B35/565;C04B35/58;C04B35/622;C04B35/626;C04B35/64;C04B35/645;B22F9/04;B22F3/14
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 劉秋彤

1.一種基于金屬預合金化的高熵陶瓷材料制備方法，其特征在于，以第IV副族、第V副族或第VI副族的金屬作為高熵陶瓷材料的金屬元素，先通過球磨法將金屬元素進行合金化形成單一BCC結構的多主元固溶體，再向多主元固溶體中添加非金屬元素，利用熱壓燒結或放電等離子燒結使非金屬元素與多主元固溶體發生反應生成高熵陶瓷材料；

所述的金屬元素為Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W中的5種以上混合；非金屬元素為B、Si中的一種，或B、C、Si中的多種以上混合；

具體步驟如下：

1）球磨制備合金化金屬粉體：取等摩爾比的各金屬元素的粉體放入球磨罐中，加入磨球介質，充入惰性氣體，以200~400 r/min的轉速進行球磨24~72 h，使金屬粉體完全合金化形成單一BCC結構的固溶體；所述磨球介質與金屬元素粉體的質量比為5~20:1；

2）合金化金屬粉體與非金屬粉體混合：將非金屬元素的粉體放入步驟1）的球磨罐中，與單一BCC結構的固溶體混合，加入無水乙醇，進行濕式球磨，球料配比為5~20:1，以球磨轉速為200~400 r/min球磨12~24 h得到混合漿料；

3）反應燒結制備高熵陶瓷：對步驟2）得到的混合漿料進行烘干研磨得到干燥粉體，將干燥粉體施加5-100MPa的壓力冷壓成坯體；然后置于真空或氬氣環境下，施加15~40 MPa的壓力，在以10~50℃/min的升溫速率加熱到1600~1900℃燒結1-60 min；最后，以5~15℃/min的降溫速率降至1000℃，然后隨爐自然冷卻至室溫，得到高熵陶瓷材料；

金屬元素總的摩爾比與非金屬元素的摩爾比添加量關系如下：

1）當所述的金屬元素為Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W中的5種以上混合，且非金屬元素為單質硼時，金屬元素總的摩爾比與單質硼的摩爾比為：n_Me:n_B=1:1-2.2；

2）當所述的金屬元素為Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W中的5種以上混合，且非金屬元素為碳化硼、單質碳和單質硅的混合物時，金屬元素總的摩爾比與非金屬元素總的摩爾比為：n_Me:n_B4C:n_C:n_Si =2:1-1.1:0.5-3:1.5-4。

2.根據權利要求1所述的一種基于金屬預合金化的高熵陶瓷材料制備方法，其特征在于，所述的磨球介質為瑪瑙球、碳化鎢球或氧化鋯，所述的金屬元素的粉體純度≥99%，粒徑為0.5～100μm；磨球介質包括大球和小球，大球直徑為8~14 mm，小球直徑為3~5 mm，大球與小球個數比為3-9:1。

3.根據權利要求1所述的一種基于金屬預合金化的高熵陶瓷材料制備方法，其特征在于，烘干溫度為30℃，真空度＜100Pa。

4.一種基于金屬預合金化的高熵陶瓷材料，其特征在于，所述的高熵陶瓷材料是由權利要求1-3任一所述的制備方法制得的。