一种缺碳型高熵过渡金属碳化物陶瓷材料及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111533559A(43)申请公布日2020.08.14(21)申请号202010236743.4(22)申请日2020.03.30(71)申请人东华大学地址201620上海市松江区松江新城人民北路2999号(72)发明人刘吉轩韦小凤张国军李飞(74)专利代理机构上海泰能知识产权代理事务所31233代理人魏峯(51)Int.Cl.C04B35/56(2006.01)C04B35/622(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图2页(54)发明名称一种缺碳型高熵过渡金属碳化物陶瓷材料及其制备方法(57)摘要本发明涉及一种缺碳型高熵过渡金属碳化物陶瓷材料及其制备方法。该方法包括：将五种过渡金属氧化物与炭黑或石墨共混，干燥，以无压炉在真空状态下热处理，冷却，得到单相高熵碳化物；然后与金属单质或不同金属单质的混合物共混，干燥，放电等离子烧结。该方法工艺简单、可操控性强、容易实现规模化等优点；制备得到的缺碳型高熵碳化物陶瓷内部存在大量碳空位和高熵化带来的晶格畸变，有利于进一步降低材料的热导率。CN111533559ACN111533559A权利要求书1/1页1.一种缺碳型高熵过渡金属碳化物陶瓷材料，其特征在于，所述陶瓷材料为(AaBbCcDdEeFf)C1-x陶瓷材料，其中A，B，C，D，E，F为过渡金属元素Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo或W，其中0.01≤x≤0.3，金属元素的含量范围为0.01≤(a，b，c，d，e，f)≤0.44。2.根据权利要求1所述陶瓷材料，其特征在于，所述陶瓷材料是由单相高熵碳化物与金属单质或不同金属单质的混合物共混，干燥，然后放电等离子烧结得到；所述金属单质包括金属Ti、Hf、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mo或W。3.一种缺碳型高熵过渡金属碳化物陶瓷材料的制备方法，包括：(1)将五种过渡金属氧化物与炭黑或石墨共混，干燥，以无压炉在真空状态下热处理，冷却，得到单相高熵碳化物；(2)将步骤(1)中单相高熵碳化物与金属单质或不同金属单质的混合物以摩尔比7:3～99:1共混，干燥，放电等离子烧结，得到缺碳型高熵过渡金属碳化物陶瓷材料，其中金属单质包括金属Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo或W。4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述步骤(1)中五种过渡金属氧化物选自TiO2、ZrO2、HfO2、Ta2O5、Nb2O5、Cr2O3、MoO3、WO3。5.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述步骤(1)中无压放电等离子烧结的工艺参数为：以5-20℃/min升温至1500-1800℃，保温30-90分钟。6.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述步骤(2)中不同金属单质的混合物为五种金属单质以摩尔比1:1:1:1:1混合得到。7.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述步骤(1)、(2)中共混的方式为湿法行星球磨，所述湿法行星球磨为：球磨介质为乙醇或丙酮，磨球材质为ZrO2或WC，具体采用湿法滚式球磨工艺，在60～200转/分钟的转速下，将原料球磨混合5-48h，烘干。8.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述步骤(2)中放电等离子烧结的工艺参数为：以50-100℃/min的升温速率升温至1700-2300℃，并在30-80MPa的外加压强下，在真空条件下或氩气气氛中，烧结5-30min。9.一种如权利要求1所述陶瓷材料的应用。2CN111533559A说明书1/6页一种缺碳型高熵过渡金属碳化物陶瓷材料及其制备方法技术领域[0001]本发明属于高熵过渡金属碳化物陶瓷材料及其制备领域，特别涉及一种缺碳型高熵过渡金属碳化物陶瓷材料及其制备方法。背景技术[0002]随着高熵合金的发展，由其发展而来的高熵陶瓷材料也不断发展。其中高熵过渡金属碳化物不仅具有与二元碳化物一致的高硬度(～20GPa)、耐高温、抗烧蚀等特点，还具有比二元碳化物更优异的抗氧化性能、耐摩擦等优异的性能。与二元碳化物相比，高熵碳化物材料由于固溶产生的严重的晶格畸变效应，增大了材料晶格内的缺陷，导致在传热过程中声子散射的程度加重，因此高熵碳化物陶瓷的热导率要远小于二元碳化物陶瓷材料[Yan,Xueliang,etal."(Hf0.2Zr0.2Ta0.2Nb0.2Ti0.2)Chigh-entropyceramicswithlowthermalconductivity."JournaloftheAmericanCeramicSociety101.10(2018):4486-4491.]。这一特殊的低热导率性能有望在航空、汽车等的隔热结构材料领域有着广阔的应用前景。[0003]TiC、ZrC、HfC、NbC等碳化物均具有较宽的非化学计量成分范围，其C