[发明专利]一种锆钽复合稀土基多孔高熵陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锆钽复合稀土基多孔高熵陶瓷及其制备方法。锆钽复合稀土基多孔高熵陶瓷具有化学通式:[Msubgt;z/subgt;(REsubgt;z/subgt;/Thsubgt;z/subgt;)]subgt;2/subgt;(Zrsubgt;x/subgt;Tasubgt;y/subgt;)subgt;2/subgt;Osubgt;7/subgt;，M选自稀土元素Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Tb、Er、Tm、Yb和Lu中的至少三种；RE选自Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Tb、Er、Tm、Yb和Lu中的一种且不与M相同；x≥0.5，y≤0.5，z＝0.25，x+y＝1，M、RE/Th与Zr、Ta物质的量之比为1:1。本发明采用稀土元素掺杂，充分结合了锆酸稀土基陶瓷的保温性能和钽酸稀土基陶瓷的屏蔽性能，采用固相合成法合成的粉体晶粒小且分布均匀，利用纤维素造孔形成多孔陶瓷，进一步降低了材料的导热系数，制备工艺简单，纯度高，具有大规模工业生产的潜力。

技术领域

本发明属于高熵陶瓷材料技术领域，具体而言，涉及一种锆钽复合稀土基多孔高熵陶瓷及其制备方法。

背景技术

近年来，高熵陶瓷((High-entropy ceramics，HECs)作为一种含有三种或三种以上主成分的等摩尔比或接近等摩尔比的单组分化合物的固溶体，因其导热系数低、硬度高、耐环境性强等特性越来越受到人们的关注。高熵陶瓷通常指由五种或五种以上陶瓷组元形成的固溶体，因其独特的“高熵效应”及优越的性能，近年来已成为陶瓷领域的热点。熵是热力学中表征物质混乱程度的参量，其概念由克劳修斯(T.Clausius)于1854年提出。熵越低，系统越稳定有序；熵越高，系统越混乱。高熵陶瓷的研究最早可追溯到2015年，随后越来越多的高熵陶瓷，包括萤石结构、钙钛矿结构、尖晶石结构的高熵氧化物陶瓷以及硼化物、碳化物、氮化物、硅化物等非氧化物高熵陶瓷如雨后春笋般涌现出来，逐渐成为研究热点。高熵陶瓷的特点可以概括为四点：(1)热力学的高熵效应；(2)结构的晶格畸变效应；(3)动力学的迟滞扩散效应；(4)性能上的“鸡尾酒”效应。高熵材料的核心效应之一是缓慢扩散，其中由于固溶体引起的晶格畸变和多元素的协同扩散，阻碍了原子的运动和原子的有效扩散，因此，当高温下使用高熵材料时，可以保持细小的晶粒，并期望晶粒生长速度缓慢，这种慢扩散效应为TBC材料即晶粒细小、生长速度慢的高熵固溶体的设计开辟了一个新的窗口。

鉴于高熵陶瓷具有此优异的性能，因此，围绕高熵陶瓷的掺杂等研究成为目前研究的热点。

发明内容

本发明旨在提供一种锆钽复合稀土基多孔高熵陶瓷及其制备方法，满足了材料在更苛刻环境下的屏蔽性能和隔热保温性能。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种锆钽复合稀土基多孔高熵陶瓷，其特征在于，具有以下化学通式：[M_z(RE_z/Th_z)]₂(Zr_xTa_y)₂O₇，其中，M选自稀土元素Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Tb、Er、Tm、Yb和Lu中的至少三种；RE选自稀土元素Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Tb、Er、Tm、Yb和Lu中的一种且不与稀土元素M相同；x≥0.5，y≤0.5，z＝0.25，x+y＝1，稀土元素M、RE/Th的物质的量与Zr、Ta两种元素的物质的量之比为1:1。

根据本发明，[M_z(RE_z/Th_z)]₂(Zr_xTa_y)₂O₇，其中，M选自稀土元素Sm、Eu、Ce、Gd、Er和Tm中的至少三种；RE选自稀土元素Sm、Eu、Ce、Gd、Er和Tm中的一种且不与稀土元素M相同；x：y＝(0.6～0.9):(0.4～0.1)，z＝0.25，x+y＝1，稀土元素M、RE/Th的物质的量与Zr、Ta两种元素的物质的量之比为1:1。