[发明专利]一种超高温碳化铪陶瓷纳米粉体的制备方法

说明书

本发明涉及一种超高温碳化铪陶瓷纳米粉体的制备方法，将无水蔗糖均匀分散于去离子水中，加入混合模板剂，搅拌获得均匀透明的前驱溶液，倒入水热釜中，密封后置于电热鼓风干燥箱中反应，然后冷却到室温，过滤分离、洗涤、干燥，最后与铪粉混合，进行真空碳化反应，制备得到HfC纳米颗粒。与现有技术相比，本发明制备得到的碳化铪陶瓷纳米粉体结晶性较好、分散性较好且形貌可控。

技术领域

本发明涉及材料领域，尤其是涉及一种超高温碳化铪陶瓷纳米粉体的制备方法。

背景技术

超高温陶瓷(Ultra-high temperature ceramics，UHTCs)材料是一种新型的高温耐烧蚀的结构材料，其具有很高的熔点(>2000℃)，高的硬度，在高温条件下具有高的强度，低的热膨胀系数以及具有较好的热物理化学稳定性，高的热导率和电导率。最重要其具有较好的抗烧蚀性能而被应用于超音速飞机和固体火箭的热结构部件，例如喷管，机翼前缘以及发动机的热端部件；同时还应用于高温电极和切削刀具，因此备受广泛的关注。超高温陶瓷大多是元素周期表中第Ⅳ族和Ⅴ族过渡金属元素的碳化物(HfC，ZrC，TaC，NbC)，硼化物(HfB₂，ZrB₂，TaB₂)以及氮化物(HfN，ZrN)，以及一些难熔金属合金和碳/碳复合材料(Ta，W，Ir和C/C复合材料)。目前，碳化物是熔点最高且更耐高温的超高温陶瓷材料，尤其是HfC材料其熔点最高可达到3980℃，热膨胀系数仅为6.73×10^-6/℃，密度与其他碳化物相比较为适中(ρ＝12.7g·cm^-3)。但是HfC具有以下缺陷而阻止其被广泛应用于航空航天领域，主要有以下几点：一方面，陶瓷熔点较高，难以烧结致密化；其次其作为高温结构材料而言，陶瓷断裂韧性较低(2.1-3.4MPa·m^1/2)；最后其作为高温抗烧蚀材料，容易被氧化即当服役温度达到800℃以上有氧环境下材料开始氧化，这也限制了其在高温领域的应用。因此在20世纪末以来，为了解决超高温陶瓷以上缺陷而成为结构材料研究领域的新热点。尤其是HfC陶瓷难以烧结致密化成为当前研究的瓶颈。因此HfC等UTHCs的烧结问题成为近年来国内外研究的热点之一。同时制备纳米HfC陶瓷粉体对其烧结和高温力学方面应用具有重要的意义。